Способ получения раствора монозамещенного полифосфата алюминия

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА J-1OH03AMEIUEИНОГО ПОЛИФОСФАТА АЛЮМИНИЯ Ъутем взаимодействия гидроксида алюминия с ортофосфорной кислотой .при повышенной температуре/ о тли Ч а ю .1д и и с я тем, что, с целью возможности получения продукта, используемого в качестве флокулянта, процесс ведут при постоянном объеме реакционной смеси при мольном отношейци ортофосфорной кислоты и -гидроксида алюминия, равном 2,7-3,1.

СОНИ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3G9 01 В 25 36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 з

:-1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

,(21) 3375152/23-26 . (22) 06,01.82 (46) 07.12.83. Бюл. 9 45 (72) М.М. Тарноруцкий, О.М. Клименкс)в, О.И. Радаев и А.A. Байченко (71) Куйбышевский инженерно-строительный институт им. A.H. Микояна (53) 661.862 ° 455(088 8) (56) -1. Будникова П.П. и Хорошавина Л,Б. Огнеупорные бетоны íà фосфатных связках, К., 1969, с. 42.

-2. Авторское свидетельство СССР

Р 453352, кл. С 01 Б 25/37, 1972 (прототип).

„„SU„„1058 8 А (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ PACTBOPA

МОНОЗАМЕЩЕННОГО ПОЛИФОСФАТА АЛЮМИНИЯ путем взаимодействия гидроксида алюминия с ортофоофорной кислотой .при повышенной температуре, о т л ич а ю .ш и и с я тем, что, с целью возможности получения продукта, используемого в качестве флокулянта, процесс ведут при постоянном объеме реакционной смеси при мольном отношен1 и ортофосфорной кислоты и:гидроксида алюминия, равном

2,7-3,1.

1058880

10

25 эий.

Поликонденсацию проводят в ин- .

-тервале концентраций, обеспечивающих содержание в реакционной среде не- . большого избытка фосфорной кислоты, которая служит растворителем образующихся продуктов. Если вести процесс при мольном отношении

Н РО4 .Al(ÎÍ) более 3,1, образуется устойчивый раствор монозамещенного полифосфата алюминия. Однако ,в этом случае в растворе накапливается большой избыток свободной фосфорной кислоты, что отрицательно влияет на флокулирующие способности раствора. Так, с увеличениеМ

40 в растворе свободной фосфорной кислоты значительно возрастает расход флокулянта, что обусловлено снижением эффективности раствора

Изобретение относится к получению растворимого в воде олигомера, а именно моноэамещеиного полифосфата алюминия., обладающеГо свойствами флокулянта, пригодного для очистки промышленных. сточных вод и yi"îëüных ауспензий На обогатительных фабриках и очистных сооружениях.

Известен способ полученйя полифосфата алюминия путем взаимодействия гидроксида или оксида металла. с фосфорной кйслотой (11 .

Недостатком известного способа является невозможность получения продукта, используемого в качестве флокулянта, так, как в процессе реакции образуются продукты неоднород- ного состава, представляющие смесь фосфатов раэчичной степени замещения. В основном это вязкие суспен-"эии с большим содержанием нерастворимых в воде взвешенных. частиц.

Наряду с образованием незначительного количества раствора мОнозамещенного полифосфата алюминия образуются нерастворимые производные ионов НРО (гидрофосфаты) и ионов

РО (фосфаты). Выделить монозамещейный полифасфат из указанной смеси фосфатов невозможно. Полученные суспензии не обладают флокулирующей способностью, так как содержат до

80% продуктов, нерастворимых в,воде.

При внесении таких суспензий в воду образуются мутные растворы, которые расслаиваются на жидкую и твердую фазы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения раствора монозамещенного по> лифосфата алюминия путем взаимодействия гидроксида алюминия с ортофосфорной кислотой при мольном отношении ортофосфорной кислоты и гид роксида алюминия, обеспечивающем получение продукта с плотностью

1,4-3.,6 г/см, при температуре

70-100 С. Получают раствор, кото-. рый содержит 0,02 г/м нерастворимого осадка (2) .

Недостатком этого способа является также невозможность получения продукта, используемого в качестве флокулянта, так как отсутствуют условия для протекания реакции поли- . конденсации, -приводящей к образованию полимера — полифосфата алюминия.

Цель изобретения - получение продукта, используемого в качестве флокулянта.

Поставленная цель достигается . тем, что согласно способу получения раствора монозамещенного полифосфа-. та алюминия, заключающемуся во взаимодействий гидроксида алюминия с ортофосфорной кислотой при повышен50

55 б0

65 ной температуре, процесс ведут прй постоянном .объеме реакционной смеси при-мольном отношении ортофосфорной кислоты и гидроксида алюминия, равном 2,7-3,i.

Способ осуществляется. следующим образом.

Гидроксид алюминия подвергают вэаимодействию.с фосфорной кислотой, не допуская смещения процесса в сторону образования нерастворимых продуктов, при мольном отношении

Н РО зAl (OÍ) у от 2,70 до 3,1, при

70-110 C до получения раствора с относительной вязкостью 19-42.

По данным элементарного и peBTreHpструктурного анализов в этих условиях образуется гомогенный раствор моноэамещеннрго полифосфата алюми ния с содержанием нерастворимых продуктов не более 1,5 г/л. Такой раствор хорошо растворим в воде, обладает свойствами флокулянта и его можно использовать для очистки промышленных сточных вод и суспен»

Если вести процесс при мольном

;отношении исходных компонентов менее 2,7 образуются очень вязкие растворы, из которых через несколько часов выделяются мельчайшие нерастворимые в воде кристаллы, что не позволяет использовать их в качестве флокулянта.

Поликонденсацию ведут без удаления воды из реакционной среды, благодаря чему исключается возможность образования нерастворимых -продуктов.

Для этого реакцию проводят в герметичном аппарате с обратным холодильником. Если процесс вести без обратного холодильника, т.е. с удалением из реакционной среды воды, то практически, полностью исключается возможность получить гомогенный раствор, так как в процессе реакции образуется вязкий, пересыщенный раствор, из которого нри охлаждении

1058880 4 кристаллизуются нерастворимые в воде продукты.

Процесс поликонденсации ведут в интервале температур 70-110 С, предпочтительно при 105-106ОС. Верхний температурный предел соответствует температуре кипения реакционной среды. При температуре менее

70 С скорость процесса значительно заМедляется, реакция протекает неполностью и в реакционной среде остается до 20% непрореагировавшего гидроксида алюминия.. .Взаимодействие гидроксида алюминия с Фосфорной кислотой протекает по схеме поликонденсации с образова.нием олигомера состава (где и — степень поликонденсации.

По предварительным данным при мольном отношении Н РО4 -Af.(ОН) от .

2,7 до 3,1 и может принимать значения порядка 10-50, что соответствует мольной массе олигомера 2 10 —

1 ° 104. С увеличением мольной массы флокулирующая способность монозамещенного полифосфата алюминия возрас тает, однако при этом .растворимость полифосфата уменьшается, что приводит к значительному увеличению вяз кости раствора. Чем выше вязкость, тем менее устойчивый раствор, ко. торый выделяет мельчайщие кристаллы. .Поэтому процесс поликонденсации про.водят до получения раствора с относительной вязкостью 19-42. В этих условиях образуется раствор моноза: мещенного полифосфата алюминия, который после 6 мес.хранения не теряет своих свойств.

Таблица

Пример 1. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой с.затвором, обеспечивающим герметичность при перемешивании, термометром, обратным холодильником загружают

233,7 г 65%-ной фосфорной кислоты и 39 r гидроксида алюминия, что со- 50 ответствует мольному отношению Н РО :А1(ОН) =3,1. При вклщченном обратном холодильнике нагревают реакционную смесь до 106оC - температуры кипения смеси. Нри этой тем- . пературе смесь выдерживают до полу-: .чения раствора с относительной вязкостью 19,0.

Полученный раствор содержит 54% монозамещенного полифосфата алюминия который можно выделить высушиванием

;раствора под вакуумом. Содержание .,основного вещества в продукте не менее 973. Содержание нерастворимых Концентрация флокулянта, г/л

Концентрация твердых частиц в осветленном слое, г/л

Полифос- Поли-! Фат алю- акрил миния амид

55

0,004

0,008

0,016

0,21

0,54

0,106 0;21

0,062 0,17 ор

О 0

И И н -,р-и-О-Р-О- P-() пН, 1

0H OH он продуктов в растворе не более

0,25 г/л.

Пример 2. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой с затвором, обеспечивающим герметичность при перемешивании, термометром, обратным холодильником загружают 58,5 г гидроксида алюминия и 308,7 г

65%-ной фосфорной кислоты, что соот- ветствует мольному отношению !

О Й )РО4 .Al(ОН)9 =2,72. Реакционную смесь нагревают до 106 С и выдержио вают Ыри этой температуре до получения раствора с относительной вяз. костью, равной 42. Полученный раст15 вор:содержит 59% монозамещенного полифосфата алюминйя. Содержание нерастворимых продуктов в растворе не более 2,5 r/ë, их удаляют центрифугированием. Содержание основного вещества в выделенном продукте не менее 96-97%.

Полученный раствор сравнивают по флокулирующей способности со стан- . дартным флокулянтом — полиакриламидом, который широко применяется в промьпдленности для очистки промышлен» ных сточных вод.

В качестве объекта испытаний

Зр выбирают угольную и глинистую суспензии. Эффективность флокулянтов . по степени осветленности слоя жидкости (угольная суспензия с содер жанием твердых частиц 40 г/л, 35 pH=.8-9) и по скорости осаждения частиц (глинистая суспензия с содер.жанием частиц диаметром не менее .0,05 мм до 953, содержание твердых частиц в суспензии 13 г/л) представ40 лена в табл. 1 и табл. 2 соответст.венно.

1058880

Таблица 2

Концентрация флокулянта

Скорость осаждения частиц, мм/мин

Полифосфат Полиакрилалюминия амид 10

0,048 (рН среды 11i35) 1,22

86,66

0,100 (рН среды 7,15) 6,5

3,1

Без флокулянта

Концентрация, г/л Скорость осажде- Высота осветния частиц, ленного слоя, мм/мин мм

АР (504) 18Н 0

0,125

0,312

0,625

0,750

14,7

18,25

20,90

12,31

25

Полифосфат алюминия

0,230

0 450

0,630

25,5

28,3

26,1

ВНИИПИ Заказ 9692 18 Тираж 471 Подписное

ВНРУИРД

Суспензия осветляется через трое суток

i . Применение раствора монозамещенного полифосфата алюминия.для осветИз приведенных данных следует,,что скорость осаждения частиц под действием полифосфата алюминия в несколько раэ выше скорости осажде- ния частиц под действием сульфата алюминия. прозрачность растворов также превышает прозрачность растворов, обработанных сульфатом алюминия. Применение полифосфата алюминия по сравнению с сульфатом алюминия позволяет при меньшей концент; ления оборотной воды и сгущения угольно-глинистой сусненэии позволяет улучшить по сравнению с полиакрил" амидом качество осветленной воды и получить твердый осадок с более высокой плотностью. Скорость осаждения частиц глинистой суспензии в щелочной среде под действием полифосфата алюминия значительно превосходит скорость осаждения частиц под действием полиакриламйда.

Полученный раствор монозамещенного полифосфата алюминия сравнива" ют с коагулянтом - сульфатом .алюминия.

В табл. 3 представлены результаты сравнения. для глинистой суспенЭии, содержащей частиц диаметром менее 0,001 мм 37%,.диаметром от

0,001 до .0,06 -мм 62%. Содержание твердого в суспензии 13 г/л, рН раствора — 6,6., Высоту осветленного слоя (прозрачность) определяют через 20 мин после начала коагуляции по "методу шрифта".

Таблица 3 рации коагулянта ускорить флокуляцию и улучшить качество осветления оборотной воды.

55.

Таким образом, данный способ позволяет получать продукт, используемый в качестве флокулянта и не уступающий по эффективности промыш60 ленному флокулянту — полиакриламиду и промышленному коагулянту — сульфату алюминия.