Способ получения коагулянта на основе смешанных солей алюминия

 

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности к получению коагулянта на основе гидроксохлоросульфата алюминия, применяемого в процессах водоподготовки, очистки сточных вод и растворов, а также в других отраслях промышленности. Способ получения коагулянта на основе смешанных солей алюминия включает обработку гидроксида алюминия серной кислотой при повышенной температуре, выдержку и кристаллизацию продукта. После обработки гидроксида алюминия серной кислотой получают плав сульфата алюминия и после его выдержки в него вводят раствор гидроксохлорида алюминия, имеющий атомное отношение хлора к алюминию, равное 0,6-1,0. Изобретение позволяет повысить коагулирующую способность продукта. 2 табл.

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности к получению коагулянта на основе гидроксохлоросульфата алюминия, применяемого в процессах водоподготовки, очистки сточных вод и растворов, а также в других отраслях промышленности.

В литературе описан целый ряд способов получения гидроксохлоросульфатов алюминия, используемых в качестве алюминиевых коагулянтов.

Известен способ получения коагулянта на основе гидроксохлоросульфата алюминия обработкой сульфата алюминия в водном растворе кальций- и хлорсодержащими реагентами при нагревании /1/. Процесс ведут в две стадии: на первой стадии раствор сульфата алюминия обрабатывают карбонатом или гидроксидом кальция с получением гидроксосульфата алюминия, который на второй стадии обрабатывают хлоридом кальция с получением гидроксохлоросульфата алюминия, имеющего основность 33-66,6% мас. Образующийся осадок сульфата кальция отделяют от полученного раствора, подвергают водно-кислотной обработке при соотношении Твл. : ж= 1(1-1,5) и рН среды 0,8-2,0. Раствор хлорида кальция вводят в количестве, обеспечивающем молярное отношение Cl: SO₄= 1(0,02-0,4).

Недостатком известного способа является то, что способ определяет условия получения раствора гидроксохлоросульфата алюминия с использованием в качестве исходного сырья сульфата алюминия в виде раствора, что вводит в технологию дополнительную стадию приготовления раствора, содержащего 10,5% Аl₂O₃. Процесс многостадийный с образованием неутилизируемого отхода в виде СаSO₄. Из мольного отношения Cl: S0₄= 1: (0,02-0,4) следует, что значительная часть сульфат-иона из исходного сульфата алюминия выводится из процесса со шламом. В то же время используемые дополнительные реагенты в виде соединений кальция также переходят в шлам в виде сульфата кальция, что повышает себестоимость готового продукта.

Гидроксохлоросульфат алюминия получают в виде раствора, что ограничивает сферу его применения из-за трудностей транспортирования.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения коагулянта на основе смешанных солей алюминия обработкой гидроксида алюминия растворами серной и соляной кислот при нагревании и молярном отношении Al(OH)₃: H₂S0₄: HCl: H₂0 = 1: 1(0,1-1,0): (5,5-6,5). Продукт может быть получен в твердом состоянии и в виде раствора /2/.

В известном способе для достижения поставленной цели используется смесь кислот - серной и соляной. Для приготовления смеси этих кислот необходимо для уменьшения потерь НСl и S0₄ охлаждение реакционного пространства, в то же время после внесения гидроксида алюминия для протекания реакции образования гидроксохлоросульфата алюминия требуется разогрев массы. Недостатком способа являются дополнительные энергозатраты. В то же время реакция взаимодействия гидроокиси алюминия с соляной кислотой при температуре ниже 100^oС протекает медленно. Непрореагировавший НСl при высокой температуре вместе с отходящими газами удаляется в систему очистки и готовый продукт практически не содержит в действительности хлора, на что указывают опытные данные по очистке невской воды. Приведенные опытные данные свидетельствуют об одинаковой коагулирующей способности сульфата алюминия и хлоросульфата алюминия, что дает повод утверждать об отсутствии хлора в молекуле получаемого гидроксохлоросульфата алюминия.

Перед изобретателями стояла задача - разработать способ получения коагулянта на основе смешанных солей алюминия, обладающего высокой коагулирующей способностью с одновременным получением товарного продукта в твердом виде.

Поставленная задача решается следующим образом. В способе получения коагулянта на основе смешанных солей алюминия, включающем обработку гидроксида алюминия серной кислотой при повышенной температуре, выдержку и кристаллизацию продукта, предлагается по изобретению после обработки гидроксида алюминия серной кислотой и получения плава сульфата алюминия, после выдержки последнего ввести в него раствор гидроксохлорида алюминия, имеющий атомное отношение хлора к алюминию, равное 0,6-1,0.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В химический реактор загружают гидроксид алюминия в виде суспензии, затем в реактор подают серную кислоту. В процессе смешения серной кислоты с суспензией гидроксида алюминия происходит разогрев реакционной массы до 100-120^oС с образованием плава сульфата алюминия. После окончания реакции плав сульфата алюминия выдерживают при перемешивании в течение некоторого времени. Затем в плав сульфата алюминия вводят раствор гидроксохлорида алюминия, полученный путем растворения металлического алюминия в растворе соляной кислоты и имеющий атомное отношение хлора к алюминию, равное 0,6-1,0. Полученную массу выдерживают при температуре 100-120^oС при постоянном перемешивании и начинают процесс кристаллизации. В результате кристаллизации получают готовый продукт - гидроксохлоросульфат алюминия в виде кусков неправильной формы - коагулянт на основе смешанных солей алюминия.

Введение в плав сульфата алюминия раствора гидроксохлорида алюминия с атомным отношением хлора к алюминию менее 0,6 снижает температуру кристаллизации гидроксохлоросульфата алюминия, что увеличивает время кристаллизации и затрудняет получение продукта в твердом виде.

В случае использования раствора гидроксохлорида алюминия с атомным отношением хлора к алюминию более 1,0, при введении его в плав сульфата алюминия при температуре 100-120^oС происходит гидролиз гидроксохлорида алюминия, следствием чего является снижение коагулирующей способности получаемого гидроксохлоросульфата алюминия. При растворении в воде такой продукт образует белый осадок, представляющий собой гидроокись алюминия.

Отличием предлагаемого изобретения от прототипа является то, что после обработки гидроксида алюминия серной кислотой получают плав сульфата алюминия и после его выдержки в него вводят раствор гидроксохлорида алюминия, имеющий атомное отношение хлора к алюминию, равное 0,6-1,0.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами.

Пример 1 В реактор, представляющий собой вертикальный цилиндрический аппарат с плоским днищем с крышкой из коррозионно-стойкой стали объемом 7,4 м³, из репульпатора при работающей мешалке загружают гидроксид алюминия в виде суспензии при отношении т: ж= 1: 1. Количество загружаемого гидроксида алюминия составляет 2,0 т при влажности не более 12 мас. %. После перекачки всей суспензии начинают процесс сульфирования подачей 2 м³ серной кислоты плотностью 1824 кг/м³ и содержащей не менее 92% основного вещества. В процессе смешения серной кислоты с суспензией гидроксида алюминия происходит разогрев реакционной массы до 100-120^oС с одновременным образованием сульфата алюминия. После окончания реакции и выдержке при перемешивании в течение 20-30 минут вводят раствор гидроксохлорида алюминия, имеющий атомное отношение хлора к алюминию, равное 0,88, содержание основного вещества в пересчете на Аl₂О₃, равное 18 мас. %, хлора - 11,0% в количестве 1,5 т. Полученную массу выдерживают при постоянном перемешивании в течение 15-20 минут и начинают процесс кристаллизации. В результате получают 9,0 тонн готового продукта - гидроксохлоросульфата алюминия, имеющего формулу Аl₂(SO₄)_2,44Сl_0,33(ОН)_0,79•18Н₂0 и содержащего 16,0 мас. % Аl₂О₃, 1,8 мас. % хлора. Мольное отношение SO₄: Cl = 1: 0,14. Температура кристаллизации продукта - 66^oС.

Примеры 2-5 приведены по методике примера 1. Количество и качество исходных реагентов при проведении опытов оставались постоянными. Растворы гидроксохлоридов алюминия имели содержание основного вещества в пересчете на Аl₂О₃, равным 18,0 мас. %, атомное отношение хлора к алюминию изменялось от 0,5 до 1,5.

Полученные данные сведены в таблицу 1.

Исследования по очистке воды из реки Кама сульфатом алюминия, гидроксохлоридом алюминия и гидроксохлоросульфатом алюминия при норме внесения коагулянта в пересчете на Аl₂О₃ 6 мг/дм³ показали, что гидроксохлоросульфат алюминия обладает наибольшей коагулирующей способностью по сравнению с традиционно применяемыми алюминиевыми коагулянтами. Полученные данные сведены в таблицу 2.

Технология получения гидроксохлоросульфата алюминия прошла опытно-промышленные испытания с наработкой 5 тонн товарного продукта в твердом виде.

Промышленные испытания ЗАО "Челныводоканал" (г. Набережные Челны) по обработке Камской воды для нужд хозяйственно-питьевого назначения гидроксохлоросульфатом алюминия, полученным заявляемым способом, показали возможность снижения дозы коагулянта в 1,3-1,4 раза по сравнению с традиционно применяемым в настоящее время коагулянтом - сульфатом алюминия. При проведении промышленных испытаний доза гидроксохлоросульфата в пересчете на Аl₂О₃ составила 4 мг/дм³.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Патент РФ 2102322, кл. С 01 7/56, 09.07.96.

2. Патент РФ 2095312, кл. С 01 7/56, 7/74, 12.09.96.

Формула изобретения

Способ получения коагулянта на основе смешанных солей алюминия, включающий обработку гидроксида алюминия серной кислотой при повышенной температуре, выдержку и кристаллизацию продукта, отличающийся тем, что после обработки гидроксида алюминия серной кислотой получают плав сульфата алюминия и после его выдержки в него вводят раствор гидроксохлорида алюминия, имеющий атомное отношение хлора к алюминию, равное 0,6-1,0.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2