聚硅硫酸铝铁（聚硅硫酸铝的性质）

一、聚硅硫酸铝的性质

聚硅氯化铝和聚硅硫酸铝是目前研究非常热的两种混凝剂,国外20世纪90年代已经有报道。这类聚硅铝盐是一种多核碱式硅酸硫酸铝或氯化铝的复合物。

将硅酸盐与强碱性的铝酸盐混合生成一种强碱性的预混合物或中间产物。然后将该预混合物在强剪切混合条件下加入或注入酸性物质硫酸铝中形成稳定的多核含硅复合物。

聚硅硫酸铝的分子式如下: AlA (OH) B (SO,)c (SiOx)D(H20)E,其中: A为1.0; B为0.75~2.0; C为0.30~1.12; D为0.005~0.1; X大于2但小于或等于4,以便使3A=B+2C+2D(X-2);当所述产品为水溶液状态时, E大于8,而为固体产品时, E小于8。

产品盐基度为B/3A× 100,一般在25%~66%范围内。

污水处理

二、生产工艺

1.概述

周e而

在美国专利4981675和其他相关专利中介绍的聚硅酸硫酸铝的工艺主要包括以下几个步

骤。首先,硅酸钠溶液和硫酸铝溶液混合生成一种酸性的中间混合物。然后将铝酸钠溶液缓慢加到这种酸性中间混合物中,并在强剪切混合条件下使两者反应。生成的聚硅酸硫酸铝落液的氧化铝含量在7%~10%之间。如果采取后继的浓缩工序去除水分,能生成氧化铝含量更高的溶液

美国专利5296213提供了另外一种方法。首先,将碱金属的硅酸盐加到碱金属的铝酸盐溶液中,并在连续搅拌的条件下使其反应生成一种碱性的中间混合物。然后在强剪切混合条件下将这种中间混合物缓慢加入酸性硫酸铝溶液中。

与前面提到的专利相比,混合顺序发生了改变(也就是将硅酸盐与铝酸盐混合而不是硫酸铝),这样可以制备一种清澈、稳定、氧化铝含量超过11%的溶液,而且在强剪切混合条件下可以加入到硫酸铝溶液中。因此,这种混合顺序的改变可以制备氧化铝含量更高的产品。以往技术的混合顺序在硅酸盐与硫酸铝的混合过程中引入了过多的水,从而无法形成高浓度的产品。但是使用后一工艺则可以生成清澈、稳定且氧化铝含量超过11%的溶液。高浓度可以采用稀释的方法来生产氧化铝含量低至7%的液体产品。这样除了降低运费以外,由于需要去除的水分较少,将液体产品做成固体产品也就更加经济。另外,由于干燥时间较短,因水解而导致的产品分解的几率也就大大减少。

由于新工艺生产的含铝和硅酸盐的中间混合物稳定期至少一周,所以这种混合方法也更方便。这也克服了前述以往工艺生产的铝酸盐-硅酸盐中间混合物不稳定,即在几个小时后混合物就会发生的凝胶问题。与美国专利4,981,675生产的氧化铝含量为10.8%的溶液相比,这种混合方法有利于氧化铝含量为16%甚至更高的碱性铝酸盐溶液(碱性的中间混合物)的均质化。

这种工艺的试验步骤如下。

(1)在水中先加入碳酸钠,再加入硅酸钠,然后将这种预混合料加到铝酸钠溶液中形成中间混合物,在强剪切混合条件下,将这种中间混合物投到硫酸铝溶液中。

(2)在水中依次加入硅酸钠、碳酸钠(溶液或是固体)形成预混合料,将这种预混合料加到铝酸钠溶液中形成中间混合物,在强剪切混合条件下,将中间混合物注入硫酸铝溶液中。

(3)先将硅酸钠溶解,再将其投到铝酸钠溶液中形成中间混合物;将碳酸钠固体或溶液加到硫酸铝溶液中;在强剪切混合条件下,将中间混合物注入到硫酸铝溶液中。

(4)先将硅酸钠溶解,然后加入铝酸钠形成中间混合物;在强剪切混合条件下,将中间混合物注入到硫酸铝溶液中,然后加入碳酸钠固体或溶液。

(5)同(4),但不加碳酸钠。

合计

(6)先将硅酸钠溶解,再将其加到铝酸钠溶液中形成中间混合物,然后再将碳酸钠加人,在强剪切混合条件下,将此中间混合物注入到硫酸铝溶液中。

上述产品尤其适用于饮用水和废水的处理,还适用于造纸以及纸浆和污泥的脱水。

产品性能;按照上述方法生产的产品,具有以下通式: AlA (OH) (SO,) (SioQ,)b (H(O)E其中, A为1.0; B为0.75~2. 0; C为0. 30~1. 12; D为0.005~0. 1; x大于2但是小于或等于4,以便使3-B+2C+2D(X-2); E表示游离水和结合水的变量,当所述产品为水溶液状态时, E大于8,而为固体产品时, E小于8,产品盐基度为B/3A×100,在25%

66%的范围内。在上面通式中,B = 1.2 - -1.8;C = 0.53 - -0.90;D = 0。033 - 0。070;X小于

污水处理

2.原材料

该工艺所需要的基本原材料是碱金属硅酸盐、碱金属铝酸盐、硫酸铝以及最好是弱酸或者弱酸盐,最好使用硅酸钠,同样,关于碱金属铝酸盐,任何适当的碱金属铝酸盐来源都可以,但铝酸钠是最适合的。

只要各种原材料的相对比例和浓度选择合

表3-10 不同原材料的比例

适,所得产品的A、B.C.x和D值就可以

原材料

比例(按质量计)

达到规定值。当原材料的碱金属是钠时,各比 硅酸钠(水溶液-28.7% So,)

2 - 266

例如表3-10所示.

K

260

3.反应过程

*（+-2.2% AL， 0，） 950-1150

以碳酸钠为例,反应过程如下,

[-. 3% Ab0，]5500-700

1 - 200

预混合:碳酸钠和碱金属的硅酸盐在室温

碳酸体(可任意选择)

条件下与水混合,形成的预混合物水溶液在强剪切混合的条件下加到碱金属的铝酸盐水溶液中,最好是加在铝酸盐溶液快速搅拌形成的漩涡中心处,最好在室温条件下进行,进而生成的中间混合物在强剪切混合的条件下缓慢地加入或者靠压力注入到硫酸铝水溶液中,因为该反应是放热反应,所以要冷却混合物并保持温度在40℃以下。在该过程中,碳酸钠会与酸性硫酸铝反应生成二氧化碳气体从溶液中冒出,但依据最终pH值,部分碳酸盐仍然留在落液中。

强剪切混合可以通过搅拌器、混合器或者均质器来完成。流体剪切率是指速度梯度,do/dy,它的单位是时间倒数s-',一般把超过1000s-1的速度梯度称为强剪切混合条件。

如果低于1000s-1的速度梯度可以用于低于环境温度的条件下,最好是使用3000s-1或者更高的速度梯度尼古拉斯普莱尼

强剪切混合是生产工艺的最重要组成部分。它具有两个重要的作用。首先,它使反应物瞬时得到高度稀释,尤其是在把硅酸盐和铝酸盐的中间混合物加入到硫酸铝溶液中时。这是防止中间混合物的局部浓度过高的必要条件,因为即使是与硫酸铝相关的局部浓度过高都会导致固体胶体颗粒的形成。其次,这种强剪切混合也提供了一个必需的动力,使胶体小颗粒高度分散而不凝聚。

实际上,强剪切混合足以产生活性胶体以及生成一种完全透明的碱式聚合硅酸硫酸铝溶液。

污水处理

当混合反应结束时,为了使反应彻底,反应物可以加热到55~60℃,然后在3h的时间内,保温1.5~2h,冷却到室温以避免产物水解。另外,在加热时也可以抽真空以加速去除过量水分保证产物中ALO,含量在10.0%~12.0%之间。也可以不采用加热和冷却方法例如,混合物可以静止放置至少6h,在这段时间里它可以继续反应,而且溶液也会澄清。

生成的澄清溶液在长时间内是稳定的,不需进一步处理就可以使用。另外,正如上面已经介绍过的,通过烘干这种液体也可以得到固体产品,例如喷雾干燥,出口温度最好在124~

130℃之间,也可以采用真空干燥或者冷冻干燥,为了避免热降解最好保持温度一直在1о℃以下。

整个反应可以连续进行也可间歇进行。在连续进行时,每种原材料都要以一定的速度加到强剪切混合器(如均质器)中保证产品的连续生产。

图3-22是一个连续法生产聚硅硫酸铝的工艺流程,在图示的系统中,铝酸钠水溶液

中ALOs含量为25.3%, NazO/ALOo,比值为1.25

t酸钠

并且该溶液占总反应物的13.29%,它通过管道流到

a能于

二次混合器。碳酸钠溶液(占总反应物0.31%),含Si0,28. 7%的硅酸钠水溶液(占总反应物1.67%)

混合器

和水(占总反应物3.26%)加到一次混合器中,生成的预混合液通过管道转移到二次混合器中。预混合液和铝酸盐溶液充分混合,生成碱性中间混合物(占总反应物18. 53%) ,然后通过管道以12.4kg/

米

min的速率进入强剪切混合器中。将硫酸铝溶液(8.3%AL0,占总反应物81.47%)冷却至15~

25℃,通过管道以54.6kg/min的速度加入到强剪切

成品池

混合器中。经过强剪切混合反应生成的溶液,通过管道以67kg/min的速度流到成品池中,使用之前要

强物切混合器 放置24h

图3-22聚硅硫酸铝连续法

强剪切混合器如图3-23所示。它包括一根垂直

生产工艺流程

循环管,其作用是在反应开始时存放硫酸铝并且在

反应过程中逐渐累积产物。柱的外表面有一层夹套当需要保持温度低于40℃时,冷却水可以通过夹套。垂直循环管的下部有个出口连接到管道(最好管径3ine),通向带有电动机的均质器。混合均质器使来自管道的液体强剪切混合,并通过循环管道(最好管径3in)返回到管中。循环管道通向管的内部并且共轴向下延伸,循环管道出口距离管的底部出口很近(如8in),因此,管道中大部分流出液都进入循环流动,但是也有一部分聚集在管的内部。

中间混合物和硫酸铝溶液分别在均质器前的管道中加入。加入点离均质器很近,这样便于两者同时流到均质器中,注入的溶液和柱中的溶液在均质器中快速强剪切混合。生成的产物液体从出口经管道流向成品池。

另一种间歌法的工艺流程图如图3-24所示。其设备与图3-23相近,并且为了简化和方便,采用相同的参数值

首先在容器中制备碳酸钠和硅酸钠的预混合液,边搅拌边将25kg碳酸钠和133kg硅酸钠溶液加入到260kg水中。

将1060kg铝酸钠溶液(25.2% Al2Os,按重量计)加入到500gal 的不锈钢容器中然后将硅酸钠和碳酸钠的预混合液边搅拌边加到搅拌桨形成的涡流处,这样就可以得到澄清的悬浊液或溶液,即中间混合物,其中AliO,含量为18% (按重量计)

污水处理

将6497kg硫酸铝溶液(8.3%Al203)添加到2000gal不锈钢反应器中,如图3-23月示,带有加热和冷却夹套,搅拌器的搅拌速度为68/min,用均质器(暂时将均质器作为课环泵)使反应物混合均匀,反应器中的物料从底部通过3in的管道流出,而均质器中的物料通过6in的管道从反应器顶部流入,这样就构成了循环流动,同时冷却水也循环流过夹套,然后物料池中有1478kg的中间混合物(18. 1% AlO,)通过位于管道上并且距离均质器大

上述液体产品可以通过喷雾干燥的方式得到固体。使用小型喷雾干燥器,进口温度为220℃,出口温度为115-125℃ ,可以得到白色粉末状固体产品PASS 100. 110℃C加热2h后,重量损失率(如水分)达1.5%.

将该产品溶解在自来水中得到AlbO3含量为8.2%的水溶液。溶解过程中,温度从17℃升高到37℃。充分搅拌混合液, 40min后在烧杯底部没有残留固体物质。搅拌1.5h后过滤(孔径为1.24m),其中不溶物含量为0.8%,分析滤出液,其中氧化铝含量为8.2%喷雾干燥产品PASS 100与水的反应速度取决于水温。当用4℃的水溶解时,水温会升到

16.5℃,但溶解时间要比前面提到的长得多。

上述产品特别适合于对含水的植物和植物汁液,例如会有可用水沥滤出蔗糖的甜菜汁,进行脱水处理。通常,剩余的浆液通过加压脱水、干燥并用作动物食料。在过去,在加压之前硫酸铝被喷到沥滤出的甜菜浆上,以便于干燥阶段之前获得一种含水量低的产品。当按照这种方法使用PASS产品时,可以得到更干燥的加压浆液,因此使得干燥阶段时间缩短或者

更经济.

PASS产品也可以用在制浆造纸工业上。尤其在酸性造纸过程中,它可以替代硫酸铝用作助留剂,在中性和碱性造纸过程中,用作增强剂,但是硫酸铝就不适用于上述两种情况下。

美国专利4981675和5069893也讲述了聚硫酸铝的制备方法,以下是该发明的两个(1)在1500ml玻璃烧瓶中加入590份聚氯化铝(41%盐基度, 10.6% Al2O,),用225份水稀释到氧化铝含量为8.3%,然后加入氧化铝含量为8.3%的硫酸铝。再加入130份硫酸铝水溶液(氧化铝含量为8.3%),将混合液加热到100℃,保温3h。冷却。实例。

在250ml绕瓶中加入25份氧化镁(含量98.5%)与30份水混合形成的浆料。将上述黎料在15min内转入到第一个烧瓶中。将混合液搅拌4h,过滤,去除未反应的和产生的沉旋

产物指标如下: Al 0, 7. 32%; Mgo 2. 48%; CI 7. 61%; SO, 3.05%; Mg/Al 0.43

(摩尔比)、0.38(质量比);CI /所以,6。90(摩尔比)、2.49(质量比),盐基度48.7%。

(2)在1500ml玻璃烧瓶中加入760份硫酸铝(8.3% Ab0) ,用155份水稀释。在250ml烧瓶中加人38份氧化镁(含量98.5%)与47份水混合形成的浆料。将上述液体浆料在15min内转入到第一个烧瓶中,将混合液搅拌4h,过滤,去除未反应的和产生的沉淀。