[发明专利]聚合硅酸-硫酸铝及其生产工艺

说明书

本发明涉及碱式多核羟基硅酸-硫酸铝(PASS)化合物，及其制备工艺。

这类化合物可用作絮凝剂、混凝剂、沉淀剂、脱水剂和澄清剂，可用于水处理、制浆造纸或凡是可以采用从这类聚合化合物形成的氢氧化铝凝胶系统的工业。

这种类型的化合物、其生产工艺及具体应用详见1991年1月1日公布的美国专利4,981,675和1991年12月3日公布的美国专利5,069,893，这两项专利均转让给作为本申请的同一受让人。

虽然这些化合物和工艺是有效的和有用的，但这类化合物的制备形式及其制备工艺都仍然有改进的余地。

因此，本发明的一个目的是提供碱式多核羟基硅酸-硫酸铝化合物和溶液的一个新家族，及其新型生产工艺。

本发明的一个实施方案包括把一种硅酸盐混入到一种碱性反应物中，生成一种碱性预混物或中间体混合物。然后在高剪切条件下把这种碱性预混物引进或注入到一种酸性成分中，生成稳定的、含碱式多核硅酸盐的化合物。碱性成分可以包括一种或多种碱性盐，例如碱金属铝酸盐，碱金属锌酸盐，碱金属锆酸盐，碳酸氢盐，硼酸盐，碳酸盐，乙酸盐等。酸性成分可以选自一种或多种铝、铁、锆等盐，例如硫酸铝、卤化铝或硝酸铝，硫酸铁、卤化铁或硝酸铁，硫酸亚铁、卤化亚铁或硝酸亚铁等。

更具体地说，本发明提供多核碱式羟基硅酸一硫酸铝的一种生产工艺，其平均化学组成由如下通式表示：

Al_A(OH)_B(SO₄)_C(SiO_X)_D(H₂O)_E式中A的数值为1.0；

B的数值为0.75～2.0；

C的数值为0.30～1.12；

D的数值为0.005～0.1；

X的数值大于2但小于或等于4，从而使3＝B＋2C＋2D(X－2)；且

E的数值代表结合水和游离水两者，对于溶液形式的产品，该数值大于8，而对于固体形式的产品，该数值小于8。

产品的碱度定义为B/3A×100，其范围为25～66％。以上通式中所指Al的数量可多达10％(摩尔)可用等当量的另一种多价阳离子代替，而以上通式中所指硫酸根阴离子的数量可多达10％(摩尔)可用另一种阴离子代替。此外，该产品可含有可多达10％(摩尔)(参照Al)的一种弱酸或其一种盐，以达到下列的一个或多个目标：增加产品制备的容易程度，提高产品的稳定性，或改善其具体应用性能。

本发明的工艺较好包括：混合一种碱金属硅酸盐和一种浓的碱金属铝酸盐水溶液，形成一种碱性中间体混合物，在高剪切混合条件下把这种碱性中间体混合物添加到一种酸性硫酸铝溶液中。如果希望的话，可多达10％(摩尔)的硫酸铝可用等当量的至少一种含有离子的水溶性化合物代替，所述离子选自一种除铝外的多价阳离子、一种除硫酸根外的阴离子、此种多价阳离子和此种阴离子两者兼而有之。在中间体混合物、硫酸铝溶液和多核羟基硅酸-硫酸铝水溶液的至少一种中，也可提供可多达10％(摩尔)的至少一种弱有机或无机酸或者一种弱有机或无机酸的盐。

本发明涉及如上生产的溶液，也涉及通过使该溶液干燥而生产的干产品。

本发明参照附图更详细地说明如下，其中：

图1是一幅流程图，概要地说明按照本发明的一个方面的一种较好的连续工艺；

图2是一台用于实施本发明工艺的高剪切混合机装置的侧视部分剖面图；和

图3是一幅流程图，说明按照本发明的一种较好的间歇工艺。

美国专利4,981,675及以上提到的其它有关专利中公开的多核羟基硅酸-硫酸铝溶液生产工艺包括下列步骤(例如，参阅美国专利4,981,675第4栏第12～26行和第10栏的权利要求7)。首先，把一种碱金属硅酸盐溶液混入硫酸铝溶液中，形成一种酸性中间体混合物。然后，把一种碱性碱金属铝酸盐溶液缓慢导入，并在高剪切混合条件下与该酸性中间体混合物反应。所形成的羟基硅酸-硫酸铝水溶液含有约7-10％(重量)以Al₂O₃为基的Al(见美国专利4,981,675第4栏第37～41行)，这种工艺不借助于随后的脱水浓缩，基本上不可能形成更浓的溶液。

与此相反，本发明工艺的最基本形式包括：先在连续搅拌下将一种碱金属硅酸盐混入一种碱金属铝酸盐溶液中，形成一种碱性中间体混合物，在高剪切混合条件下缓慢地把所形成的碱性中间体混合物加到一种酸性硫酸铝溶液中。