способ получения коагулянта на основе смешанных основных солей алюминия

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.

Описание изобретения к патенту

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.