Способ получения сульфата алюминия

 

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности, к производству сульфата алюминия, который может быть использован в качестве коагулянта для очистки питьевых и сточных вод, а также в производстве катализаторов и адсорбентов. Способ получения сульфата алюминия включает разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой при молярном отношении Al₂O₃: SO₃= 1: (2-2,6), содержании в реакционной массе 18-20% Al₂O₃. Серную кислоту дозируют в две стадии: на первой стадии дозируют 10-20% от общего количества серной кислоты со скоростью 0,1-0,3 л/мин на 10 кг Al₂O₃, а остальное количество дозируют на второй стадии со скоростью 0,6-0,9 л/мин Al₂O₃, после окончания дозировки реакционную массу выдерживают в течение 20-30 мин, затем проводят кристаллизацию. Данное изобретение позволяет сократить длительность процесса и обеспечивает получение сульфата алюминия высокого качества. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности к производству сульфата алюминия, который может быть использован в качестве коагулянта для очистки питьевых и сточных вод, а также в производстве катализаторов и адсорбентов.

Известен способ получения сульфата алюминия путем обработки пульпы гидроксида алюминия серной кислотой с образованием плава, кристаллизации плава за счет его охлаждения (М.Е. Позин. Технология минеральных солей, т. 1, л.: Химия, 1974, с. 645).

Недостатком этого способа является низкое содержание основного вещества ~ 14% в пересчете на оксид алюминия. Кроме этого на стадии кристаллизации используют для охлаждения плава дополнительные реагенты.

Известен способ получения кристаллогидрата сульфата алюминия - патент РФ 2152356, МПК 7 C 01 F 7/74, 2000), который включает репульпацию гидроксида алюминия в воде, смешение пульпы с серной кислотой с образованием плава, выдержку последнего при 100-120^oС для полного разложения гидроксида алюминия, введение в плав мелкодисперсной затравки, отверждение охлажденного воздухом плава путем его кристаллизации на охлаждаемой и смачиваемой водой движущейся поверхности. Выдержку плава ведут при 100-120^oС, а в качестве затравки используют кислую соль сульфата алюминия с мольным отношением Аl₂О₃: H₂SO₄ диапазоне 2:1-1:1, содержащую 35-50% кристаллизационной воды.

Предлагаемый способ позволяет интенсифицировать процесс на всех стадиях, однако недостатком является длительность процесса и необходимость ввода на стадии кристаллизации в качестве затравки кислой соли сульфата алюминия, при этом способе содержание основного вещества - оксида алюминия не превышает 16,7 мас.%.

Известен способ получения сернокислого алюминия (а.с. СССР 1135715, MПK 4 C 01 F 7/74, 1985), который включает обработку водной суспензии гидроокиси алюминия серной кислотой, перемешивание полученного плава острым паром и его кристаллизацию. Перед обработкой серной кислотой в водную суспензию гидроокиси алюминия вводят 0,01-0,1% олеиновой кислоты или силиката натрия от веса гидроокиси алюминия и подвергают размолу.

Недостатком способа являются повышенные энергозатраты, т.к. используется острый пар и вводятся дополнительные вещества для повышения стабильности суспензии гидроксида алюминия.

Наиболее близким техническим решением является способ получения коагулянта основного сульфата алюминия (а. с. СССР 1789508, МПК 5 C 01 F7/74, 1993), который реализуется следующим образом: в автоклаве готовят водную суспензию гидроксида алюминия с плотностью 1,6-1,8 г/см³, затем добавляют концентрированную техническую серную кислоту (92-95%) исходя из молярного отношения SO₃:Аl₂О₃, равного 2,0-2,6. Процесс осуществляют без внешнего подвода тепла при 125-150^oС и постоянном интенсивном перемешивании реакционной смеси. Взаимодействие завершается за 30-70 мин. Полученный расплав основного сульфата алюминия при температуре 95-100^oС разбавляют холодной водой до содержания в нем 16,8-17,5% Аl₂О₃ и кристаллизуют полученный продукт в течение 40-70 мин.

Недостатком этого способа является дополнительное использование холодной воды на стадии кристаллизации и длительность процесса.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является разработка способа получения сульфата алюминия с высоким содержанием основного продукта с наименьшими тепловыми затратами, без введения дополнительных реагентов и охлаждающей воды.

Поставленная задача решается с помощью способа получения сульфата алюминия, который включает разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой при молярном отношении Аl₂О₃:SO₃=1:(2-2,6), содержании в реакционной массе 18-20% Аl₂О₃, кристаллизацию продукта, серную кислоту дозируют в две стадии: на первой стадии дозируют 10-20% от общего количества серной кислоты со скоростью 0,1-0,3 л/мин на 10 кг Аl₂О₃, а остальное количество дозируют на второй стадии со скоростью 0,6-0,9 л/мин на 10 кг Аl₂О₃, после окончания дозировки реакционную массу выдерживают в течение 20-30 минут, затем проводят кристаллизацию.

Гидроксид алюминия предпочтительно подвергают предварительному размолу в дисмембраторе до размера частиц 40-50 мкм. Для приготовления водной суспензии гидроксида алюминия используют подогретую воду до температуры 60-70^oС, дозировку серной кислоты на первой стадии проводят, предпочтительно, со скоростью 0,2 л/мин на 10 кг Аl₂О₃, а на второй стадии со скоростью 0,8 л/мин. на 10 кг Аl₂О₃. Дозировку серной кислоты, предпочтительно, осуществляют автоматически.

Отличие заявляемого способа получения сульфата алюминия от известного состоит в том, что проводят дозировку серной кислоты в две стадии, при этом создаются оптимальные условия взаимодействия суспензии гидроксида алюминия с концентрированной технической серной кислотой (92-97%).

На первой стадии при медленном добавлении до 20% от расчетного количества серной кислоты к водной суспензии гидроксида алюминия при перемешивании за счет сильного разбавления серной кислоты и реакции нейтрализации реакционная смесь разогревается до 100-110^oС.

Затем проводят вторую ускоренную стадию подачи серной кислоты. На этой стадии реакция нейтрализации проходит также с подъемом температуры до 140^oС. После прекращения дозировки серной кислоты реакционную смесь выдерживают 20-30 минут и затем проводят кристаллизацию.

Такое разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой позволяет не добавлять перед кристаллизацией дополнительно холодную воду в реакционную массу в отличие от известного способа, в котором перед кристаллизацией реакционную массу разбавляют водой до содержания основного вещества Аl₂О₃ в количестве 16,8-17,5%.

Предлагаемый способ получения сульфата алюминия имеет минимальные тепловые затраты за счет исключения подвода тепла извне, нет расхода дополнительных реагентов, процесс разложения гидроксида алюминия протекает быстро и получаемый сульфат алюминия имеет высокое содержание основного вещества и малое количество нерастворимых примесей, при этом образуется реакционная масса с теплопроводностью, приводящей к ускорению кристаллизации.

Для дозировки серной кислоты предпочтительно использовать датчики для автоматической подачи серной кислоты в реакционную массу.

Способ получения сульфата алюминия реализуется следующим образом.

В эмалированный аппарат из мерника загружают необходимое количество воды с температурой, равной 60^oС, включают мешалку, загружают гидроксид алюминия и проводят дозировку серной кислоты в две стадии. На первой стадии серную кислоту дозируют с меньшей скоростью. Температура на этой стадии поднимается до 100-110^oС. На второй стадии ускоряют дозировку серной кислоты, температура при этом повышается до 140^oС.

После окончания дозировки серной кислоты реакционную массу выдерживают в течение 20-30 минут и затем сливают на противни или конвейер, где происходит кристаллизация.

Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение.

Пример 1 В аппарат из мерника заливают воду в количестве 300 л с температурой 60-70^oС, включают якорную мешалку и загружают гидроксид алюминия 319,5 кг с размером частиц 40 мкм. Далее начинают дозировку концентрированной серной кислоты 94% в количестве 300 л, 60 л дозируют со скоростью 0,17 л/мин на 10 кг Аl₂О₃, на второй стадии со скоростью 0,75 л/мин на 10 кг Аl₂О₃. Мольное отношение Аl₂О₃/SO₃ составляет 1:2,4. Содержание Аl₂О₃ в реакционной массе составляет 18,2%.

Пример 2 Аналогичен примеру 1, только мольное отношение Аl₂О₃/SO₃=1:2,6 и скорость приливания серной кислоты на первой стадии составляет 0,27 л/мин на 10 кг Аl₂О₃, а на второй стадии составляет 0,6 л/мин на 10 кг Аl₂О₃ Пример 3 Аналогичен примеру 1, только мольное отношение Аl₂О₃/SO₃=1:2,3 и скорость приливания серной кислоты на первой стадии составляет 0,2 л/мин на 10 кг Аl₂О₃, а на второй стадии 0,7 л/мин на 10 кг Аl₂О₃. содержание Аl₂О₃ в реакционной массе составляет 20%.

Пример 4 Аналогичен примеру 1, только мольное отношение Аl₂О₃/SO₃=1:2,0 и скорость приливания 0,1 л/мин на 10 кг Аl₂О₃, а на второй стадии 0,85 л/мин на 10 кг Аl₂О₃ Пример 5 Аналогичен примеру 1, только размер частиц гидроксида алюминия составляет 80 мкм и используют холодную воду для приготовления суспензии гидроксида алюминия.

Пример 6 (по прототипу) Аналогичен примеру 1 из прототипа по а.с. СССР 1789508.

Таким образом, как видно из представленных примеров и таблицы в предлагаемом решении за счет оптимизации разложения (нейтрализации) гидроксида алюминия серной кислотой получается реакционная масса с теплопроводностью, обеспечивающей быструю кристаллизацию сульфата алюминия без добавления воды. При этом получается сульфат алюминия с высоким качеством.

Формула изобретения

1. Способ получения сульфата алюминия, включающий разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой при молярном отношении Al₂O₃:SO₃= 1: (2-2,6), содержании в реакционной массе 18-20% Al₂O₃, кристаллизацию продукта, отличающийся тем, что серную кислоту дозируют в две стадии: на первой стадии дозируют 10-20% от общего количества серной кислоты со скоростью 0,1-0,3 л/мин на 10 кг Al₂O₃, а остальное количество дозируют на второй стадии со скоростью 0,6-0,9 л/мин на 10 кг Al₂O₃, после окончания дозировки реакционную массу выдерживают в течение 20-30 мин, затем проводят кристаллизацию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидроксид алюминия подвергают предварительному размолу в дисмембраторе до размера частиц 40-50 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для приготовления водной суспензии гидроксида алюминия используют подогретую воду до температуры 60-70^oС.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дозировку серной кислоты на первой стадии проводят со скоростью 0,2 л/мин на 10 кг Al₂O₃, а на второй стадии 0,8 л/мин на 10 кг Al₂O₃.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что дозировку серной кислоты осуществляют автоматически.

РИСУНКИ

Рисунок 1