專利名稱：：用于生產(chǎn)聚合鋁鹽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)聚合鋁鹽以及它們的衍生物的一種方法，其中將一種含鋁材料與一種酸性化合物進(jìn)行混合，并且使用微波將該混合物加熱至15(TC至25(TC的溫度并維持在這一溫度，可任選地與另一個熱源相結(jié)合，允許維持在所述溫度的所述混合物反應(yīng)大約5秒至60分鐘的一個時間段，并且此后將該混合物冷卻至13(TC或更低?？扇芜x地，使該混合物在該混合物曝光于微波之前或期間經(jīng)受超聲。本發(fā)明還涉及用于生產(chǎn)聚合鋁鹽以及它們的衍生物的一個系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個混合裝置，用于將一種含鋁材料與一種酸性化合物混合成一個混合物；一個加熱裝置，用于使用微波將該混合物加熱至15(TC至25(TC的溫度并且維持在這一溫度，可任選地與一個或多個其他的熱源相結(jié)合；一個反應(yīng)裝置，用于使維持在所述溫度的該混合物反應(yīng)大約5秒至60分鐘的一個時間段；以及一個冷卻裝置，用于將該反應(yīng)混合物冷卻至13(TC或更低?？扇芜x地，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于使該混合物經(jīng)受超聲的一個超聲裝置。當(dāng)然，在該系統(tǒng)的設(shè)計上包括了將所提及的裝置進(jìn)行組合的不同方法，例如，可以將該混合裝置、該加熱裝置以及可任選地該超聲裝置合并在該反應(yīng)裝置中和/或該反應(yīng)裝置附近，并且具體的實施方案不應(yīng)詮釋為是對保護(hù)范圍的限制。本發(fā)明包括由含鋁的原材料以及酸類生產(chǎn)聚合鋁鹽類，優(yōu)選聚合硫酸鋁和聚合氯化鋁以及它們的衍生物，并且最優(yōu)選聚合氯化鋁，其中微波被用于將該反應(yīng)混合物至少部分地進(jìn)行加熱。隨著反應(yīng)時間的減少，需要更小的反應(yīng)器體積。因此，對于可以用盡可能短的反應(yīng)時間來進(jìn)行的一種方法而言，這是一個經(jīng)濟上和空間節(jié)省上的優(yōu)點。本發(fā)明進(jìn)一步通過附圖來說明，這些附圖不應(yīng)被解釋為是對本發(fā)明范圍的限制。圖1和2圖解了本發(fā)明的兩個實施方案。圖1示出了一個系統(tǒng)的一個示意性的圖解，該系統(tǒng)的混合和加熱裝置包括在該反應(yīng)裝置中。圖2示出了一個系統(tǒng)的一個示意性的圖解，該系統(tǒng)在反應(yīng)裝置之前在一個加熱裝置中帶有預(yù)熱，該反應(yīng)裝置包括一個第二加熱裝置，并且虛線示出了繞過第一加熱裝置的一個可替代的路徑。具體實施例方式本發(fā)明的一個目的是生產(chǎn)具有比在常規(guī)的加壓反應(yīng)器中獲得的一個更高的0H/A1摩爾比的聚合鋁鹽。本發(fā)明的另一個目的是減少用于生產(chǎn)聚合鋁鹽的反應(yīng)時間。通過用微波來加熱，與用常規(guī)方法加熱相比，可以生產(chǎn)具有一個更高的0H/A1摩爾比的聚合鋁鹽。通過微波來加熱還加速了含鋁的原材料在酸類中的溶解，由此減少了反應(yīng)時間。進(jìn)一步減少反應(yīng)時間的一種可任選的方法是通過使用超聲使固體的含鋁材料經(jīng)受分解。因此，該反應(yīng)時間可以通過降低顆粒尺寸來進(jìn)一步縮短，由此增加了該固體材料的表面積。可能用于本發(fā)明的含鋁材料包括，但不限于，例如，不同形式的鋁的氫氧化物類、氧化鋁的氫氧化物(勃姆石)、鋁土礦、高嶺土或其他粘土、來自蝕刻工業(yè)的濾餅、或這些材料的混合物。所述含鋁材料優(yōu)先考慮鋁的氫氧化物類。該含鋁材料優(yōu)選具有最多500ym、并且更優(yōu)選最多200i！m的顆粒尺寸。可能用于本發(fā)明的酸性化合物包括，但不限于，例如，鹽酸、硝酸、硫酸、甲酸、氯化鋁(例如水性的)或聚合鋁鹽(例如水性的)(具有比有待通過根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的產(chǎn)物更低的堿度)、廢的工業(yè)酸性溶液、或這些的混合物。在一個實施方案中所使用的酸性化合物是一種混合物，包括硫酸，以及鹽酸、硝酸、甲酸、氯化鋁或聚合氯化鋁(具有比最終產(chǎn)物更低的一個0H/A1摩爾比)、或廢的工業(yè)酸性溶液中的至少一種。通過微波(可任選地與另外的熱源相結(jié)合)將該混合物加熱至15(TC至250°C、優(yōu)選17(TC至23(TC并且最優(yōu)選18(TC至220°C的反應(yīng)溫度，然后在該混合物的反應(yīng)過程中使用微波維持該溫度。另外的熱源應(yīng)被解釋為常規(guī)的加熱手段，例如，熱交換器以及浸沒式加熱器。另外的熱源與該微波加熱裝置可以串聯(lián)連接，其中使該混合物經(jīng)受一個熱處理然后經(jīng)受另一個，或者將這些裝置連接，這樣，該混合物同時經(jīng)受兩者的熱處理。當(dāng)然，所有的加熱還可以通過僅使用微波來完成。由于不同的加熱替代方案，所述加熱裝置是至少一個加熱裝置。然后允許該混合物在所述的15(TC至25(TC、優(yōu)選大約17(TC至23(TC、并且最優(yōu)選大約18(TC至22(TC的溫度范圍內(nèi)，在從5秒到60分鐘、優(yōu)選從15秒到15分鐘、更優(yōu)選從30秒到10分鐘、并且最優(yōu)選從2分鐘到10分鐘的時間段起反應(yīng)。在溫度和反應(yīng)時間之間有一種關(guān)聯(lián)，溫度越高，則所需要的反應(yīng)時間變得越短。在反應(yīng)期間，使該混合物經(jīng)受微波。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，將一種混合的混合物照慣例加熱至低于允許該混合物起反應(yīng)的溫度范圍的一個溫度，例如，到13(TC的溫度。此后通過使用微波將該加熱過的混合物進(jìn)一步加熱至上述溫度，在這些溫度下，當(dāng)該混合物暴露于微波中時允許該混合物起反應(yīng)。當(dāng)使用微波加熱一種混合物時，熱量轉(zhuǎn)移不受該反應(yīng)器的表面積所限制。通過針對流速來調(diào)整微波能量，該混合物的溫度可以幾乎即時地升高至預(yù)定的反應(yīng)溫度。通過至少部分地使用微波來加熱該混合物，可以生產(chǎn)出與不用微波的加熱相比具有一個更高的0H/A1摩爾比的聚合鋁鹽。在微波處理之后將該混合物冷卻，例如，通過使用一個熱交換器。最初，將該反應(yīng)混合物冷卻至最多13(TC的溫度，優(yōu)選在最多IO分鐘的時間段內(nèi)，然后將該反應(yīng)混合物在最多3小時的時間段內(nèi)進(jìn)一步冷卻至大約IO(TC。在冷卻步驟中所釋放的熱量可以被用于例如升高溫度，即在反應(yīng)前加熱該混合物。在輸出和進(jìn)入的混合物之間的熱量轉(zhuǎn)換可以例如在一個熱交換器中完成。當(dāng)使聚合鋁鹽經(jīng)受高溫時，可以生成不溶性的堿性鋁化合物。為了阻止此類不溶性化合物的生成，重要的是限制高溫下的停留時間。通過在反應(yīng)之后將該反應(yīng)混合物冷卻，此類不溶性化合物的生成得到了限制或消除。以上披露的酸性溶液不應(yīng)被看作是對本發(fā)明的限制，也可以使用未在此指明的其他酸性溶液?？傮w而言，人們可以認(rèn)為該酸越濃，則該固體的含鋁材料溶解得越快。在本發(fā)明的一個實施方案中，該含鋁原材料被分解，產(chǎn)生了更小的顆粒以及更大的表面積。根據(jù)本發(fā)明的一個可任選的實施方案，這種分解是通過使用超聲來完成的。超聲產(chǎn)生了對本發(fā)明有益的氣蝕。根據(jù)本發(fā)明的可任選的實施方案，一個超聲處理可以在廢水混合物的微波處理(即暴露于微波中)之前或期間進(jìn)行。該混合物優(yōu)選在微波處理(即暴露于微波)期間經(jīng)受超聲。根據(jù)本發(fā)明的方法可以是，例如，分批的、間歇的、半連續(xù)的、或連續(xù)的。根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選是一種連續(xù)的方法。用于生產(chǎn)聚合鋁鹽以及它們的衍生物的系統(tǒng)包括至少一個混合裝置，例如一個混合槽或攪拌器，用于將一種含鋁材料與一種酸性化合物混合成一個混合物；至少一個加熱裝置，用于使用微波將該混合物加熱并維持在15(TC至25(TC的溫度，可任選地與一個或多個另外的熱源相結(jié)合；一個反應(yīng)裝置，用于在所述溫度下將該混合物反應(yīng)大約5秒至60分鐘的時間段；以及一個冷卻裝置，用于將該反應(yīng)混合物冷卻至13(TC或更低。可任選地，該系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用于使該混合物經(jīng)受超聲的至少一個超聲裝置。該系統(tǒng)的這些裝置不需要串聯(lián)連接，一個實施方案將混合裝置、加熱裝置以及可任選地該超聲裝置合并在該反應(yīng)裝置中或它的附近。在該反應(yīng)器裝置內(nèi)的反應(yīng)期間，通過使用微波維持反應(yīng)器裝置內(nèi)的溫度，因此使用了至少一個加熱裝置，該加熱裝置被附接在該反應(yīng)器裝置上。不同的實施方案例如在圖l和圖2中示出。本發(fā)明進(jìn)一步通過下列實施例進(jìn)行了說明，這些實施例不應(yīng)被解釋為是對本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制。實施例實施例1—個50ml的玻璃容器，具有包含一個熱敏元件的一個玻璃袋，該容器填充了50克的、一種常見的商業(yè)的氫氧化鋁與32%的鹽酸的一種混合物。通過明火或通過微波將該填充的、密封的玻璃容器加熱至18(TC的溫度，持續(xù)大約3分鐘的時間段。然后將溫度分別保持恒定3、5以及IO分鐘。然后通過直接向該玻璃容器噴水來將該玻璃容器冷卻至大約7(TC。冷卻所需要的時間為大約5至10分鐘。該玻璃容器中剩余的固體材料經(jīng)由過濾通過WhatmanGF/C過濾器而分離。分析該液體的0H/A1摩爾比。表1說明了不同樣品中加入的氫氧化鋁、鹽酸以及水的量。表2說明了在對不同樣品進(jìn)行熱處理之后所生成的液相的0H/A1摩爾比。表16<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>的、一種常見的商業(yè)的氫氧化鋁與32%的鹽酸的一種混合物。通過明火或通過微波將該填充的、密封的玻璃容器加熱至195t:的溫度，持續(xù)大約3分鐘的時間段。然后保持該溫度恒定1分鐘。然后通過直接向該玻璃容器噴水來將該玻璃容器冷卻至大約7(TC冷卻所需要的時間為大約5至10分鐘。將該玻璃容器中剩余的固體材料經(jīng)由過濾通過WhatmanGF/C過濾器而分離。分析該液體的0H/A1摩爾比。表3說明了不同樣品中所加入的氫氧化鋁、鹽酸、以及水的量。表4說明了在對不同樣品進(jìn)行熱處理之后所生成的液相的0H/A1摩爾比。表3編號加入的含水量為1.5%的Al(OH)3(g)加入的32%的HC1(g)加入的水(g)起始懸浮液(%固體)混合物中的Al(重量％)118.930.11.037.212.9表4編號195°C下的反應(yīng)時在液相中分析的在液相中分析的間OH/Al摩爾比OH/Al摩爾比(分鐘)加熱方式—明火微波110.921.15從這些表中可以看出，通過微波加熱的樣品與通過明火加熱的樣品相比具有一個更高的0H/A1摩爾比。如之前所陳述，與通過明火加熱相比，用微波加熱因此加速了氫氧化鋁在鹽酸中的溶解。8權(quán)利要求一種用于生產(chǎn)聚合鋁鹽的方法，其中，將一種含鋁材料與一種酸性化合物進(jìn)行混合，并且使用微波將該化合物加熱至150℃至250℃的溫度并且維持在這一溫度，可任選地與另一個熱源相結(jié)合，允許維持在所述溫度的所述混合物反應(yīng)大約5秒至60分鐘的一個時間段，并且此后將該混合物冷卻至130℃或更低。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該混合物進(jìn)行反應(yīng)的時間段為大約15秒至15分鐘，優(yōu)選從30秒到10分鐘，并且最優(yōu)選從2分鐘到10分鐘。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，使用微波的該熱處理是在大約17(TC至23(TC、優(yōu)選18(TC至22(TC的溫度下進(jìn)行。4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，該酸性化合物是硫酸、鹽酸、硝酸、甲酸、氯化鋁、或聚合鋁鹽、廢的工業(yè)酸性溶液、或這些的混合物，該聚合鋁鹽具有比有待通過根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的產(chǎn)物更低的堿度。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所使用的該酸性化合物是一種混合物，包括硫酸，以及鹽酸、硝酸、甲酸、氯化鋁、或聚合氯化鋁、或廢的工業(yè)酸性溶液中的至少一種，該聚合鋁鹽具有比該最終產(chǎn)物更低的一個0H/A1摩爾比。6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，該含鋁材料包括鋁的氫氧化物類、氧化鋁的氫氧化物、鋁土礦、高嶺土或其他粘土、來自蝕刻工業(yè)的濾餅、或這些材料的混合物，優(yōu)選鋁的氫氧化物類。7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，將該熱處理過的材料在最多10分鐘的一個時間段內(nèi)冷卻至最多13(TC的溫度。8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，使該混合物在暴露于微波之前或期間經(jīng)受超聲，優(yōu)選在暴露于微波期間。9.用于生產(chǎn)聚合鋁鹽以及它們的衍生物的一個系統(tǒng)，包括-一個混合裝置，用于將一種含鋁材料與一種酸性化合物混合成一個混合物，-一個加熱裝置，用于使用微波將該混合物加熱至15(TC至25(TC的溫度并且維持在這一溫度，可任選地與一個或多個另外的熱源相結(jié)合，-一個反應(yīng)器裝置，用于使維持在所述溫度下的該混合物反應(yīng)大約5秒至60分鐘的一個時間段，以及-一個冷卻裝置，用于將該反應(yīng)混合物冷卻至13(TC或更低。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一個系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于使該混合物經(jīng)受超聲的一個超聲裝置。全文摘要本發(fā)明涉及用于從含鋁的原材料以及酸類生產(chǎn)聚合鋁鹽，優(yōu)選聚合硫酸鋁和聚合氯化鋁，以及它們的衍生物的一種方法，其中微波用于部分加熱該反應(yīng)混合物。本發(fā)明還涉及用于生產(chǎn)聚合鋁鹽以及它們的衍生物的一個系統(tǒng)。文檔編號C01F7/56GK101784485SQ200880019272公開日2010年7月21日申請日期2008年6月5日優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日發(fā)明者M(jìn)·瑟德隆德,S·岡納爾森申請人:凱米拉·開米公司