高碱化度钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及新型水处理药剂－－高碱化度钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂及其制备方法。该混凝剂有效成分为：Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］８～１２％，ＣａＯ３～５％，ＳｉＯ↓［２］０．５～１．５％，碱化度１０～９０％。制备方法为在＜１００℃、常压、搅拌条件下，将碳酸钙固体粉末或其悬浊液分批加入到液体聚合氯化铝中，然后与聚合硅酸复合，得到稳定的产品；或者先将聚合氯化铝与聚合硅酸复合，再用碳酸钙调高碱化度进行制备。所得产品具有很高的除浊、脱色、除氟等效能。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高碱化度钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂及其制备工艺。该混凝剂可以用于给水废水处理工程中任何需要混凝絮凝工艺的过程以及其它固液分离过程中，尤其适用于地下水除氟净化处理。混凝过程是水处理工程中应用最广泛、最普遍的单元操作技术之一。混凝处理效果直接决定着后续处理流程的运行工况，最终出水质量和成本费用，因此它始终是水处理工程中重要的工艺技术之一。取得高效能混凝的关键是必须具有性能优良的混凝剂，因此混凝剂是水处理工业中使用量大面广的重要化学药剂。近三十年来无机高分子混凝剂聚合铝、聚合铁等已有很大发展，其中聚合氯化铝是市场销量最大的无机高分子混凝剂。与传统混凝剂相比，聚合铝混凝剂可明显提高净水效能，减少投药量，降低水处理成本，改善出水水质，因此得到了越来越广泛的应用。聚合铝混凝剂的重要特性指标之一是碱化度。由于高碱化度聚合铝混凝剂具有更强的吸附电中和、凝聚脱稳、粘结架桥絮凝能力以及结团沉降速度，并且处理后水的pH值降低更少而避免了调节步骤。因此高碱化度一直是聚合铝生产及应用领域所追求的目标之一。目前在聚合氯化铝生产中，一般采用碳酸钠，氢氧化钠，铝酸钠、铝酸钙矿粉等调节碱化度，但这些方法均有一定缺点。采用碳酸钠，氢氧化钠调整碱化度易产生沉淀，不易得到高碱化度且会降低制品铝含量，生产成本也较高。采用铝酸钠虽好，但需要先碱溶氢氧化铝制备铝酸钠，工艺复杂且成本较高。采用铝酸钙矿粉须在高温高压下进行溶解，能耗大且溶出率低，而且由于杂质含量高而直接影响了聚合氯化铝制品质量。除了提高聚合氯化铝的碱化度之外，本专利技术专利的申请人在CN1197038A中报道了聚合氯化铝与无机高分子聚合硅酸复合，制备聚合氯化铝硅高效混凝剂的工艺。聚合氯化铝硅具有比聚合氯化铝更优良的混凝絮凝效能。本专利技术目的主要是基于聚合氯化铝混凝剂良好的混凝效能，钙盐良好的助凝性能，聚合硅酸的高效吸附架桥能力，利用固—液两相反应调节反应速度，采用简捷方法合成制备商品化高碱化度钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂。本专利技术的主要
技术实现思路
在于在0～100℃常压条件下，将粉末状碳酸钙固体或其悬浊液分批加入到液态低碱化度的聚合氯化铝溶液中，使之聚合氯化铝中的酸与碳酸钙反应，反应中有二氧化碳气体放出。为防止碳酸钙结团影响反应速度和产品质量，必须使碳酸钙粉末均匀分布于聚合氯化铝中，为此应对反应体系进行剧烈搅拌。这种搅拌也有利于二氧化碳气体的释放。随着反应体系中酸度降低和碱化度升高，碳酸钙的溶解速度减缓，与此相应，碳酸钙的加入速度应适当减缓。待预定量的碳酸钙加入完毕，反应完全而无二氧化碳气体放出后，结束搅拌，得到均质、澄清、稳定的高碱化度含钙聚合氯化铝，然后按照CN1197038A所述聚合氯化铝硅的制备工艺步骤(参阅实例之一、实例之二)将聚合硅酸引入到上述高碱化度含钙聚合氯化铝中，得到均质、稳定、高效的高碱化度钙型聚合氯化铝硅。应用本专利技术制备工艺可得到高碱化度为70～90％，Al2O38～12％，CaO 3～5％，SiO20.5～1.5％的复合型高碱化度钙型聚合氯化铝硅混凝剂。上述高碱化度钙型聚合氯化铝硅混凝剂也可以按以下步骤进行先按照CN1197038A所述工艺制备聚合氯化铝硅，然后加入碳酸钙提高碱化度，操作方法如上所述，最终得到高碱化度钙型聚合氯化铝硅混凝剂，实验发现，以上两种制备步骤所得产品性能没有明显差别。碳酸钙加入量应根据聚合氯化铝的原有碱化度、浓度和预设定所要达到的碱化度进行计算。设已有碱化度为B1、浓度为C(以Al mol/L计)的聚合氯化铝，如采用本专利技术所述制备工艺达到预定高碱化度B2，则应加入碳酸钙物质的量浓度为÷2进而可以计算出所要加入的碳酸钙质量。本专利技术所制备的高碱化度钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂具有比普通聚合铝更优异的絮凝沉降效能，且制备流程简便，价廉等优点。广泛适用于给水与废水处理的除浊、脱色，以及其它固液分离过程中，尤其适用于地下饮用水除氟净化处理。制备实例之一量取500mLAl2O315.6％、碱化度57％的液体聚合氯化铝，称取41.5克碳酸钙粉末，将盛放聚合氯化铝的烧杯置于一磁力搅拌器上快速搅拌，分10次将上述碳酸钙粉末加入到上述聚合氯化铝溶液中。每次加入碳酸钙粉末后，应等到反应体系产生的气泡基本消失后再做下一次投加。所有的碳酸钙在30分钟内加完，得到均质澄清稳定的500mL钙型聚合氯化铝。同时制备含SiO24.5％的聚合硅酸，其pH值为1.0，在30摄氏度水浴中聚合15分钟。将盛有500mL含钙聚合氯化铝的烧杯置于磁力搅拌器上快速搅拌，将250mL上述聚合硅酸缓慢加入到含钙聚合氯化铝溶液中，最终得到750mL均质、澄清的高碱化度钙型聚合氯化铝硅混凝剂，该混凝剂的碱化度70.3％，Al浓度2.77mol/L，Ca/Al摩尔比0.20，Si/AlO摩尔比0.09。制备实例之二量取500mLAl2O315.6％、碱化度57％的液体聚合氯化铝置于1L的烧杯中并放在磁力搅拌器上快速搅拌。同时制备含SiO24.5％的聚合硅酸，其pH值为1.0，在30℃水浴中聚合15分钟，将250mL该聚合硅酸缓慢加入上述聚合氯化铝中，得到750mL澄清的聚合氯化铝硅。称取41.5克碳酸钙粉末，将其分10次加入到上述聚合氯化铝硅溶液中。每次加入碳酸钙粉末后，应等到反应体系产生的气泡基本消失后再做下一次投加，所有的碳酸钙在30分钟内加完，最终得到均质、澄清的750mL高碱化度钙型聚合氯化铝硅混凝剂。该混凝剂的碱化度70.3％，Al浓度2.77mol/L，Ca/Al摩尔比0.20，Si/Al摩尔比0.09。上述制备实例一和二中所制备的产品具有良好的稳定性，至少在3个月内不会产生胶凝或沉淀现象。在碳酸钙的加入过程中，为加速碳酸钙的溶解，可对反应体系进行加热，温度控制在100℃以内。应用实例之一将以上实例之一中制备的高碱化度钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂用于高岭土浑浊水的混凝除浊处理，同时与聚合氯化铝、聚合氯化铝硅、含钙聚合氯化铝作对比。原水浊度为70NTU，pH值7.55，水温17℃，处理结果列于表1。表1高碱化度钙型聚合铝混凝除浊效果 从以上处理结果可见，高碱化度钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂的混凝除浊效果明显优于原聚合氯化铝、含钙聚合氯化铝以及聚合氯化铝硅，应用高碱化度钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂，达到同样或更优处理效果，可节省药剂15～20％。应用实例之二将以上实例之一中所制备的高碱化度钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂用于含腐植酸和高岭土的浑浊有色水的混凝除浊脱色处理，同时与聚合氯化铝、含钙聚合氯化铝、聚合氯化铝硅作对比。原水浊度为18.01NTU，色度以370nm处的吸光度表示，其值为0.208。pH值7.70，水温17℃，处理结果列于表2。表2高碱化度钙型聚合氯化铝硅的混凝脱色效果 从以上处理结果可见，高碱化度钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂的混凝脱色效能也优于原有聚合氯化铝、含钙聚合氯化铝以及聚合氯化铝硅。应用实例之三将以上实例之二中所制备的高碱化度钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂用于饮用水除氟，同时与聚合氯化铝作对比。原水氟浓度为4mg/L。处理时根据工艺需要，先加入10g/L的Ca(OH)2溶液10mL。在混凝实验搅拌机上快搅过程中(200转/分钟)投药，投药后先快搅1分钟，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高碱化度钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂及其制备方法，其有效成份为：Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］ ８～１２％，ＣａＯ ３～５％，ＳｉＯ↓［２］ ０．５～１．５％，碱化度为７０～９０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：栾兆坤，宋永会，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]