Способ получения основного хлорида алюминия

 

Изобретение предназначено для получения основного хлорида алюминия. Способ заключается в том, что жидкий отход производства изобутилбензола с содержанием хлорида алюминия (AlCl₃) от 200 до 300 г/дм³ подвергают нейтрализации раствором с каустическим отношением, равным единице. Процесс нейтрализации проводят при комнатной температуре. Нейтрализацию раствора хлорида алюминия (AlCl₃) алюминатным раствором (АР) проводят при стехиометрическом соотношении компонентов, г-моль, AlCl₃:АР:(0,666-1,333):(0,666-1,333) - для получения одно- и двухмолярного низкоосновного раствора основного хлорида алюминия и (0,575-1,150) : (0,719-1,438) - для получения 1,020 и 0,040 молярного высокоосновного раствора основного хлорида алюминия соответственно. Изобретение позволяет снизить себестоимость продукта, энергозатраты, упростить процесс и ликвидировать выделение агрессивного пара HCl. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для получения основного хлорида алюминия, широко используемого для очистки природных и сточных вод.

Основные соли хлорида алюминия, в большинстве случаев, получают путем нейтрализации готового продукта - раствора хлорида алюминия (AlCl₃). В качестве нейтрализующего компонента используют металлический алюминий / Патент Японии N 452645, кл. C 01 F 7/56, 1970. Авторское свидетельство СССР N 260624, кл. C 01 F 7/62, 1970/, нефелиновый концентрат /Авторское свидетельство СССР N 435191, кл. C 01 F 7/00, 1974/ и т.д. Нейтрализацию ведут при 80-110^oC с выдержкой 1,5-2 и более часов при постоянном перемешивании. Процесс протекает с потреблением энергии. При этом происходит загрязнение окружающего воздуха агрессивным паром HCl.

Наиболее близким аналогом к изобретению является способ получения основного хлорида алюминия, включающий нейтрализацию раствора хлорида алюминия алюминатным раствором с каустическим отношением, равным единице /А.К. Запольский, А.А. Баран. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Л.: Химия, 1987, с. 92/. Процесс проводят при 50-80^oC.

Недостатком этого способа является использование специально подготовленного сырья - хлорида алюминия.

Задачей, решаемой изобретением, является снижение себестоимости продукта, энергозатрат, упрощение процесса и ликвидация выделения газообразного HCl.

Поставленная задача достигается тем, что в качестве раствора хлорида алюминия используют жидкий отход производства изобутилбензола с содержанием хлорида алюминия (AlCl₃) от 20 до 300 г/дм³.

Для получения соответствующего раствора основного хлорида алюминия (низкоосновного или высокоосновного, одно- или двухмолярного) нейтрализацию раствора хлорида алюминия (AlCl₃) алюминатным раствором (АР) проводят при стехиометрическом соотношении компонентов AlCl₃ и АР при комнатной температуре.

На основании рассмотрения реакций нейтрализации следует, что процесс нейтрализации происходит без выделения агрессивного пара HCl.

Рассмотрим реакции нейтрализации.

Для получения низкоосновного (марка 2/3 или основность 66,666) и высокоосновного (марка 5/6 или основность 83,333) раствора основного хлорида алюминия путем нейтрализации раствора AlCl₃ алюминатным раствором нейтрализующим компонентом может служить NaOH. Реакция протекает следующим образом: 2AlCl₃ + 4NaOH = Al₂(OH)₄Cl₂ + 4NaCl, (1) 2AlCl₃ + 5NaOH = Al₂(OH)₅Cl + 5NaCl. (2) Как видно, реакции протекают без выделения газов.

При получении низкоосновного раствора основного хлорида алюминия (1) следует отношение AlCl₃ : NaOH = 1:2 (3) или AlCl₃ : Na₂O = 1:1 При получении высокоосновного раствора основного хлорида алюминия (2) следует отношение AlCl₃ : NaOH = 1:2,5 (4) или
AlCl₃ : Na₂O = 1:1,25.

Нейтрализующим компонентом может быть и Al(OH)₃ (Al₂O₃ + 3H₂O = Al(OH)₃):
2AlCl₃ + 4Al(OH)₃ = 3Al₂(OH)₄Cl₂, (5)
AlCl₃ + 5Al(OH)₃ = 3Al₂(OH)₅Cl. (6)
Как видно, эти реакции также протекают без выделения газа.

При получении низкоосновного раствора основного хлорида алюминия (5) следует отношение
AlCl₃ : Al(OH)₃ = 1:2 (7)
или
AlCl₃ + Al₂O₃ = 1:1.

При получении высокоосновного раствора основного хлорида алюминия (6) следует отношение
AlCl₃ : Al(OH)₃ = 1:5 (8)
или
AlCl₃ : Al₂O₃ = 1:2,5.

При введении 1 г-моля алюминатного раствора с каустическим отношением, равным единице, вводится 1 г-моль, Na₂O, Al₂O₃ или 1 г-моль Al₂O₃ и 2 г-моль NaOH.

Из соотношений (3), (7) следует, что при получении низкоосновного раствора основного хлорида алюминия для нейтрализации раствора AlCl₃ алюминатный раствор (АР) нужно вводить в г-молях, пропорционально вводимому количеству AlCl₃ в г-молях.

Следовательно, стехиометрическое соотношение компонентов
AlCl₃:АР
для получения одно- и двухмолярного низкоосновного раствора основного хлорида алюминия составляет:
(0,666 - 1,333) : (0,666 - 1,333), г-моль.

Из соотношений (4) следует, что при получении высокоосновного раствора основного хлорида алюминия для нейтрализации раствора AlCl₃, содержащего 1 г-моль AlCl₃, нужно ввести 1,25 г-моль алюминатного раствора, а из соотношений (8) следует, что нужно вводить 2,5 г-моль алюминатного раствора, что противоречит соотношению (4), т.к. при этом отношение AlCl₃ : NaOH, станет равным 1:5, что недопустимо. Поэтому нужно алюминатный раствор вводить в количестве 1,25 г-моль к одному г-молю AlCl₃. В данном случае введенного количества Al₂O₃ будет недостаточно. Поэтому расчетным путем получено стехиометрическое соотношение компонентов раствора AlCl₃ и АР для получения 1,020 и 2,040 молярного высокоосновного раствора основного хлорида алюминия, что составляет:
AlCl₃ : АР = 0,575 : 0,719 = 1:1,25 и
1,150:1,438 = 1:1,25, соответственно.

Т.е., AlCl₃ : АР = (0,575 - 1,150) : (0,79 - 1,438), г-моль.

Примеры получения основного хлорида алюминия путем нейтрализации отхода производства изобутилбензола с содержанием хлорида алюминия (AlCl₃) от 200 до 300 г/дм³ алюминатным раствором с каустическим отношением, равным единице, приведены в таблице.

При низкой температуре в лаборатории в зимних условиях нейтрализацию проводят на водяной бане при перемешивании смеси.

При получении высокоосновного раствора основного хлорида алюминия с увеличением pH более 4-х единиц и при приближении к нейтральной области коагулянт может превращаться в пасту.

Преимущества предложенного способа: снижение себестоимости, энергозатрат и упрощение процесса за счет перехода к готовому и дешевому сырью - отходу производства изобутилбензола с содержанием AlCl₃ от 200 до 300 г/дм³. Кроме того, процесс нейтрализации происходит без выделения агрессивного газа HCl и проводят его при комнатной температуре.

Формула изобретения

1. Способ получения основного хлорида алюминия, включающий нейтрализацию раствора хлорида алюминия алюминатным раствором с каустическим отношением, равным единице, отличающийся тем, что в качестве раствора хлорида алюминия используют жидкий отход производства изобутилбензола с содержанием хлорида алюминия (AlCl₃) от 200 до 300 г/дм³.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс нейтрализации проводят при комнатной температуре.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нейтрализацию раствора хлорида алюминия (AlCl₃) алюминатным раствором (AP) проводят при стехиометрическом соотношении компонентов, г-моль, AlCl₃ : AP : (0,666 - 1,333) : (0,666 - 1,333) - для получения одно- и двухмолярного низкоосновного раствора основного хлорида алюминия и (0,575 - 1,150) : (0,719 - 1,438) для получения 1,020 и 2,040 молярного высокоосновного раствора основного хлорида алюминия, соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1