Способ получения коагулянта на основе смешанных основных солей алюминия

 

Использование: очистка промышленных и хозяйственно-питьевых вод. Сущность изобретения: коагулянт получают обработкой гидроксида алюминия смесью соляной и серной кислот в присутствии фтористоводородной кислоты или ее солей при следующем соотношении компонентов, мол: (Cl^-+SO²₄^-)/Al₂O₃ - 2 - 5; SO²₄^-/Cl^- - 0,16 - 0,21; F^-/Cl^- - 0,05 - 0,07; при этом используют водный раствор соляной и серной кислот при следующем соотношении, мол: (HCl+H₂SO₄)/H₂O - 0,07 - 0,1. Процесс проводят при нагревании и перемешивании с последующим отделением раствора коагулянта от непрореагировавшего гидроксида алюминия. Использование изобретения позволяет утилизировать отходы и вторичные продукты производств органического синтеза, не снижая потребительских качеств коагулянта. 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения коагулянтов, которые могут быть использованы при очистке промышленных и хозяйственно-питьевых вод.

Известен способ получения раствора фторсодержащих основных хлорсульфатов алюминия, используемого в качестве коагулянта, при взаимодействии гидроксида алюминия с соляной и серной кислотами в присутствии фтористоводородной кислоты или ее солей. При этом эквивалентные соотношения реагентов составляют, мол: (Cl + SO₄)/Al₂O₃ 0,4-0,7 SO₄/Cl 0-0,073 F/Cl 0,001-0,05 Al₂O₃/реакционная масса 0,16-24 (весовое соотношение).

Реакция проводится в автоклаве под собственным давлением при перемешивании в интервале 140-180^оС в течение 1-6 ч. Полученный раствор фторсодержащих основных хлорсульфатов алюминия содержит от 14 до 18% Al₂O₃ по весу.

Однако до 10% непрореагировавшего гидроксида алюминия в конце реакции должно быть отделено от полученного раствора с возвратом на повторную обработку, что усложняет технологию процесса, а проведение процесса при высоких температурах (выше температуры кипения реакционной массы) усложняет аппаратурное его оформление: аппараты работают под давлением в условиях коррозийно-активных сред.

Кроме того, для получения растворов фторсодержащих основных хлорсульфатов алюминия, содержащих 14-18% Al₂O₃ по весу, используются концентрированные кислоты, что повышает стоимость конечных продуктов. При этом транспортировка конечного продукта затруднена из-за высокой вязкости и на практике для улучшения транспортировки продукта приходится разбавлять его водой до концентрации 7-8% Al₂O₃ по весу.

Задачей изобретения является упрощение технологического процесса при получении коагулянта на основе смешанных основных солей алюминия, разработка безотходного способа производства коагулянта и расширение сырьевой базы для приготовления смесей кислот, что позволяет использовать отходы производств органического синтеза, а также улучшение транспортировки конечного продукта.

Сущность изобретения заключается в том, что при получении коагулянта на основе смешанных основных солей алюминия гидроксид алюминия обрабатывают смесью соляной и серной кислот в присутствии фтористоводородной кислоты или ее солей при следующем молярном соотношении компонентов: (Cl^-1 + SO₃^-2)/Al₂O₃ 2-5 SO₄^-2/Cl^-1 0,16-0,21 F^-1/Cl^-1 0,05-0,07, при этом используют водный раствор соляной и серной кислот при следующем молярном соотношении: (HСl + H₂SO₄/H₂O 0,07-0,1. Процесс проводят при нагревании и перемешивании с последующим отделением раствора коагулянта от непрореагировавшего гидроксида алюминия.

Преимущество предлагаемого способа в том, что при данном соотношении компонентов процесс проводится при 90-100^оС, не превышающей температуру кипения реакционной смеси, в течение 3-4 ч.

Концентрация фторид-ионов при данном соотношении компонентов не приводит к превышению предельно допустимой концентрации фторидов в водоемах хозяйственно-бытового назначения при использовании коагулянта на основе смешанных основных солей алюминия для очистки воды в количестве до 100 мл/л.

При получении коагулянта данным способом образуется водный раствор смешанных основных солей алюминия, содержащих 7-8% Al₂O₃ по весу, который отделяется (сливается) с непрореагировавшего остатка нерастворенного гидроксида алюминия. К непрореагировавшему остатку добавляется свежая порция гидроксида алюминия и смесь кислот, после чего технологический цикл повторяется в том же реакторе. При этом накопления непрореагировавшего остатка гидроксида алюминия не происходит.

П р и м е р 1. В круглодонную колбу емкостью 300 мл, снабженную мешалкой и обратным холодильником, загружают 34.9 мл 10,92 мас.-ной соляной кислоты, 1,2 мл 91,1мас. -ной серной кислоты, 0,65 мл 20 мас.-ной фтористоводородной кислоты и 10 г гидроксида алюминия.

Реакционную смесь нагревают за 10 мин до 103^оС и выдерживают при этой температуре в течение 3-х ч.

Пpи загрузке выдерживаются следующие соотношения между компонентами: (Cl^1- + SO₄^2-)/Al₂O₃ 2,03 SO₄^2-/Cl^1- 0,18 F^1-/Cl^1- 0,06
(HCl + H₂SO₄)/H₂O 0.072
Полученная реакционная масса содержит 44,36 г раствора коагулянта с концентрацией 7,01 мас. Al₂O₃ и 5,24 г нерастворенного гидроксида алюминия.

Коагулянт характеризуется рН 1,90 и молярными соотношениями: Cl/Al 1,83; SO₄/Al 0,33; F/Al 0.12.

П р и м е р 2. Эксперимент проводится так же, как и в примере 1.

Загруженная реакционная масса состояла из 50 мл 13,5 мас.-ной соляной кислоты, 2,5 мг 91 мас.-ной серной кислоты, 1 мл 20 мас.-ной фтористоводородной кислоты и 10 г сухого гидроксида алюминия.

При этом молярные соотношения реагентов составили:
(Cl^-1 + SO₄^-2)/Al₂O₃ 3,63
SO₄^-2/Cl^-2 0,21
F^-1/Cl^-1 0,053
(HCl + H₂SO₄)/H₂O 0,09
Полученная реакционная масса составила 67,29 г раствора каогулянта с концентрацией 8,18 мас. оксида алюминия и 1,58 г нерастворенного гидроксида алюминия. Коагулянт характеризуется рН 1.97 при молярных соотношениях: Cl/Al 1,76; SO₄/Al 0,39; F/Al 0,1.

П р и м е р 3. Реакция проводилась так же, как и в примере 1, только вместо фтористоводородной кислоты использовали фторид натрия в количестве 0,45 г.

Соотношения компонентов при загрузке составили:
(Cl^-1 + SO₄^-2)/Al₂O₃ 3.63
(SO4^-2)/Cl^-1 0,21
F^-1/Cl^-1 0,053
(HCl + H₂SO₄)/H₂O 0,09
Полученная реакционная масса содержала 1,6 г нерастворенного гидроксида алюминия и 66,65 г раствора коагулянта, содержащего 8,24 мас. Al₂O₃, имеющего следующие характеристики: рН 1,95; Сl/Al 1,76; SO₄/Al 0,40; F/Al 0,1.

П р и м е р 4. Реакция проводилась так же, как и в примере 1, только вместо фтористоводородной кислоты в колбу загружали 0,33 г фторида магния.

Соотношения компонентов те же.

Нерастворимый остаток составил 1,34 г Al(OH)₃.

Реакционная масса 66,79 г имела следующие характеристики: Cl/Al 1,77; SO₄/Al 0,38; F/Al 0,096.

Концентрация раствора коагулянта 8,4 мас. по Al₂O₃ рН 2,19.

Повышение растворимости гидроксида алюминия по сравнению с опытом в примере 2 составило 15,2%
П р и м е р 5. Опыт проводят как и в примере 1, но для получения коагулянта используют кислоты отходы производства, при этом загружаемые количества реагентов составляют: 46,0 мл 14,6 мас. HCl, 6,10 мл 49 мас. Н₂SO₄, 0,33 г фторида магния и 10 г гидроксида алюминия при соблюдении следующих соотношений между компонентами:
(Cl^-1 + SO₄^-2)/Al₂O₃ 3.63
SO₄^-2/Cl^-1 0,21
F^-1/Cl^-1 0,053
(HCl + H₂SO₄)/H₂O 0,09
Полученная реакционная смесь содержит 1,36 г нерастворенного остатка гидроксида алюминия и 66,64 г раствора коагулянта, содержащего 8,46% Al₂O₃ и имеющего следующие характеристики: Cl/Al 1,73; SO₄/Al 0,38; F/Al 0,1; рН 2,09.

П р и м е р 6. Опыт проводят при соблюдении тех же соотношений между загружаемыми компонентами, что и в примере 2.

Реакционную массу нагревают до 103^оС и выдерживают при этой температуре в течение 4-х ч. Объем реакционной массы (готового раствора коагулянта) составляет 60,5 мл. Декантируют 53 мл раствора коагулянта, а к оставшейся массе добавляют 50 мл 13,5 мас. -ной соляной кислоты, 2,5 мл 91 мас.-ной серной кислоты, 1 мл 20 мас.-ной фтористоводородной кислоты и 8,4 г гидроксида алюминия.

Технологический цикл повторяют. После повторного цикла получают 61 мл реакционной массы, из них декантируют 54 мл раствора коагулянта, к остатку добавляют те же компоненты, что и во втором цикле, и технологический цикл повторяют.

Проведено 14 технологических циклов. В среднем объем реакционной массы составил в каждом цикле 60,5 мл, объем декантированного раствора коагулянта 53 мл. Содержание оксида алюминия в растворах колебалось от 7,93 до 8,63% по весу, рН изменялся в пределах от 1,87 до 2,07.

Накопление осадка непрореагировавшего гидроксида алюминия не происходило, его масса изменялась в остатках в пределах ±0,6%
Испытание по применению коагулянта для очистки воды показало, что использование его позволяет получить воду, соответствующую ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. При этом качество (при очистке по одноступенной схеме) практически идентично качеству воды, обработанной традиционным коагулянтом-сульфатом алюминия.

Показатели качества невской воды, обработанной по одноступенной схеме, приведены в таблице.

Предлагаемый способ получения коагулянта на основе смешанных основных солей алюминия позволяет утилизовать отходы и вторичные продукты производств органического синтеза, не снижая потребительских качеств коагулянта. При этом себестоимость предлагаемого коагулянта значительно ниже.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОАГУЛЯНТА НА ОСНОВЕ СМЕШАННЫХ ОСНОВНЫХ СОЛЕЙ АЛЮМИНИЯ, включающий обработку гидроксида алюминия смесью соляной и серной кислот в присутствии фтористо-водородной кислоты или ее солей при нагревании и перемешивании с последующим отделением раствора коагулянта от непрореагировавшего остатка гидроксида алюминия, отличающийся тем, что обработку гидроксида алюминия осуществляют водным раствором соляной и серной кислот при следующих соотношениях, моль:
(HCl + H₂SO₄)/H₂O 0,07 0,1,
а процесс проводят при следующих соотношениях реагентов, моль:
(Cl^-+SO²₄^-)/Al₂O₃= 2,0-5,0;
SO²₄^-/Cl^-= 0,16-0,21;
F^-/Cl^- 0,05 0,07.

РИСУНКИ

Рисунок 1