一种利用铝型材加工废液生产聚合硫酸铝的方法与流程

本发明属于清洁生产和资源再利用技术领域，具体涉及一种利用铝型材加工废液生产聚合硫酸铝的方法。

背景技术：

随着我国基础设施建设地飞速发展，铝型材在轨道交通、建筑等工业领域的使用量大幅增加，其产量也呈逐年上升的趋势。

生产铝型材的主要工艺为模具挤出成型，当型材挤出后，模具腔中剩余的铝合金通常采用质量分数为20~30%的氢氧化钠溶液在加热的条件下溶出，从而产生大量的含铝碱性废液。

这种含铝碱性废液中的主要成份是偏铝酸钠和氢氧化钠的混合液，其它成份是铝合金中金属离子的氢氧化物；偏铝酸钠和氢氧化钠以离子形式存在，铝合金中金属离子的氢氧化物以沉淀的形式悬浮在废液中。

目前，对于这种废液还没有良好的处理办法，由于这种废液具有很强的腐蚀性且对环境影响较大，不能直接排放。同时，废液中的偏铝酸钠很不稳定，长期存放也有安全隐患。随着铝型材产量的不断增加，这种废液的如何处理成为影响铝型材安全、清洁生产的一大难题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种利用铝型材加工废液生产聚合硫酸铝的方法，旨在资源化利用含铝碱性废液，从而解决现在技术中含铝碱性废液影响环境和清洁生产的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用铝型材加工废液生产聚合硫酸铝的方法，该方法以铝型材加工过程中产生的含铝碱性废液为原料，分别制成固体Al(OH)₃和NaAlO₂溶液，再将固体Al(OH)₃制成Al₂(SO₄)₃溶液，最后将NaAlO₂溶液、Al₂(SO₄)₃溶液和磷酸溶液共混、煮解得到聚合硫酸铝。铝型材加工过程中产生的含铝碱性废液中主要成分为NaAlO₂和NaOH，其中还有少量的以沉淀的形式存在的金属氢氧化物。

具体包括以下步骤：

1）将所述含铝碱性废液过200~800目筛，以去除其中含有的固体杂质，得到除渣含铝碱性废液，备用。

2）取部分步骤1）得到的除渣含铝碱性废液并向其中通入二氧化碳，以使偏铝酸钠水解并生成氢氧化铝沉淀，直到不再产生沉淀时，压滤分离，得到固体Al(OH)₃和Na₂CO₃溶液，备用。

3）将步骤2）得到的固体Al(OH)₃溶解于质量分数为20~40%的H₂SO₄溶液中，直至固体Al(OH)₃完全溶解，得到Al₂(SO₄)₃溶液，备用。

4）取另一部分步骤1）得到的除渣含铝碱性废液，向其中加入含铝化合物或NaOH，使其中的钠铝元素的摩尔比为1：1.2~1.5，得到反应液；再将反应液加热到50~80℃并保温2~4h，冷却到室温，得到NaAlO₂溶液，备用。

5）将磷酸溶液与步骤3）得到的Al₂(SO₄)₃溶液、步骤4）得到NaAlO₂溶液共混成混合溶液，再将该混合溶液于65-80℃下煮解1~4h，然后冷却至室温，即得聚合硫酸铝。

硫酸铝，主要提供有效含量Al₂O₃， 磷酸作为聚合稳定剂，可以防止局部过度聚合导致产品不稳定。偏铝酸钠主要作为聚合剂，可以提高聚合度，同时因其含有一定量的铝，可以提高所得产品中有效成分Al₂O₃含量。

此外，还可以包括步骤6）：检测步骤2）得到的Na₂CO₃溶液的浓度，并按摩尔比1：1加入生石灰，使之生成CaCO₃沉淀和NaOH溶液，然后抽滤分离，得到固体CaCO₃和NaOH溶液；NaOH溶液供步骤4）加入时使用。固体CaCO₃也可以作为工业成品出售。

当然将步骤2）得到的Na₂CO₃溶液也可以有其他处理方式，比如将其在60~80℃下蒸发至恒重，得到固体Na₂CO₃，再用饱和Na₂CO₃溶液清洗该固体Na₂CO₃以去除其他可溶性盐，然后于60~80℃下蒸发至恒重，得到工业纯级Na₂CO₃，也就是通常说的纯碱。

其中：步骤4）中所述的含铝化合物可以为Al₂O₃，也可以是步骤2）得到的Al(OH)₃。

为了保证反应向有利于生成NaAlO₂的方向移动，步骤4）所述的反应液中铝的浓度应小于50g/L。

为减少反应用量和反应容积，步骤5）中所用的磷酸最好采用高浓度磷酸，即质量分数大于85%。

为保证反应产率，步骤5）的混合溶液中Al₂(SO₄)₃、磷酸、NaAlO₂的质量比为3~9∶0.05-0.1∶0.5-1.5。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明以含铝碱性废液为原料制备聚合硫酸铝，将含铝碱性废液中的偏铝酸钠和氢氧化钠资源化利用，全流程不产生新的废液，实现了污染物零排放，保证了生产过程的清洁安全。

2、本发明以含铝碱性废液为原料制备聚合硫酸铝这一絮凝剂，实现了污染物无害化处置和产品生产同步化，改变了污染物无害化处置是纯投入项目的传统模式，既保护了环境，也增加了经济收益，一举两得。

3、本发明用除渣含铝碱性废液制成的Al(OH)₃ 和NaOH可以用于制备NaAlO₂，极大地提高了原料的利用率，降低了成本。

4、本发明生产的聚合硫酸铝的聚合度高，且长期稳定不分层，此外，本发明方法原料易得，生产中无三废问题，克服了目前生产聚合硫酸铝工艺所得产品有效浓度不高、聚合度低、生产中废渣量等问题。

附图说明

图1为本发明的工艺流程简图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

以铝型材加工过程中产生的含铝碱性废液为原料，该原料主要成分为NaAlO₂和NaOH，其中还有少量的以沉淀的形式存在的金属氢氧化物。采用以下方法合成聚合硫酸铝：

1）将所述含铝碱性废液过200目筛，以去除其中含有的固体杂质，得到除渣含铝碱性废液，备用。

2）取部分步骤1）得到的除渣含铝碱性废液并向其中通入二氧化碳，以使偏铝酸钠水解并生成氢氧化铝沉淀，直到不再产生沉淀时，压滤分离，得到固体Al(OH)₃和Na₂CO₃溶液，备用。

3）将步骤2）得到的固体Al(OH)₃溶解于质量分数为40%的H₂SO₄溶液中，直至固体Al(OH)₃完全溶解，得到Al₂(SO₄)₃溶液，备用。

4）取另一部分步骤1）得到的除渣含铝碱性废液，向其中加入含铝化合物或NaOH，使其中的钠铝元素的摩尔比为1：1.2且保证铝的浓度小于50g/L，得到反应液；再将反应液加热到80℃并保温2h，冷却到室温，得到NaAlO₂溶液，备用。

5）将磷酸溶液与步骤3）得到的Al₂(SO₄)₃溶液、步骤4）得到NaAlO₂溶液共混成混合溶液，使其中Al₂(SO₄)₃、磷酸、NaAlO₂的质量比为9∶0.05∶1.5；再将该混合溶液于65℃下煮解4h，然后冷却至室温，即得聚合硫酸铝。

6）检测步骤2）得到的Na₂CO₃溶液的浓度，并按摩尔比1：1加入生石灰，使之生成CaCO₃沉淀和NaOH溶液，然后抽滤分离，得到固体CaCO₃和NaOH溶液；NaOH溶液供步骤4）加入时使用，固体CaCO₃作为工业品出售。

所得聚合硫酸铝指标如下：氧化铝11.02％，聚合度57.21％，pH3.58，密度1.61g/mL。

实施例二

以铝型材加工过程中产生的含铝碱性废液为原料，该原料主要成分为NaAlO₂和NaOH，其中还有少量的以沉淀的形式存在的金属氢氧化物。采用以下方法合成聚合硫酸铝：

1）将所述含铝碱性废液过800目筛，以去除其中含有的固体杂质，得到除渣含铝碱性废液，备用；

2）取部分步骤1）得到的除渣含铝碱性废液并向其中通入二氧化碳，以使偏铝酸钠水解并生成氢氧化铝沉淀，直到不再产生沉淀时，压滤分离，得到固体Al(OH)₃和Na₂CO₃溶液，备用；

3）将步骤2）得到的固体Al(OH)₃溶解于质量分数为20%的H₂SO₄溶液中，直至固体Al(OH)₃完全溶解，得到Al₂(SO₄)₃溶液，备用；

4）取另一部分步骤1）得到的除渣含铝碱性废液，向其中加入含铝化合物或NaOH，使其中的钠铝元素的摩尔比为1： 1.5且保证铝的浓度小于50g/L，得到反应液；再将反应液加热到50℃并保温4h，冷却到室温，得到NaAlO₂溶液，备用；

5）将磷酸溶液与步骤3）得到的Al₂(SO₄)₃溶液、步骤4）得到NaAlO₂溶液共混成混合溶液，使其中Al₂(SO₄)₃、磷酸、NaAlO₂的质量比为3∶0.1∶0.5；再将该混合溶液于0℃下煮解1h，然后冷却至室温，即得聚合硫酸铝。

所得聚合硫酸铝指标如下：氧化铝10.55％，聚合度56.62％，pH4.01，密度1.35g/mL。

将步骤2）得到的Na₂CO₃溶液于60~80℃下蒸发至恒重，得到固体Na₂CO₃，再用饱和Na₂CO₃溶液清洗该固体Na₂CO₃，然后于60~80℃下蒸发至恒重，得到工业纯级Na₂CO₃。

实施例三

以铝型材加工过程中产生的含铝碱性废液为原料，该原料主要成分为NaAlO₂和NaOH，其中还有少量的以沉淀的形式存在的金属氢氧化物。采用以下方法合成聚合硫酸铝：

1）将所述含铝碱性废液过600目筛，以去除其中含有的固体杂质，得到除渣含铝碱性废液，备用；

2）取部分步骤1）得到的除渣含铝碱性废液并向其中通入二氧化碳，以使偏铝酸钠水解并生成氢氧化铝沉淀，直到不再产生沉淀时，压滤分离，得到固体Al(OH)₃和Na₂CO₃溶液，备用；

3）将步骤2）得到的固体Al(OH)₃溶解于质量分数为30%的H₂SO₄溶液中，直至固体Al(OH)₃完全溶解，得到Al₂(SO₄)₃溶液，备用；

4）取另一部分步骤1）得到的除渣含铝碱性废液，向其中加入含铝化合物或NaOH，使其中的钠铝元素的摩尔比为1：1.3且保证铝的浓度小于50g/L，得到反应液；再将反应液加热到60℃并保温3h，冷却到室温，得到NaAlO₂溶液，备用；

5）将磷酸溶液与步骤3）得到的Al₂(SO₄)₃溶液、步骤4）得到NaAlO₂溶液共混成混合溶液，使其中Al₂(SO₄)₃、磷酸、NaAlO₂的质量比为6∶0.08∶1；再将该混合溶液于70℃下煮解3h，然后冷却至室温，即得聚合硫酸铝。

所得聚合硫酸铝指标如下：氧化铝10.40％，聚合度53.81％，pH3.66，密度1.33g/mL。

取原木浆生化后加药前废水1000ml(COD：500，色度1000倍)，加入本实施例所得聚合硫酸铝100g，进行混凝试验，从出水效果(COD：92，色度55倍)可以看出，本发明方法所得聚合硫酸铝能较好 地去除COD，脱色能力强，并且形成絮体较其他的密实。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。