本发明属于聚氯化铝生产技术领域，具体涉及一种高效高浓聚氯化铝的生产工艺。
背景技术：
聚氯化铝是一种高效无机高分子混凝剂，具有高效、低耗、价廉、方便等优点，它的净水效果远远超过三氯化铁、硫酸铝等其它净水剂。
目前，聚氯化铝主要有液体(氧化铝含量≥10％)和固体(氧化铝含量≥29％)两种。固体产品是在液体产品的基础上，经过干燥、烘干等工艺将液体产品转换成固体产品，这个过程增加了大量的人工、燃料、设备、包装、搬运等成本。固体产品的优势在于远距离运输性价比高。但是，在使用前又必须把固体产品进行稀释配制，把固体产品按一定比例加水重新回到液体状态后投入使用。且在液体产品转化成固体产品的过程中，受到工艺的限制，一般很难将100％的有效成份全部转化成固体。同时在高温干燥过程中，产品的聚合度遭到破坏。因此，液体产品的粘度会比经高温干燥的固体再稀释后的液体产品的粘度、纯度更高。但由于聚氯化铝固体产品的有效成分依然较液体产品高，导致水处理效果固体产品与液体产品约为1:2.7，因此固体产品远距离运输的性价比更高，液体产品市场依然得不到有效的推广。如果能选用高效高浓的液体产品，在水处理上达到和固体产品一样的水处理效果，则能解决干燥过程中导致的各种问题，同时也可以达到国内或国外远销，固体产品的优势将不复存在，更能实现经济效益。因此，生产高效高浓的液体聚氯化铝直接替代固体产品是当前急需攻克的革命性技术难题。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种高效高浓聚氯化铝的生产工艺，在不增加大量工艺设备和其它原材料的情况下，采用铝锭、铝带表面酸洗废液中和处理后的含铝废渣作为原料，通过负压增效浓缩工艺生产高效高浓的液体聚氯化铝，以替代常规固体产品。该工艺简单易操作，生产投入低，适合工业化生产。制得的高效高浓液体聚氯化铝与常规固体产品净水效果约为1:1，同时利用含铝废渣，大为降低聚氯化铝的生产成本，“变废为宝”，符合节能减排、循环经济的环保理念。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种聚氯化铝的生产工艺，包括：
步骤一：在搅拌下将适量水和163～217份总酸度30～32％的盐酸配制成HCl体积浓度为22.5～24.5％的盐酸溶液；在常压常温下向该盐酸溶液中加入116～164份氧化铝含量为15～20％的含铝废渣，搅拌至溶解；然后持续升温至反应体系温度控制在100～125℃，常压下反应3～4.5h；
步骤二：将步骤一得到的料液在搅拌下补充适量水，投加铝酸钙粉31～65份，投加完毕后用水调节料液密度≥1.23g/ml，然后投加增效剂磷酸三钠5～8份，升温至反应体系温度控制在105～115℃，常压下反应3.5～4.5h；
步骤三：将步骤二得到的料液进行固液分离，得到母液；
步骤四：将步骤三得到的母液浓缩至密度为1.40～1.45g/ml，再熟化3～5天，即得高效高浓液体聚氯化铝，其相对密度为1.40～1.45g/ml，氧化铝重量百分含量≥20％，盐基度＞80.0％，pH值3.5～5.0，水不溶物含量＜0.1％。
一实施例中：所述含铝废渣为铝锭、铝带表面酸洗废液中和处理后的含铝废渣，其氧化铝含量为15～20％，水分含量为75～85％，杂质含量＜5％。
一实施例中：所述铝酸钙粉中，酸溶铝含量48～54％，氧化钙含量26～34％。
一实施例中：所述步骤三中，固液分离采用板框压滤装置。
一实施例中：所述步骤四中，采用负压增效浓缩装置进行浓缩。
本发明之中，除有特别说明外，份数均按质量份数计，含量均为质量分数。
本发明是在利用现有工艺设备和原材料的基础上，在不增加大量工艺设备和其它原材料的情况下，进行发明创造，产品经济效益更高，同时克服了以下生产技术难题：
1.本发明的工艺中，将铝酸钙粉和增效剂聚合反应后的二次液通过板框压滤装置压滤，得到母液，一方面保证母液的纯度，排除杂质对母液负压增效浓缩过程中聚合效果的影响，另一方面，能够避免母液中含有的杂质在负压增效浓缩装置中杂质堵塞装置，损坏设备，导致增效浓缩过程无法顺利实现。而现有的生产工艺中，为了排除废渣杂质对现有工艺原增效剂氧化钙或氢氧化钙增效反应的影响，是必须在投加铝酸钙粉之前进行板框压滤分离出母液的。如果按照该传统工艺的话，无法得到本发明的高效高浓液体聚氯化铝。
2.为了实现高效高浓聚氯化铝的生产，本发明引入了新增效剂磷酸三钠，新增效剂磷酸三钠能够与后续的负压增效浓缩装置和熟化过程相配合，促进和达到聚氯化铝的增效聚合增浓提纯，极大增加了羟基侨联提高产品聚合度，使产品的氧化铝含量、分子电荷量、混凝能力、贮存稳定性和盐基度等产品质量指标提高层级。如果采用其他的增效剂，则无法得到本发明的高效高浓液体聚氯化铝。
3.整个生产高效高浓聚氯化铝工艺环环相扣，缺一不可，这是本发明申请人经过大量、长时间的研究试验，最终总结发明的技术。通过调控工艺具体反应参数、各原料投加重量份数及各原料投加顺序，这些都是本发明生产高效高浓聚氯化铝的关键因素。若各原料投加重量份数比不合适、各原料投加顺序不正确、各工艺具体反应参数未调控好，则无法顺利完成高效高浓聚氯化铝的生产。
本发明得到的高效高浓液体聚氯化铝，在20℃时的相对密度为1.40～1.45g/ml，氧化铝重量百分含量≥20％，盐基度＞80.0％，pH值3.5～5.0，水不溶物含量＜0.1％，符合GB15892-2009标准。而按照现有工艺生产的液体聚氯化铝在20℃时的相对密度为≥1.15g/ml，氧化铝重量百分含量≥10％，盐基度＞75.0％，pH值3.5～5.0，水不溶物含量＜0.1％。二者存在较大差距，说明按照现有工艺无法生产出本发明的高效高浓的液体聚氯化铝产品。
将本发明制得的高效高浓液体聚氯化铝产品与某采用常规材料生产的产品及GB15892-2009的质量指标对比如下表：
由上表可以看出，本发明制得的高效高浓液体聚氯化铝其氧化铝含量、盐基度、水不溶物含量均优于常规原材料生产的产品。
其次，将本发明制备的高效高浓聚氯化铝(液体)1#、常规聚氯化铝(固体)2#和常规聚氯化铝(液体)3#，在泉州某水厂通过六联搅拌仪器进行混凝对比试验(取各药剂最佳投加量检测出水水质)，结果如下表：
由上表可以看出，现有工艺液体产品水处理效果与常规固体产品约为2.7:1。而本发明产品的各综合理化指标均优于常规液体聚氯化铝产品，与常规固体聚氯化铝的水处理效果约为1:1，这是现有工艺无法实现的。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.本发明采用铝锭、铝带表面酸洗废液中和处理后的含铝废渣作为原料，通过负压增效浓缩工艺生产高效高浓的液体聚氯化铝产品。不但各原料成本较低而且技术工艺也较为简单，同时利用含铝废渣，最大限度的减少环境污染、“变废为宝”、“以废治废”，以达到节能减排、循环经济的环保理念。
2.在生产过程中投加增效剂，同时通过负压增效浓缩工艺，极大增加了羟基侨联提高产品聚合度，使产品的氧化铝含量、分子电荷量、混凝能力、贮存稳定性和盐基度等产品质量指标提高层级。
3.在不增加大量工艺设备和其他原材料的情况下，采用铝锭、铝带表面酸洗废液中和处理后的含铝废渣作为原料，通过负压增效浓缩工艺生产高效高浓的液体聚氯化铝产品。通过调控工艺具体反应参数、各原料投加重量份数及各原料投加顺序，这些都是本发明生产高效高浓聚氯化铝的关键因素。这是本发明申请人经过大量、长时间的研究试验，最终总结发明的技术。若各原料投加重量份数比不合适、各原料投加顺序不正确、各工艺具体反应参数未调控好，则无法顺利完成高效高浓聚氯化铝的生产。
4.本发明制得的高效高浓液体聚氯化铝产品的氧化铝含量≥20％，净水效果与常规固体产品约为1:1，完全可替代固体产品。有效节约了液体产品经过干燥、烘干等工艺转换成固体产品，所产生的大量的人工、燃料、设备、包装、搬运等成本，同时避免了在高温干燥过程中，聚氯化铝产品有效成分的损失和产品聚合度的破坏，解决了固体产品在使用过程中出现的资源浪费、粉尘、受潮结块、员工职业病、劳动强度大、包装废弃物处理、环境污染等问题。高效高浓聚氯化铝方便远距离运输，适合国内或国外远销，极大拓展了液体聚氯化铝的市场，使液体产品替代固体产品成为可能。
5.本发明制得的高效高浓液体聚氯化铝产品性能与常规固体聚氯化铝相当，且水不溶物含量较低，使得产品的应用范围更为广阔。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的高效高浓聚氯化铝的生产工艺流程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明的内容：
实施例1
步骤一：在带有搅拌装置利用蒸汽加热的耐酸一次反应釜内，边搅拌边加入适量水和175份工业盐酸，配制成体积浓度为22.8％的盐酸溶液；在常压常温下向该盐酸溶液中加入138份含铝废渣，搅拌至溶解；然后持续升温至反应体系温度控制在100～125℃，常压下反应3h；取样检测；
步骤二：将步骤一得到的一次料液通过泵抽到带有搅拌装置利用蒸汽加热的耐酸聚合二次反应釜内，启动搅拌，补充适量水，开始投加铝酸钙粉46份，投加完毕后用水调节料液密度1.24g/ml，然后投加增效剂磷酸三钠6份，升温至反应体系温度控制在105～115℃，常压下反应3.5h；取样检测；
步骤三：将步骤二得到的二次料液通过板框压滤机压滤来进行固液分离，得到母液446份；取样检测；
步骤四：将步骤三得到的母液通过泵抽进负压增效浓缩装置进行增效浓缩，浓缩至密度为1.41g/ml，再将其抽至熟化池，常温常压下曝气熟化4天，即得高效高浓液体聚氯化铝产品238份，检测入库。成品符合GB15892-2009标准。
其中，所述工业盐酸为总酸度31％(总酸度以HCl计，即HCl的质量分数为31％)的工业盐酸。所述含铝废渣为铝锭、铝带表面酸洗废液中和处理后的含铝废渣，其氧化铝含量为15～20％，水分含量80％左右，杂质＜5％。所述铝酸钙粉中，酸溶铝含量50％，氧化钙含量28～31％。
实施例2
步骤一：在带有搅拌装置利用蒸汽加热的耐酸一次反应釜内，边搅拌边加入适量水和209份工业盐酸，配制成体积浓度为24％的盐酸溶液；在常压常温下向该盐酸溶液中加入157份含铝废渣，搅拌至溶解；然后持续升温至反应体系温度控制在100～125℃，常压下反应4.5h；取样检测；
步骤二：将步骤一得到的一次料液通过泵抽到带有搅拌装置利用蒸汽加热的耐酸聚合二次反应釜内，启动搅拌，补充适量水，开始投加铝酸钙粉61份，投加完毕后用水调节料液密度1.26g/ml，然后投加增效剂磷酸三钠8份，升温至反应体系温度控制在105～115℃，常压下反应4h；取样检测；
步骤三：将步骤二得到的二次料液通过板框压滤机压滤来进行固液分离，得到母液521份；取样检测；
步骤四：将步骤三得到的母液通过泵抽进负压增效浓缩装置进行增效浓缩，浓缩至密度为1.44g/ml，再将其抽至熟化池，常温常压下曝气熟化5天，即得高效高浓液体聚氯化铝产品275份，检测入库。成品符合GB15892-2009标准。
其中，所述工业盐酸为总酸度31％(总酸度以HCl计，即HCl含量为31％)的工业盐酸。所述含铝废渣为铝锭、铝带表面酸洗废液中和处理后的含铝废渣，其氧化铝含量为15～20％，水分含量80％左右，杂质＜5％。所述铝酸钙粉中，酸溶铝含量50％，氧化钙含量28～31％。
实施例3
步骤一：在带有搅拌装置利用蒸汽加热的耐酸一次反应釜内，边搅拌边加入适量水和188份工业盐酸，配制成体积浓度为23.5％的盐酸溶液；在常压常温下向该盐酸溶液中加入149份含铝废渣，搅拌至溶解；然后持续升温至反应体系温度控制在100～125℃，常压下反应4h；取样检测；
步骤二：将步骤一得到的一次料液通过泵抽到带有搅拌装置利用蒸汽加热的耐酸聚合二次反应釜内，启动搅拌，补充适量水，开始投加铝酸钙粉54份，投加完毕后用水调节料液密度1.25g/ml，然后投加增效剂磷酸三钠7份，升温至反应体系温度控制在105～115℃，常压下反应4.5h；取样检测；
步骤三：将步骤二得到的二次料液通过板框压滤机压滤来进行固液分离，得到母液477份；取样检测；
步骤四：将步骤三得到的母液通过泵抽进负压增效浓缩装置进行增效浓缩，浓缩至密度为1.43g/ml，再将其抽至熟化池，常温常压下曝气熟化3天，即得高效高浓液体聚氯化铝产品246份，检测入库。成品符合GB15892-2009标准。
其中，所述工业盐酸为总酸度31％(总酸度以HCl计，即HCl含量为31％)的工业盐酸。所述含铝废渣为铝锭、铝带表面酸洗废液中和处理后的含铝废渣，其氧化铝含量为15～20％，水分含量80％左右，杂质＜5％。所述铝酸钙粉中，酸溶铝含量50％，氧化钙含量28～31％。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。