[发明专利]稳定的无盐聚氯硫酸铝

说明书

发明领域

本发明涉及聚氯硫酸铝(PACS)以及制备和使用它们的方法。

发明背景

聚氯化铝(PACl)和聚氯硫酸铝(PACS)被用于水处理和纸、止 汗剂、食品和药品的生产中。在污水处理过程中，它们用作絮凝剂和 凝聚剂。具有利于水处理特点的聚氯化铝和聚氯硫酸铝的生产工艺已 记载于一些以前的出版物中，包括：US5246686；US4981673； US5076940；US3929666；US5348721；US6548037；US5603912和 US5985234。

低碱度PACl(0-45％碱度)在溶液中非常稳定，但也可以是非常 腐蚀的。它们往往会形成小的絮凝物，降低pH和要求相对于水处理中 使用的其他产品而言的高浓度。高碱度PACl(45-75％碱度)在水处理 中作为凝聚剂更好一些，但是制备的花费更多，并且具有有限的保存 期。高碱性水合氯化铝(83％碱度)解决了其低碱度对应的大多数问题， 但在冷水或高浊度水中作为凝聚剂并非是有效的。

与此相反，PACS是高效的凝聚剂且在冷水或高浊度水中都适用。 这些化合物的主要问题是，它们具有有限的保存期并在高温下迅速降 解。PACS可以通过剪切铝酸钠成为碱性氯化硫酸铝溶液来制备。然 而，这将产生高达5-10％的副产物氯化钠和硫酸钠，其在水处理运行中 变成杂质并导致已处理水的氯和钠含量升高。该副产物盐也降低了 PACS的浓度并缩短了这些产品的保存期。

作为替代，PACS可通过将石灰与氯化铝和硫酸铝溶液的混合物相 混合来制备。在这种情况下，产生的副产物硫酸钙或石膏需要加以处 置。使用这种技术也很难产生大于50％的碱度。

如前所述，PACl或PACS的溶液通常用于水处理工艺。但是，具 有高氯化物与硫酸盐的质量比(CSMR)的水能引起焊料的电偶腐蚀， 从而在饮用水中引起更高铅含量(Edwards等，JAWWA99(7)：96-109 (2007年7月))。所有氯化物PACl和低硫酸盐PACS的使用可以使 这个问题变得更糟，包含副产品氯化钠的PACS也是如此。

发明概述

本发明涉及高碱度的并具有高重量百分比的硫酸盐的聚氯硫酸铝 (PACS)。该PACS是通过将固体羟基氯化铝添加至硫酸铝水溶液或 通过用水稀释固体、干硫酸铝与羟基氯化铝的混合物而制得。本发明 包括形成于水处理中步骤中的PACS的使用方法及含作为单独组分或 作为混合物的干羟基氯化铝和硫酸铝的包装。

本发明是基于制备聚氯硫酸铝(PACS)的方法的研制，该PACS 具有高重量百分比的硫酸盐，高碱度和低水平的氯化钠和硫酸钠。重 要的是，这些方法涉及两种成分，硫酸铝和羟基氯化铝的使用，其可 以维持于干燥，固体状态直到即将将它们用于制备PACS之前。其结 果是，这些组分可以不用输送水而被干运(以混合的或非混合的形式)， 并且对热降解较不敏感。包含本发明的PACS的水处理组合物在冷或 浑浊的水中有效地工作且在广泛的pH范围内是有效的。最后，因为本 发明的PACS具有高的硫酸盐质量比，它们不太可能比具有低比率的 PACS有助于饮用水中的高铅含量。

在第一方面，本发明涉及包含PACS的组合物，所述PACS包含 相对于溶液中的产品的0.5-13重量％或更高，或相对于干燥产品2-30 重量％的硫酸盐含量，及第一实施方案中65％-70％的碱度或第二实施 方案中58％-62％的碱度。这些组合物的特征还在于具有小于1.0重量％， 优选小于0.5重量％或小于0.2重量％，和最优选小于0.1重量％的氯化 钠和小于1.0重量％，优选小于0.5重量％或小于0.2重量％和最优选小 于0.1重量％的硫酸钠。本发明的PACS具有下式： Al(OH)_xCl_(3-x-2y)(SO₄)_y，(式I)，其中：

x是1.78至2.02；

y是0.03至0.45；

x+y/2是1.8至2.1；

Al与SO₄的比率是2至34；Al与Cl的比率是0.9至3.0；Al与 OH的比率是0.5至0.6；

碱度是55％至70％；以及

平均分子量大于或等于95且小于或等于111。

式I中优选的PACS可以是如下特征：