способ получения коагулянта

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОАГУЛЯНТА, включающий растворение алюминийсодержащего сырья в минеральной кислоте, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии процесса, в качестве алюминийсодержащего сырья используют природный алюмосиликат при соотношении в его составе окиси кремния к окиси алюминия 3,9 - 4,16, при этом концентрация минеральной кислоты составляет 5 - 20%, а соотношение природного алюмосиликата к минеральной кислоте составляет 0,07 - 0,25, причем растворение алюмосиликата осуществляют при 18 - 45^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод, в частности к способам получения коагулянта.

В процессе очистки сточных вод при разделении суспензий в различных производствах, а также в практике водоподготовки широкое применение получили алюминийсодержащие коагулянты, и в особенности сульфат алюминия.

Основным методом производства сульфата алюминия является получение его из гидроксида алюминия. Метод состоит из двух основных технологических стадий - разложение гидроксида серной кислотой и кристаллизация образовавшегося продукта.

Разложение гидроксида производят серной кислотой с концентрацией 92-93% , а обезвоживание и гранулирование сульфата алюминия происходит при 160-190^оС.

Основным недостатком данного способа получения коагулянта является сложность технологического процесса и применение дорогостоящего сырья.

Использование дорогостоящего и дефицитного гидроксида алюминия в качестве сырья для получения сульфата алюминия нерационально. Поэтому стремятся получить этот продукт из дешевого и повсеместного распространенного алюминиевого сырья, например бокситов, каолинов и др.

Бокситы - горная порода состоящая в основном из гидроксидов алюминия и железа с примесью алюмосиликатов, имеющих отношение оксида кремния к окиси алюминия 0,09-0,3 для производства сульфата алюминия в нашей стране не применяются, а являются сырьем для получения алюминия.

Разложение бокситов проводят серной кислотой с концентрацией 20-60% при температуре до 120^оС в результате чего в раствор извлекается порядка 90% Al₂O₃.

Наиболее дешевым материалом в качестве алюминиевого сырья являются каолины и глины, которые характеризуются высоким содержанием оксидов алюминия и кремния и относительно небольшим - других примесей. Соотношение оксида кремния к оксиду алюминия колеблется в широких пределах и составляет 1,0-2,3. Каолины трудно вскрываются серной кислотой, поэтому для получения сульфата алюминия их предварительно подвергают обжигу при 450-800^оС и только после этого обрабатывают серной кислотой концентрацией 15-20%.

Недостатком данного способа являются большие затраты, ввиду сложности технологического процесса, а также использование дорогостоящего оборудования.

Целью изобретения является упрощение технологии процесса.

Указанная цель достигается тем, что в качестве алюминийсодержащего компонента используют природный алюмосиликат, имеющий в своем составе соотношение оксида кремния к оксиду алюминия 3,9-4,16, при этом при разложении используется минеральная кислота концентрацией 5-20%, и отношение природного алюмосиликата к минеральной кислоте составляет 0,07-0,25, причем весь процесс осуществляют при 18-45^оС.

Одной из самых сложных проблем предприятий объединения "Северовостокзолото" в области охраны окружающей среды является проблема загрязнения природных водоемов мелкодисперсными твердыми взвесями, образующимися при ведении горных работ, промывке песков.

Применение коагулянтов и флокулянтов, выпускаемых промышленностью для очистки сточных вод, связано с известными трудностями: дефицитность, высокие цены, высокая стоимость транспортных расходов. Открытие в Магаданской обл. месторождения природных цеолитов выявило возможность получения из них коагулянтов и тем самым решить ряд экономических и экологических проблем.

По данным анализов проведенных институтом ВНИИГеолНеруд МГ СССР г. Казань цеолитсодержащая порода характеризуется следующим химическим составом, %: SiO₂ 58,46; Al₂O₃ 14,32; Fe₂O₃ 3,99; CaO 6,31; Na₂O 1,98.

Приведен усредненный химический состав нескольких проб. Как выявили анализы, отношение окиси кремния к окиси алюминия изменяется в довольно ограниченных пределах и составляет 3,9-4,16. Известно, что значительное влияние на химическую устойчивость цеолитов оказывает величина этого соотношения, и по приведенному выше соотношению их можно отнести к среднекремнистым. В результате выполнения лабораторных исследований по изучению свойств цеолитсодержащих пород было установлено, что они обладают низкой кислотоустойчивостью.

При выборе технологии получения коагулянта из цеолитсодержащей породы были изучены следующие вопросы: выбор минеральной кислоты; ее концентрация для разложения цеолитсодержащей породы; соотношение Т:Ж т.е. цеолитсодержащей породы к минеральной кислоте и температура, при которой осуществляется процесс разложения цеолитсодержащей породы. Как показали исследования, тип минеральной кислоты практически на процесс разложения цеолитсодержащей породы не оказывает, поскольку хлориды, сульфаты и нитраты алюминия хорошо растворимы в воде. Процесс деалюминирования зависит от концентрации кислоты и соотношения породы к кислоте, Т:Ж.

Зависимость извлечения алюминия из цеолитсодержащей породы с учетом вышеперечисленных критериев изображена на графике, представленном на чертеже, который был построен на основании проведенных испытаний. В качестве минеральной кислоты использовали серную кислоту с концентрацией 5-20%. Как видно из графика повышение концентрации кислоты приводит к незначительному увеличению извлечения алюминия от 0,2 до 0,6 г/г 10^-1, при этом на извлечение оказывает влияние отношение массы цеолитсодержащей породы к массе кислоты, и здесь видно, что, чем меньше это соотношение, тем больше извлечение алюминия. Поэтому для осуществления способа получения коагулянта авторами была выбрана концентрация кислоты 5-20%, а соотношение Т:Ж 0,07-0,25.

Процесс деалюминирования цеолитсодержащей породы проводили при температуре окружающей среды 18-30^оС, но в процессе перемешивания породы с кислотой температура массы достигала до 45^оС.

П р и м е р. Исходные данные для получения коагулянта: Концентрация серной кислоты, % 15 Отношение Т:Ж 0,25 Деалюминирование, г/г 0,062 ЦСП

Способ получения коагулянта осуществлялся следующим образом. Серную кислоту готовили требуемой концентрации и перекачивали ее в реактор.

На 100 кг цеолитсодержащей породы брали 75 кг 100%-ной серной кислоты, которую разбавляли 325 кг воды. Включали мешалку и загружали в реактор измельченную цеолитсодержащую породу, при этом количество породы и серной кислоты взято в определенном соотношении.

В течение 30-40 мин при перемешивании массы проходит процесс деалюминирования, конечную стадию которого определяют, анализируя смесь на содержание в жидкой фазе растворенного алюминия. В течение определенного времени в процессе деалюминирования смесь интенсивно густеет вследствие полимеризации поликремневых кислот. Поэтому, по завершении деалюминирования, требуется нейтрализация свободной кислоты. Используют едкий натр, который подается в смесь. Количество едкого натра составляет 75% от массы серной кислоты (в пересчете на 100%-ную концентрацию).

Полученная смесь названа "коагулянт цеолитовый" вследствие способности входящего в ее состав сульфата алюминия, при гидролизе в жидких средах, содержащих мелкодисперсных твердые взвеси, интенсифицировать процесс их осаждения.

Коагулянт цеолитовый представляет собой смесь водорастворимых солей серной кислоты и нерастворимого осадка.

Водорастворимые соли представлены сульфатами алюминия и натрия.

Из 1 кг цеолитсодержащих пород получают в среднем около 400 г сульфата алюминия.

Процесс получения коагулянта может быть реализован как в стационарных условиях, так и в полевых.

Применение предлагаемого способа получения коагулянта позволяет получить следующие преимущества:

использовать в качестве сырья для получения коагулянта, открытое в Магаданской обл., месторождение цеолитсодержащих пород;

упростить технологию процесса, приведя ее к одностадийному режиму, исключив обжиг алюминийсодержащей породы;

применение слабоконцентрированной кислоты упрощает технологическое оборудование и создает более безопасные условия для обслуживающего персонала.