способ получения алюмосодержащего коагулянта

Формула изобретения

Способ получения алюмосодержащего коагулянта на основе сульфата алюминия, включающий растворение металлических алюмосодержащих отходов производства алюминия с последующей кристаллизацией коагулянта нейтрализацией аммиачной водой, отличающийся тем, что металлические алюмосодержащие отходы растворяют в растворе серной кислоты с концентрацией 100-200 г/л при температуре 65°С и наложении симметричного переменного электрического тока промышленной частоты при плотности тока 0,2-0,3 А/см².

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению алюмосодержащего коагулянта на основе сульфата алюминия для очистки воды, в частности к электрохимическому синтезу сульфата алюминия из металлических отходов производства алюминия.

Вторичное металлическое алюмосодержащее сырье является важной составляющей в общей структуре производства алюминия и его сплавов. Основная масса таких отходов поступает на переплав с получением соответствующих изделий [Плавка алюминиевой стружки. Белов В.Д. Рынок вторичных металлов, 2007, № 2, С.30-33]. Обычно процесс осуществляют во вращающихся барабанных наклонных печах. Технология характеризуется достаточно высоким извлечением (потери металла 1-5%).

Однако для получения алюмосодержащих коагулянтов, широко применяемых для очистки воды, описанный выше процесс не приемлем. В этом случае металлические отходы алюминия обычно растворяют в сильных минеральных кислотах с последующим выделением алюминиевого коагулянта известными методами нейтрализации.

Так, например, отходы алюминиевого производства, содержащие металлический алюминий, обрабатывают соляной кислотой до полного растворения алюминия. Из раствора осаждают коагулянт нейтрализацией аммиаком до pH 5,5-6,5, пульпу охлаждают до 0-10°С и отделяют выпавшие кристаллы коагулянта фильтрацией, которые промывают водно-ацетоновой смесью [Способ получения алюмосодержащего коагулянта. Акимов И.Я., Ермаков М.В., Мельников Г.М. и др. Заявка на изобретение РФ № 2001131404, МПК C22B 7/04, от 27.07.2003 - аналог].

Наиболее близким техническим решением является способ получения алюмосодержащего коагулянта на основе сульфата алюминия [Куценко С.А., Бурцева Н.В., Неженцев В.Ю. и др. Пат. РФ № 2102323, МПК C01F 7/74 - прототип]. Согласно этому методу измельченные (0,2-0,3 мкм) отходы производства алюминия и его сплавов обрабатывают серной кислотой (~150 г/л) при температуре 65°С с последующим осаждением коагулянта нейтрализацией аммиаком до pH 6, охлаждением пульпы до 5°С и промывкой выпавших кристаллов водно-ацетоновой смесью в отношении 1:1.

К недостаткам вышеописанного способа относятся:

- замедленная кинетика процесса растворения алюминия и связанная с этим повышенная продолжительность передела;

- необходимость предварительного измельчения исходного материала.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа, позволяющего интенсифицировать процесс получения алюмосодержащего коагулянта.

Техническим результатом изобретения является повышение скорости растворения металлического алюминия в растворе серной кислоты.

Технический результат достигается тем, что в способе получения алюмосодержащего коагулянта на основе сульфата алюминия, включающий растворение металлических алюмосодержащих отходов производства алюминия с последующей кристаллизацией коагулянта нейтрализацией аммиачной водой, согласно изобретению металлические алюмосодержащие отходы растворяют в растворе серной кислоты с концентрацией 100-200 г/л при температуре 65°С и при наложении симметричного переменного электрического тока промышленной частоты при плотности тока 0,2-0,3 А/см².

Сущность изобретения заключается в том, что растворение (окисление) алюминиевых металлических отходов осуществляют в сернокислых растворах при наложении симметричного переменного электрического тока промышленной частоты плотностью 0,2-0,3 А/см², что обеспечивает повышение эффективности процесса растворения отходов без их предварительного измельчения. Важным достоинством применения переменного тока является возможность отказаться от использования дорогостоящих выпрямляющих устройств с использованием обычных автотрансформаторов типа Вариак и осуществлять анодное растворение металлов при высоких плотностях тока без заметной пассивации электродов.

Как видно из таблицы, наложение симметричного переменного электрического тока промышленной частоты на порядок ускоряет процесс растворения металлического алюминия в растворах серной кислоты. При этом наилучшие результаты достигаются при следующих оптимальных условиях

- температура 65°С;

- плотность по току 0,2-0,3 А/см²;

- концентрация серной кислоты 100-200 г/л;

- электрический режим: переменный симметричный ток промышленной частоты.

Следует подчеркнуть, что выбранный температурный режим не требует специального подогрева, так как он достигается за счет электрохимического передела в данных условиях.

Процесс осуществляется следующим образом. В две анодные корзины, помещенные в электролизер, загружаются металлические алюмосодержащие отходы без их предварительного измельчения. Электролит - раствор серной кислоты (100-200 г/л). На анодные корзины подается симметричный переменный ток промышленной частоты через автотрансформатор. Электрический режим зависит от габаритов ванны и массы загрузки. Температура поддерживается на уровне 65°С регулированием силы тока.

Электрохимическое растворение (окисление) отходов проводят в накопительном режиме. При достижении концентрации Al₂ O₃ более 300-350 г/л сернокислый электролит выводится на осаждение коагулянта. Для этого осветленный насыщенный электролит нейтрализуют аммиачной водой до pH 6 и после охлаждения до температуры ~5°С выпавшие кристаллы коагулянта отфильтровывают и промывают водно-ацетоновой смесью (1:1). Маточный раствор осаждения возвращается в оборот на электрохимический передел.

Пример 1.

Серно-кислотное атмосферное растворение отходов металлического алюминия проводили без наложения электрического тока в следующих условиях: температура 65°С, продолжительность 1,5 часа, концентрация серной кислоты 200 г/л. Отходы предварительно не измельчали. Они представляли собой алюминиевые пластинки длиной 4,5-5,0 см, шириной 4,0-4,5 см и толщиной 7-8 мм. Рабочая площадь поверхности растворяемых образцов 18 см². Процесс проводили без наложения электрического тока.

Скорость растворения алюминия в данном режиме составила 0,06 г/час.

Пример 2.

Серно-кислотное атмосферное растворение неизмельченных отходов металлического алюминия проводили при температуре 65°С, продолжительности 1,5 часа, концентрации серной кислоты 200 г/л и наложении симметричного переменного тока промышленной частоты (50 Гц). В качестве обоих электродов использовали пластинки отходов металлического алюминия с рабочей площадью поверхности 18 см². Электрический режим: сила тока 3 А, напряжение 33 В, плотность по току 0,2 А/см ².

Суммарная скорость растворения алюминия (с двух электродов) в данных условиях составила 0,93 г/час. Выход по току - 95% (электрохимический эквивалент алюминия равен 0,33 г/А·час).

Пример 3.

Аналогичен примеру 1, но концентрация сернокислого раствора составляла 100 г/л. Электрический режим: сила тока 5 А, напряжение 27 В, плотность по току 0,27 А/см².

Суммарная скорость растворения алюминия (с двух электродов) в данных условиях составила 1,4 г/час. Выход по току - 85,0%.

Приведенные примеры доказывают достижение поставленной задачи.

Таблица
Влияние режимов серно-кислотной переработки на растворение отходов металлического алюминия (рабочая площадь поверхности растворяемых образцов 18 см2)
Режим растворения	Концентрация H2SO4, г/л	Темпера тура, °С	Продолжитель ность, ч	Скорость растворения, г/ч	Выход по току, %
Без тока	50	65	1,5	0,020	-
«-«	100	65	1,5	0,029	-
«-«	200	65	0,33	0,060	-
Симметричный переменный ток, 50 Гц, 3 А, 25 В, плотность тока 0,2 А/см2, оба электрода - Al	50	65	1,5	0,73	73,5
Симметричный переменный ток, 50 Гц, 3 А, 26 В, плотность тока 0,167 А/см 2, оба электрода - Al	100	65	1,5	0,86	87,0
Симметричный переменный ток, 50 Гц, 3 А, 33 В, плотность тока 0,2 А/см 2, оба электрода - Al	200	65	1,5	0,93	94,0
Симметричный переменный ток, 50 Гц, 1 А, 12 В, плотность тока 0,1 А/см 2, оба электрода - Al	100	30	1,0	0,02	5,4
Симметричный переменный ток, 50 Гц, 5 А, 27 В, плотность тока 0,3 А/см 2, оба электрода - Al	100	65	1,5	1,38	84,0
Симметричный переменный ток, 50 Гц, 5 А, 14 В, плотность тока 0,3 А/см 2, 2-ой электрод - графит	100	65	1,5	1,31	83,6