способ получения алюмоаммонийных квасцов

Формула изобретения

1. Способ получения алюмоаммонийных квасцов, включающий разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой с получением плава сульфата алюминия, разбавление его водой с получением раствора сульфата алюминия, отличающийся тем, что после разбавления плава получают раствор сульфата алюминия с мольным соотношением Al₂O₃ : SO₃ = 1:(3,16-3,42) и концентрацией 20-25%, готовят водный раствор сульфата аммония с концентрацией около 35%, смешивают растворы сульфата алюминия и аммония, смесь охлаждают, отделяют выпавшие кристаллы продукта фильтрацией или центрифугированием без промывки и сушки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру раствора сульфата алюминия перед смешением с раствором сульфата аммония поддерживают в пределах 50 - 70^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству кристаллических алюмоаммонийных квасцов, получаемых изогидрической кристаллизацией из водных растворов.

Известен способ получения кристаллических алюмоаммонийных квасцов путем смешения водных растворов сульфатов алюминия и аммония [Позин М.Е. Технология минеральных солей /Изд. 2-е, перераб. и доп. Л.: Изд. химической литературы, 1961. С. 446]. По этому способу к раствору сульфата алюминия с концентрацией 20 - 25% прибавляют раствор сульфата аммония с концентрацией около 35%. Для более полного осаждения квасцов берут 10 - 12% избытка сульфата аммония по отношению к стехиометрическому количеству согласно уравнению:

Al₂(SO₄)₃ + (NH₄)₂SO₄ + 24 H₂O = (NH₄)₂SO₄ Al₂(SO₄)₃ 24H₂O

Вследствие экзотермичности реакции раствор разогревается до 50 - 60^oC. Его охлаждают до 15 - 20^oC с целью увеличения выхода квасцов. Отделенные кристаллы промывают и высушивают.

Недостатком указанного способа является то, что продукт получается мелкокристаллический. Это затрудняет его фильтрацию и промывку. Крое того, продукт содержит значительное количество нерастворимого остатка и требует энергозатрат на сушку.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения алюмоаммонийных квасцов, включающий разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой с получением плава сульфата алюминия, разбавление полученного плава водой с получением раствора сульфата алюминия, смешение раствора сульфата алюминия с водным аммиаком, отделение полученного продукта [Авторское свидетельство СССР N 1765120, кл. C 01 F 7/76, 30.09.92. Бюл. N 36].

Недостатками последнего способа являются повышенная опасность, связанная с использованием аммиака, низкие производительность и выход продукта.

Задачей изобретения является получение алюмоаммонийных квасцов путем разложения водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой с получением плава сульфата алюминия, разбавления плава водой с получением раствора сульфата алюминия, приготовления водного раствора сульфата аммония с концентрацией около 35%, смешения раствора сульфата алюминия и аммония, охлаждения смеси и отделения выпавших кристаллов продукта фильтрацией или центрифугированием без промывки и сушки. При этом, в задачу изобретения входило при заданном качестве продукта достигнуть большей производительности и входа, удешевить процесс, расширить сырьевую базу и устранить повышенную опасность, связанную с использованием аммиака.

Поставленная задача в предлагаемом изобретении решается тем, что раствор сульфата алюминия готовят с мольным соотношением Al₂O₃ : SO₃ = 1 : (3,16 - 3,42) и концентрацией 20 - 25%, а температуру его перед смешением с раствором сульфата аммония поддерживают в пределах от 50 до 70^oC.

Пример. В реактор с мешалкой загружают 122,6 кг технического гидроксида алюминия с влажностью 7%, заливают 114,0 кг воды и 263,4 кг технической серной кислоты с концентрацией 93%. За счет теплоты разбавления серной кислоты и теплового эффекта реакции температура реакционной массы возрастает до 100 - 120^oC. После окончания синтеза через 0,5 - 1 час в полученный плав заливается 603,7 кг воды. Раствор фильтруют без охлаждения. Получают 1000 кг раствора сульфата алюминия с мольным соотношением Al₂O₃ : SO₃ = 1 :3,42 и концентрацией сульфата алюминия 25%.

Сульфат аммония технический - отход коксохимического производства с содержанием смолистых веществ 5% в количестве 101,6 кг растворяют в 188,8 кг воды. После фильтрации получают 275,9 кг раствора, содержащего 96,6 кг сульфата аммония с концентрацией 35%. Раствор сульфата алюминия с температурой около 60^oC и раствор сульфата аммония, имеющий температуру 20^oC, смешивают в реакторе с мешалкой. При этом температура смеси возрастает до 85^oC. Смесь охлаждают до 20^oC и отделяют выпавшие кристаллы алюмоаммонийных квасцов путем фильтрации без промывки.

Полученные кристаллы алюмоаммонийных квасцов имеют размер частиц 0,8 - 1,0 мм, и следующий состав без дополнительной сушки, мас.%:

Al₂O₃ - 11,30;

нерастворимый остаток - 0,01.

Выход продукта в пересчете на Al₂O₃ - 95,5%.

Данные по остальным примерам реализации заявляемого способа приведены в таблице.

Приготовление раствора сульфата алюминия с мольным соотношением Al₂O₃ : SO₃ = 1 : (3,16 - 3,42) соответствует избыточной кислотности раствора. Избыточная серная кислота при последующем смешении растворов сульфатов алюминия и аммония подавляет гидролиз образующихся квасцов. При этом увеличивается выход квасцов и снижается содержание в них нерастворимого остатка.

Снижение мольного соотношения Al₂O₃ : SO₃ 3,16 (примеры 1, 2 в табл.) не позволяет получить квасцы и содержанием нерастворимого остатка менее 0,05%. Увеличение мольного соотношения Al₂O₃ : SO₃ более 3,42 (примеры 4, 5 в табл. ) нецелесообразно, так как не улучшает качество и увеличивает стоимость квасцов.

Снижение концентрации приготовленного раствора сульфата алюминия менее 20% приводит к уменьшению выхода продукта (примеры 6, 7 в табл.). Увеличение концентрации выше 25% невозможно из-за ограничений, связанных с растворимостью сульфата алюминия в воде (25,9% при 15^oC).

Температуру раствора сульфата алюминия перед смешением с раствором сульфата аммония необходимо поддерживать в пределах от 50 до 70^oC. При смешении раствора сульфата алюминия с температурой более 50^oC и раствора сульфата аммония с температурой около 20^oC за счет экзотермичности реакции синтеза квасцов температура реакционной массы увеличивается до 80 - 85^oC и реакционная масса становится гомогенной. При последующем охлаждении реакционной массы происходит кристаллизация квасцов. Продукт, при этом, получается крупнокристаллическим (размер кристаллов 0,8 - 1,0 мм) и не требует промывки и сушки, что увеличивает производительность процесса и позволяет снизить затраты.

При уменьшении температуры раствора сульфата алюминия ниже 50^oC перед смешением с раствором сульфата аммония (примеры 9, 10 в табл.) температура реакционной массы после смешения не достигает 80^oC. При этом масса не становится гомогенной. Продукт получается мелкокристаллический и требует сушки после отделения от маточного раствора.

Увеличение температуры раствора сульфата алюминия выше 70^oC экономически не целесообразно, так как не приводит к увеличению размера кристаллов и качества продукта (примеры 11, 12 в табл.).

Для удешевления продукта и с целью расширения сырьевой базы для получения алюмоаммонийных квасцов используют технический сульфат аммония - отход коксохимического производства с содержанием смолистых веществ до 5%. При этом раствор сульфата аммония после приготовления фильтруют перед подачей на синтез квасцов. Незначительные потери сульфата аммония при фильтрации компенсируются существенно меньшей стоимостью технического продукта.