способ получения смешанного коагулянта дигидроксохлорида алюминия и флокулянта кремниевой кислоты

Формула изобретения

1. Способ получения смешанного коагулянта дигидроксохлорида алюминия и кремниевой кислоты, включающий предварительное смешивание каолиновой глины с силикатом натрия в количестве 1-2% от массы каолиновой глины, последующее прокатывание полученной смеси в гранулы и прокаливание их при температуре 650-750°С, после чего из гранул приготавливают жидкую пульпу путем добавления воды в емкость с гранулами до соотношения воды и гранул равном 1,3:1, после чего предварительно нагретую до температуры 90-95°С пульпу подают в реактор-мешалку, где она смешивается с 36% соляной кислотой, которая поступает в верхнюю часть реактора-мешалки самотеком из мерника соляной кислоты, и в течение 1,5-2,0 ч производят выщелачивание каолиновой глины при подаче водяного пара с температурой 160-170°С в количестве 100 кг/ч, при этом рабочая температура процесса выщелачивания поддерживается в интервале 100-105°С при непрерывном перемешивании пульпы мешалкой со скоростью 120 об./мин, а полученный раствор смешанного коагулянта дигидроксохлорида алюминия и флокулянта кремниевой кислоты перекачивают в камеру флотации и добавляют анионактивный флокулянт для осаждения нерастворимого остаточного шлама, а отделение коагулянта дигидроксохлорида алюминия от нерастворимого остаточного шлама осуществляют на фильтрах.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно перед прокаливанием гранулы высушивают при температуре 140-160°С в течение 1-1,5 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности и цветной металлургии и может быть применено при получении коагулянта дигидроксохлорида алюминия, образующегося при взаимодействии прокаленной каолиновой глины, силиката натрия с соляной кислотой. Продуктом предлагаемой технологии является коагулянт на основе дигидросохлорида алюминия, предназначенный для использования в процессах водоподготовки, очистки сточных вод и растворов в различных отраслях промышленности.

Известен способ получения основных хлоридов алюминия нейтрализацией (гидролизом) безводного хлорида алюминия водой при соотношении AlCl₃ :Н₂О=1:(1-4) при температуре 20-95°С (SU 952741, C01F 7/56, 23.083.82).В качестве безводного хлорида алюминия предложено использовать отходы производства хлорида алюминия, содержащие 0,5-10,0 мас.% металлического алюминия.

Недостатками данного изобретения является использование достаточно специфического сырья, его нестабильный состав, высокая экзотермичность процесса, сопровождающегося выделением значительных количеств газообразной соляной кислоты, а также нестабильное качество (по химическому составу) получаемого основного хлорида алюминия.

Известен способ получения коагулянта на основе сульфата алюминия по патенту RU 2315715 с приоритетом от 21.06.2006 г., включающий в себя предварительную отмывку от солей шлака, содержащего оксид алюминия, после производят обработку его серной кислотой и отделение фильтрацией полученного раствора от песка. Очищенный раствор после фильтрации подают в катализатор и охлаждают, в результате чего кристаллы сульфата алюминия отделяют от маточного раствора, промывают органическим растворителем и сушат. В данном способе предполагается многократное использование органического растворителя после температурной обработки и сжижения.

Во всех указанных выше способах решается задача получения гидроксохлоридного коагулянта и они имеют общий существенный недостаток в том, что получаемый коагулянт имеет низкие потребительские свойства при более высокой стоимости конечного продукта по причине использования дорогостоящих исходных компонентов и длительности технологического цикла изготовления этого продукта на сложном технологическом оборудовании.

Целью данного изобретения является разработка способа получения смешанного коагулянта дигидроксохлорида алюминия и кремниевой кислоты, при производстве которого используется дешевое и доступное сырье - каолиновая глина и силикат натрия.

Поставленная цель достигается способом, в котором в качестве исходных компонентов используется каолиновая глина, силикат натрия, соляная кислота и вода питьевого качества при следующем стехиометрическом соотношении исходных материалов: каолиновой глины 98-99% и силиката натрия - 1-2%, вода питьевого качества берется с недостатком в 20% от стехиометрического количества, а 36-процентная соляная кислота берется из расчета 53% от общей массы на 1 литр полученного суспензионного раствора. Способ получения смешанного коагулянта дигидроксохлорида алюминия и кремниевой кислоты включает в себя предварительное изготовление из каолиновой глины и силиката натрия гранул размером 5-8 мм, которые после сушки при температуре 140-160°С подаются в печь для последующей прокалки при температуре 650-750°С и выдержке в печи 1-1,5 часа. Затем из гранул приготавливают жидкую пульпу путем добавления воды в емкость с гранулами при соотношении воды и гранул, равном 1,3:1, после чего предварительно нагретую до температуры 90-95°С пульпу подают в реактор-мешалку, где она смешивается с соляной кислотой, которая поступает в верхнюю часть реактора-мешалки самотеком из мерника соляной кислоты. В реакторе-мешалке в течение 1,5-2,0 часа производят выщелачивание пульпы, состоящей из каолиновой глины и силиката натрия. Для этого в реактор-мешалку подается пар с температурой 160-170°С в количестве 100 кг/час. Рабочая температура процесса выщелачивания поддерживается в интервале 100-105°С при непрерывном перемешивании мешалкой со скоростью 120 об/мин. Полученный раствор смешанного коагулянта дигидроксохлорида алюминия и кремниевой кислоты перекачивают в камеру флотации и добавляют анионактивный флокулянт в количестве 10 мг/тонну раствора. Процесс флокуляции проводят в камере хлопьеобразования в течение 30-40 минут. Полученный раствор коагулянта в процессе флокуляции разделяется на жидкую - (коагулянт) и твердую фазу - нерастворимый остаточный шлам. Через 40-50 минут осветленную часть раствора - конечный продукт данного способа, выводят из камеры и складируют, а остаток перекачивают на пресс-фильтр для полного отделения нерастворимого шлама от остаточного коагулянта. Твердый остаточный шлам, представляющий собой сиштоф, может быть использован для изготовления строительных материалов.

Процесс приготовления дигидроксохлорида алюминия проводят при атмосферном давлении в реакторах-мешалках футерованных кислотоупорными материалами.

Сущность предложенного способа состоит в прокаливании каолиновой глины (Al₂O₃·SiO ₂·Н₂) в присутствии силиката натрия, вводимого в измельченную каолиновую глину при приготовлении гранул. Прокалку шихты ведут при температуре 650-750°С с получением промежуточного соединения метакаолинита (Al₂Si₂O₇ ) и последующим растворением его в соляной кислоте с целью получения раствора дигидроксохлорида алюминия с примесями кремниевой кислоты. Основные стадии реакции взаимодействия метакаолинита и силиката натрия в соляной кислоте будут следующие:

Использование в качестве исходного сырья каолиновых глин позволяет отказаться от применения в технологическом процессе автоклавного оборудования и обрабатывать ее при низких температурных режимах. При этом получается коагулянт с низким содержанием нерастворимого в воде остатком (0,1-0,3%) и одновременно высоким содержанием полезного вещества в растворе коагулянта - Al₂O₃ 10±1%, основностью 2/3 и кислотностью рН 2-3. Присутствие незначительного количества кремния в виде кремниевой кислоты в коагулянте увеличивает коагулирующие способности коагулянта на 5-10% и увеличивает срок хранения смешанного коагулянта в 2 раза. При использовании флокулянта для разделения жидкой и твердой фазы значительно сокращается время фильтрации (более чем в 10-20 раз), снижаются затраты электроэнергии и сокращаются расходы на аппаратурную систему фильтрации. Полученный таким способом коагулянт имеет хорошие потребительские свойства, такие как полная растворимость в воде, увеличенный срок хранения (более 2 лет), незначительное содержание нерастворимого остатка в коагулянте (0,1-0,3%) и обладает лучшими коагулирующими свойствами в сравнении с гидроксохлоридами алюминия, полученными другими способами.

Ниже приводится пример реализации заявленного способа.

Для опыта использовалась каолиновая глина следующего химического состава, %: Al 16-18; В - 0,06; Ва - 0,02; Са -0,04; Cr - 0,02; Si -33; Fe - 2,3; Cu - 0,003; Pb - не обнаружено; Na - 0,02; Ti - 0,3; K - 1,6; Zn - 0,015; п.п.п. 38%.

Сырую каолиновую глину в количестве 55 г после дробления измельчения до размеров частиц 0,2 мм и силикат натрия, взятый в количестве 1,2-1,5 мас.% (0,5-0,7 г), перемешивают, гранулируют, подвергают сушке и прокаливанию при температуре 650-750°С. Полученные прокаленные гранулы имели следующий химический состав: Al ₂O₃ - 41%; Na₂O - 0,3%; Fe₂ O₃ - 1,2%; SiO₂ - 55%. Далее гранулы в количестве 45 г разбавляют водой питьевого качества в количестве 60 мл (что соответствует соотношению воды-гранул, равное 1,3:1) для приготовления пульпы. Пульпу подогревают до температуры 90-95°С в стеклянной емкости. После разогревания пульпы туда же непрерывно в течение 15 минут подают 36% соляную кислоту в количестве 64 грамм. Температура в емкости поддерживается в интервале 100-105°С внешним обогревом в течение всего времени выщелачивания. Реакционная масса перемешивается мешалкой со скоростью 120 об/мин. Время выщелачивания составляет 1,5 часа.

Полученный смешанный коагулянт, представляющий раствор дигидроксохлорида алюминия и кремниевой кислоты с температурой 95-100°С с нерастворимым остаточным шламом - сиштофом, переливается в другую емкость, куда вводится анионоактивный флокулянт SNF серии Floram марки AN 900-PWG (см. http: www/snf-group.ru) в количестве 10 мл с концентрацией 0,01 мг/л. Продукт тщательно перемешивается и отстаивается в течение 30-40 минут. Осветленную часть в количестве около 70% от общего объема отделяют, осажденный сиштоф и остаток коагулянта подают на фильтрацию на нутч-фильтр для отделения раствора. Отфильтрованный раствор коагулянта возвращают в общий объем коагулянта, а сиштоф, состоящий на 98% из оксида кремния, отделяется и без промывки может быть использован для производства строительных материалов. Влажность остатка на фильтре 20%. Полученный раствор смешанного коагулянта в количестве 110 мл состоит из дигидроксохлорида алюминия и кремниевой кислоты и соответствует среднеосновному коагулянту с химической формулой Al(OH)_1,8 Cl _1,1. Химический анализ показал следующие свойства выхода: плотность раствора 1,24; рН раствора 2-3; содержание %, Al₂O₃ - 10; SiO₂ - 0,16; As₂O₃<0,005; Na₂O - 0,12; Fe₂O₃ - 1,85; н.о. - 0,1%.