способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта (варианты)

Формула изобретения

1. Способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий электролиз раствора, содержащего соляную кислоту, при воздействии постоянного тока и при использовании алюминиевых электродов, отличающийся тем, что для электролиза берут 5 10%-ную соляную кислоту, которую предварительно смешивают с природным бишофитом в объемном соотношении 0,001 1,0 1,0 - 0,001, а процесс электролиза проводят при плотности тока 0,82 4,1 А/дм² в течение 2 30 ч.

2. Способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий электролиз раствора, содержащего соляную кислоту, при воздействии постоянного тока и использовании алюминиевых электродов, отличающийся тем, что для электролиза берут 5 10%-ную соляную кислоту, в которой предварительно химически растворяют металлический алюминий и полученный раствор смешивают с природным бишофитом в объемном соотношении 0,9 0,1 0,1 0,9, а процесс электролиза проводят при плотности тока 0,82 4,1 А/дм² в течение 2 - 30 ч.

3. Способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий электролиз раствора, содержащего соляную кислоту, при воздействии постоянного тока и использовании алюминиевых электродов, отличающийся тем, что для электролиза берут 5 10%-ную соляную кислоту, которую предварительно смешивают с природным бишофитом в объемном соотношении 0,9 0,1 0,1 0,9 и в полученной смеси химически растворяют металлический алюминий, а процесс электролиза проводят при плотности тока 0,82 4,1 А/дм² в течение 2 - 30 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения хлоралюминийсодержащих коагулянтов для очистки сточных вод от жидких и твердых диспергированных веществ и коллоидных примесей.

В качестве хлоралюминийсодержащего коагулянта наиболее часто применяется гидроксихлорид алюминия (ГОХА) [1] Известные способы получают коагулянта на основе ГОХА, которые несмотря на их техническое разнообразие сводятся в сущности к гидролизу AlCl₃ с образованием гидроксихлоридов алюминия общей формулы Al₂(OH)_mCl_n, где m целое число от 3 до 5; n целое число от 1 до 3. При этом m + n 6 [2, 3, 4]

Трихлорид алюминия получают различными способами, одним из которых является обработка металлического алюминия растворами соляной кислоты. Однако при этом требуется высокая температура после начала реакции до 100^oC и катализатор соли ртути [5]

Без катализатора и нагрева эта реакция идет очень долго, хотя после бурного начала для соляной кислоты концентрации 10 15 ее скорость постепенно замедляется при повышении плотности раствора и pH реагирующей смеси.

В качестве прототипа выбран способ электролитического получения основных хлоридов алюминия путем погружения алюминиевых углеродов в водный раствор соляной кислоты [6] При этом напряжение на аноде не должно достигать потенциала выделения хлора и кислорода.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится следующее: во-первых, большое время проведения реакции электрического растворения до 43 ч, во-вторых, большой расход электроэнергии, в-третьих, большой расход алюминия на килограмм готового коагулянта, в-четвертых, развивается высокая температура на стадии электролитического растворения, что приводит к значительной потере соляной кислоты.

Задача изобретения разработка экономически выгодных способов получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, служащего для очистки сточных вод от жидких и твердых диспергированных веществ.

При реализации предлагаемых способов получения хлоралюминийсодержащих коагулянтов получают следующие технические результаты: во-первых, уменьшается время электролитического растворения алюминия, во-вторых, сокращается общее время для получения готового коагулянта, в-третьих, содержание алюминия в готовом продукте в 2 3 раза меньше, чем в гидроксихлорида алюминия (ГОХА), в-четвертых, полученный коагулянт дешевле, чем по прототипу.

Поставленный технический результат достигается тем, что хлоралюминийсодержащий коагулятор получают путем электролиза на алюминиевых электродах в смеси природного бишофита и 5 10 раствора соляной кислоты при их объемном соотношении (1 0,001) (0,001 1) при плотности постоянного тока 0,82 4,1 А/дм² в течении 2 30 ч.

По второму варианту хлоралюминийсодержащий коагулянт получают путем предварительного растворения металлического алюминия в 5 10 растворе соляной кислоты с последующим смешением полученного раствора с природным бишофитом в объемном соотношении (0,9 0,1) (0,1 0,9), затем проводят электролиз на алюминиевых электродах при плотности постоянного тока 0,82 4,1 А/дм² в течении 2 30 ч.

По третьему варианту хлоралюминийсодержащий коагулянт получают путем предварительного растворения металлического алюминия в смеси природного бишофита и 5 и 10 раствора соляной кислоты при их объемном соотношении (0,9 0,1) (0,1 0,9), затем проводят электролиз на алюминиевых электродах при плотности постоянного тока 0,82 4,1 А/дм² в течение 2 30 ч.

В предлагаемых способах применяют природный бишофит ГОСТ 7759-73 на стадии электролитического растворения алюминия.

Природный бишофит представляет собой светлую или светло-желтую сиропообразную жидкость и имеет следующий состав, г/л воды:

CaCl₂ 7,42

KCl 0,02

Br₂ 0,10

MgCl₂ 77,55

CaCO₃ 0,05

CaO₄ 1,07

При этом напряжение на аноде не превышает потенциала выделения хлора и кислорода. При электролизе смеси природного бишофита и соляной кислотой, наряду с гидроксихлоридами алюминия образуется Mg(OH)Cl и Mg(OH)₂, кроме этого в щелочной среде могут образовываться в процессе электролитического растворения алюминия, алюминаты магния. Mg(OH)Cl и Mg(OH)₂ обладают флокулирующими свойствами.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах изобретения, позволил установить, что не обнаружен аналог, характеризующейся признаками идентичными всем существенным признакам изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия изобретения требованию изобретательского уровня был проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками изобретения, результаты которого показывают, что изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Эффект улучшения технико-экономических показателей способа получения хлоралюминийсодержащего коагулянта происходит за счет дешевого компонента, которым являются природный бишофит, а также уменьшение расхода электроэнергии на 1 кг готового коагулянта. Кроме того, параметры процесса улучшаются за счет значительного сокращения времени в процессе электролитического растворения алюминия. Выбранное соотношение компонентов в получаемых коагулянтах природный бишофит соляная кислота металлический алюминий определяется оптимальными параметрами их получения, а также применением их при очистке сточных вод.

Выбранный интервал времени электролиза объясняется тем, что при времени электролиза более 30 ч наблюдается сильная поляризация электродов и процесс практически прекращается, а при малых временах электролиза из-за применения большой плотности тока электролиза происходит сильный разогрев раствора, что способствует большому уносу продуктов реакции. Применение 5 10 растворов соляной кислоты менее 5-ной концентрации на стадии химического растворения требует дополнительного нагрева реакционной массы, применение же соляной кислоты концентрацией более 15 способствует интенсивному разогреву реакционной массы, что требует охлаждения. Выбор интервала плотности тока электролиза 0,82 4,1 А/дм² объясняется тем, что при плотности тока менее 0,82 А/дм² не достигается потенциал на электродах, при котором начинается протекать процесс электрогидролиза хлористого алюминия, при плотностях тока более 4,1 А/дм² наблюдается интенсивный разговор раствора и наступает явление поляризации, что приводит к прекращению процесса.

Пример 1. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем электролитического растворения алюминия в смеси природного бишофита и соляной кислоты при объемном соотношении природный бишофит соляная кислота 1 0,001.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 1 л природного бишофита, добавляют 1,0 мл 10 -ной соляной кислоты и перемешивают. После чего в раствор помещают 4 алюминиевых электрода на расстоянии 20 мм друг от друга. Первый и последний подключают к аноду и катоду источника постоянного тока. Процесс электролитического растворения алюминия ведут при плотности тока 1,7 А/дм² Напряжение на электродах устанавливают 1,5 В. Время электрического растворения алюминия составляет 15 ч.

Полученный продукт имеет слегка вязкую консистенцию, удельный вес 1,22 г/см³ и содержит в пересчете на алюминий 7,3 г/л полученного коагулянта. Расход электроэнергии составляет 6,3 Вт/г алюминия, содержащегося в коагулянте.

Пример 2. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем электролитического растворения алюминия в смеси природного бишофита и соляной кислоты при их объемном соотношении 0,5 0,5.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,5 л природного бишофита и 0,5 л 10-ного раствора соляной кислоты, после чего в раствор помещают 4 алюминиевых электрода с расстоянием между ними 20 мм. Первый и последний электроды подключают к аноду и катоду источника постоянного тока. Процесс электролитического растворения алюминия ведут при плотности тока 1,5 А/дм² Напряжение на электродах устанавливают 1,5 В. Время процесса составляет 27 ч. В этом случае наблюдается интенсивное химическое растворение алюминиевых электродов наряду с электрическим процессом.

Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,32 г/см³ и содержит 26,0 г алюминия на 1 л коагулянта. Расход электроэнергии составляет 1,95 Вт/г алюминия, содержащегося в коагулянте.

Пример 3. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем электролитического растворения алюминия в смеси природного бишофита и соляной кислоты при их объемном соотношении 0,001 1.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 1,0 мл природного бишофита и 1,0 л 10-ного раствора соляной кислоты, после чего в раствор помещают 4 алюминиевых электрода с расстоянием между ними 20 мм. Первый и последний электроды подключают к аноду и катоду источника постоянного тока. Процесс электрического растворения алюминия ведут при плотности тока 4,1 А/дм² Напряжение на электродах устанавливают 1,5 В. Время процесса составляет 2 ч. В этом случае наблюдается интенсивное химическое растворение алюминиевых электродов наряду с электрохимическим процессом.

Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,15 г/см³ и содержит 17,0 г алюминия на 1 л коагулянта. Расход электроэнергии составляет 0,48 Вт/г растворенного алюминия.

Пример 4. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем электролитического растворения алюминия в смеси природного бишофита и соляной кислоты при их объемном соотношении 0,5 0,5 и плотности тока 0,82 А/дм².

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,5 л природного бишофита и 0,5 л 10-ного раствора соляной кислоты, после чего в раствор помещают 4 алюминиевых электрода с расстоянием между ними 20 мм. Первый и последний электроды подключают к аноду и катоду источника постоянного тока. Процесс электролитического растворения алюминия ведут при плотности тока 0,82 А/дм². Напряжение на электродах устанавливают 1,5 В. Время процесса составляет 30 ч. В этом случае наблюдается интенсивное химическое растворение алюминиевых электродов наряду с электрическим процессом.

Полученный продукт имеет вязкую конституцию с удельным весом 1,82 г/см³ и содержит 30,0 г алюминия на 1 л коагулянта. Расход электроэнергии составляет 1,2 Вт/г растворенного алюминия.

Пример 5. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного химического растворения алюминия в 10 растворе соляной кислоты и затем смещение получаемого раствора с природным бишофитом при объемном соотношении 0,5 0,5 с последующим электролитическим растворением алюминия.

В сосуд заливают 1 л 10-ного раствора соляной кислоты и помещают 50 г металлического алюминия (избыток). После прохождения химической реакции содержание алюминия в растворе составило 27,0 г.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,5 л вышеполученного раствора алюминия в 10 соляной кислоте и добавляют 0,5 л природного бишофита. При этом соотношение соляная кислота природный бишофит составляет 0,5 0,5.

После этого в раствор помещают четыре алюминиевых электрода, расстояние между которыми 20 мм. Первый и последний электрод подключают к аноду и катоду источника постоянного тока.

Процесс электролитического растворения ведут при плотности тока 0,82 А/дм². Напряжение на электродах устанавливают 1,5 В. Время электролитического растворения алюминия составляет 7 ч. Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,29 г/см³ и содержит в пересчете на алюминий 33,0 г/л коагулянта. Расход электроэнергии составляет 0,54 Вт/г растворенного алюминия.

Пример 6. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного химического растворения алюминия в 10 растворе соляной кислоты и затем смешение получаемого раствора с природным бишофитом при объемном соотношении 0,9 0,1 с последующим электролитическим растворения алюминия.

В сосуд заливают 1 л 10 раствора соляной кислоты и помещают 50 г металлического алюминия (избыток). После прохождения химической реакции содержание алюминия в растворе составило 27,0 г.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,9 л вышеполученного раствора алюминия в 10 соляной кислоте и добавляют 0,1 л природного бишофита. При этом соотношение соляная кислота природный бишофит составляет 0,9 0,1.

После этого в раствор помещают четыре алюминиевых электрода, расстояние между которыми 20 мм. Первый и последний электрод подключает к аноду и катоду источника постоянного тока. Процесс электролитического растворения ведут при плотности тока 4,1 А/дм². Напряжение на электродах устанавливают 1,5 В. Время электролитического растворения алюминия составляет 2 ч. Поученный продукт имеет вязкую конституцию с удельным весом 1,21 г/см³ и содержит в пересчете на алюминий 30,0 г/л коагулянта. Расход электроэнергии составляет 0,41 Вт/г растворенного алюминия.

Пример 7. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного химического растворения алюминия в 10 растворе соляной кислоты и затем смешение получаемого раствора с природным бишофитом при объемном соотношении 0,1 0,9 с последующим электролитическим растворением алюминия.

В сосуд заливают 1 л 10 раствора соляной кислоты и помещают 50 г металлического алюминия (избыток). После прохождения химической реакции содержание алюминия в растворе составило 27,0 г.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,1 вышеполученного раствора алюминия в 10 соляной кислоте и добавляют 0,9 л природного бишофита. При этом соотношение соляная кислота природный бишофит составляет 0,1 0,9.

После этого в раствор помещают четыре алюминиевых электрода, расстояние между которыми 20 мм. Первый и последний электрод подключают к аноду и катоду источника постоянного тока. Процесс электролитического растворения ведут при плотности тока 1,5 А/дм². Напряжение на электродах устанавливают 1,5 В. Время электролитического растворения алюминия составляет 30 ч. Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,18 г/см³ и содержит в пересчете на алюминий 16,20 г/л коагулянта. Расход электроэнергии составляет 4,16 Вт/г растворенного алюминия.

Пример 8. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного химического растворения алюминия в 5 -ном растворе соляной кислоты и затем смешение получаемого раствора с природным бишофитом при объемном соотношении 0,5 0,5 с последующим электролитическим растворением алюминия.

В сосуд заливают 1 л 5-ного раствора соляной кислоты и помещают 50 г металлического алюминия (избыток). После прохождения химической реакции содержание алюминия в растворе составило 14,0 г.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,5 л вышеполученного раствора алюминия в 5-ной соляной кислоте и добавляют 0,5 л природного бишофита. При этом, соотношение соляная кислота природный бишофит составляет 0,5 0,5.

После этого в раствор помещают четыре алюминиевых электрода, расстояние между которыми 20 мм. Первый и последний электрод подключают к аноду и катоду источника постоянного тока. Процесс электролит ического растворения ведут при плотности тока 1,7 А/дм². Напряжение на электродах устанавливают 1,5 В. Время электролитического растворения алюминия составляет 16 ч. Полученный продукт имеет вязкую конституцию с удельным весом 1,22 г/см³ и содержит в пересчете на алюминий 17,1 г/л коагулянта. Расход электроэнергии составляет 2,38 Вт/г растворенного алюминия.

Пример 9. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного химического растворения алюминия в смеси 10 -ного раствора соляной кислоты и природного бишофита при объемном соотношении 0,9 0,1 и последующим электрическим растворением на алюминиевых электродах.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,9 л 10-ного раствора соляной кислоты и 0,1 л природного бишофита. Затем помещают в полученнный раствор 50 г алюминия (избыток). После прохождения химической реакции растворения алюминия в кислоте непрореагировавший алюминий удаляли из раствора.

После этого в раствор помещали четыре алюминиевых электрода с расстоянием между ними 20 мм. Первый и последний электроды подключают к аноду и катоду источника постоянного тока. Процесс электролитического растворения алюминия ведут при плотности тока 1,23 А/дм². Напряжение на электродах устанавливали 1,5 В. Время электролитического растворения алюминия составляет 30 ч. Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,27 г/см³. Содержание алюминия составило 31,5 г/л коагулянта.

Расход электроэнергии составил 1,75 Вт/г растворенного алюминия.

Пример 10. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного химического растворения алюминия в смеси 5-ного раствора соляной кислоты и природного бишофита при соотношении 0,9 0,1.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,9 л 5-ного раствора соляной кислоты и 0,1 л природного бишофита и вносят 50 г (избыток) металлического алюминия в кислоте, непрореагировавший алюминий извлекали. После этого в раствор помещают четыре алюминиевых электрода с расстоянием между ними 20 мм. Первый и последний электроды подсоединяют к аноду и катоду источника постоянного тока. Процесс электролитического растворения ведут при плотности тока 1,43 А/дм². Напряжение на электродах устанавливают 1,5 В. Время электролитического растворения алюминия составило 24 ч.

Полученный коагулянт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,17 г/см³. Содержание алюминия в коагулянте составляет 34 г/л. Расход электроэнергии составляет 1,44 Вт/г алюминия в коагулянте.

Пример 11. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем химического растворения алюминия в смеси природного бишофита и 10-ного раствора соляной кислоты при соотношении 0,5 0,5 и последующим электролитическим растворением алюминия при плотности тока 4,1 А/дм².

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,5 л природного бишофита и 0,5 л 10-ного раствора соляной кислоты затем помещают 50 г алюминия (избыток). Таким образом, соотношение природного бишофита и 10-ного раствора соляной кислоты составляет 0,5 0,5.

После прохождения химической реакции не прореагировавший алюминий удаляют и в раствор помещают четыре алюминиевых электрода, расстояние между которыми 20 мм. Первый и последний электрод подключают к аноду и катоду источника постоянного тока. Процесс электрического растворения алюминия проводят при плотности тока 4,1 А/дм². Напряжение на электродах устанавливают 1,5 В. Время электролитического растворения до наступления поляризации 2 ч.

Полученный коагулянта имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,23 г/см³. Содержание алюминия в готовом коагулянте составляет 20,0 г/л. Расход электроэнергии составляет 1,68 Вт/г растворенного алюминия.

Пример 12. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем химического растворения алюминия в смеси природного бишофита и 10-ного раствора соляной кислоты при соотношении 0,9 0,1 и последующим электролитическим растворением алюминия при плотности тока 1,5 А/дм².

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,9 л природного бишофита и 0,1 л 10-ной соляной кислоты затем помещают 50 г алюминия (избыток). Таким образом, соотношение природного бишофита и 10 раствора соляной кислоты составляет 0,9 0,1.

После прохождения химической реакции непрореагировавший алюминий удаляют и в раствор помещают четыре алюминиевых электрода, расстояние между которыми 20 мм. Первый и последний электрод подключает к аноду и катоду источника постоянного тока. Процесс электролитического растворения алюминия проводят при плотности тока 1,5 А/дм². Напряжение на электродах устанавливают 1,5 В. Время электролитического растворения до наступления поляризации 15 ч. Полученный коагулянт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,18 г/см³. Содержание алюминия в готовом коагулянте составляет 10,0 г/л. Расход электроэнергии составляет 3,37 Вт/г растворенного алюминия.

Пример 13. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем химического растворения алюминия в смеси природного бишофита и 7-ного раствора соляной кислоты при соотношении 0,5 0,5 и последующим электролитическим растворением алюминия при плотности тока 0,82 А/дм².

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,5 л природного бишофита и 0,5 л 7-ного раствора соляной кислоты, затем помещают 50 г алюминия (избыток). Таким образом, соотношение природного бишофита и 7-ного раствора соляной кислоты составляет 0,5 0,5.

После прохождения химической реакции непрореагировавший алюминий удаляют и в раствор помещают четыре алюминиевых электрода, расстояние между которыми 20 мм. Первый и последний электрод подключают к аноду и катоду источника постоянного тока. Процесс электролитического растворения алюминия проводят при плотности тока 0,82 А/дм². Напряжение на электродах устанавливают 1,5 В. Время электролитического растворения составило 10 ч.

Полученный коагулянт имеет вязкую конституцию с удельным весом 1,25 г/см³. Содержание алюминия в готовом коагулянте составляет 13,2 г/л. Расход электроэнергии 0,51 Вт/г растворенного алюминия.

При реализации предлагаемых способов удается, во-первых, сократить время получения хлоралюминийсодержащего коагулянта на стадии электролитического растворения алюминия по сравнению с прототипом в 1,5 10 раз, во-вторых, из-за наличия в коагулянтах ионов присущих природному бишофиту, наблюдается образование продуктов взаимодействия их с алюминием, расширяется интервал значений pH работы полученных коагулянтов. При этом большое наличие ионов магния в коагулянтах за счет природного бишофита способствует тому, что в сильнощелочной среде сточной воды сначала образуется гидроксид магния, который pH среды, после чего начинает работать в качестве коагулянта хлоралюминийсодержащий компонент полученного продукта.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:

1) средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в получении коагулянта для очистки сточных вод, содержащих твердые и жидкие диспергированные вещества;

2) для изобретения, в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных или известных до даты приоритета средств и методов;

3) средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижении требуемого технического результата.

Следовательно, изобретение соответствуют требования "промышленная применимость" по действующему законодательству.