Способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта

 

Изобретение относится к области химии, в частности, к получению хлоралюминийсодержащих коагулянтов. Способ заключается в химическом растворении металлического алюминия в 5-10% растворе соляной кислоты. С последующим электролизом полученного раствора на алюминиевых электродах при подаче на них напряжения от источника 0,5-5,0 а/дм², и времени электролиза 5-30 сек, а также в применении природного бишофита на стадии приготовления коагулянта путем смешения его с электрообработанным продуктом в соотношении (0,8-0,2)-(0,2-0,8). 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к способу получения хлоралюминийсодержащих коагулянтов для очистки сточных вод от твердых и жидких диспергированных веществ, в частности от нефтепродуктов, от природных примесей взвешенных веществ и коллоидных примесей.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является двухстадийный способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий приготовление раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в соляной кислоте и гидролиз полученного раствора путем его электрохимической обработки при воздействии постоянного тока с определенной плотностью на электродах.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится применение источника постоянного тока, что способствует поляризации электродов и, как следствие, перерасход электроэнергии на единицу готового продукта.

В предлагаемом изобретении решается важная задача разработки экономически выгодных способов получения хлоралюминийсодержащих коагулянтов, служащих для очистки сточных вод от жидких и твердых диспергированных веществ.

При реализации предлагаемых способов получения хлоралюминийсодержащих коагулянтов получают следующий технический результат: заменяется дорогой источник постоянного тока на понижающий трансформатор, который является наиболее дешевой частью источника постоянного тока (ВАКР); устраняется поляризация электродов в процессе электролитического растворения алюминия, а значит уменьшается расход электроэнергии на 1 кг готового коагулянта.

Поставленный технический результат достигается тем, что по первому варианту способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий приготовление раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в соляной кислоте и гидролиз полученного раствора путем его электрохимической обработки при воздействии тока, причем при приготовлении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5-10% соляную кислоту, а в качестве алюминийсодержащего материала - металлический алюминий, электрохимическую же обработку проводят при воздействии переменного тока частотой 50 Гц и плотностью 0,5-5,0 а/дм² в течении 5-30 час и использовании алюминиевых электродов.

По второму варианту, способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий приготовление раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в соляной кислоте и гидролиз полученного раствора путем его электрохимической обработки при воздействии тока, причем при приготовлении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5-10% соляную кислоту, а в качестве алюминийсодержащего материала металлический алюминий, электрохимическую же обработку проводят при воздействии переменного тока частотой 50 Гц и плотностью 0,5-5,0 а/дм² в течение 5-30 час, полученный после электрохимической обработки продукт смешивают с природным бишофитом в соотношении (0,2-0,8):(0,8-0,2).

В способах получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, во-первых, на стадии электролиза используется источник переменного тока с частотой 50 Гц; во-вторых, в применении природного бишофита ГОСТ 7759-73 на стадии приготовления коагулянта для использования в очистке сточной воды. Добавка природного бишофита способствует увеличению интервала дозировок коагулянта до стадии стабилизации очищаемой воды и что особенно важно способствует образованию крупных хлопьев на стадии гидролиза гидроксихлорида (ГОХА).

Это, по-видимому, связано с тем, что при введении природного бишофита, содержащего большое количество ионов магния, на поверхности гидроксида алюминия, имеющего избыток гидроксильных ионов, по сравнению с раствором, образуются более тяжелый осадок гидроксида магния, который и способствует более быстрому осаждению осадка.

Природный бишофит представляет собой светлую или светло-желтую сиропообразную жидкость и имеет следующий состав: компоненты: г/в 1 л воды CaCl₂ 7,42 KCl 0,02 Br₂ 0,10 MgCl₂ 77,55 CaCO₃ 0,05 CaSO₄ 1,07 Эффект улучшения технико-экономических показателей способов получения хлоралюминийсодержащих коагулянтов происходит за счет дешевого источника питания переменного тока для электролиза растворов хлористого алюминия, исчезновение процесса поляризации электродов приводит к уменьшению потребления электроэнергии на 1 кг полученного коагулянта, уменьшением стоимости изготовленных коагулянтов за счет применения дешевого компонента природного бишофита и уменьшение дозы коагулянта в пересчете на металлический алюминий, идущей на очистку сточной воды.

Пример 1. В этом примере обосновывается применение переменного тока при получении хлоралюминийсодержащего коагулянта на стадии электролиза раствора хлористого алюминия при плотности тока 0,5 А/дм² при времени электролиза 30 часов.

В сосуд емкостью 1,5 литра заливали 1 литр 5% раствора соляной кислоты и вносили 14 г металлического алюминия. После полного растворения алюминия в раствор помещают 4 алюминиевых электрода. Расстояние между электродами 15 мм. Электроды соединяли попарно 1 и 3, 2 и 4 и подключали к источнику питания переменного тока с частотой 50 Гц. Установили плотность тока равной 0,5 А/дм и проводили электролиз в течение 30 часов. Напряжение на электродах при этом равно 1,2 В. При элеткролизе не наблюдается поляризации электродов, т. е. для поддержания заданной плотности тока не требуется повышать напряжение на электродах.

Полученный продукт имеет гелеобразную консистенцию с удельным весом 1,277 г/см³. Относительная вязкость 8,23. Содержание алюминия 29,1 г/л жидкого продукта. После сушки получен кристаллический продукт белого цвета с содержанием алюминия 105 г/кг сухого коагулянта. Расход электроэнергии 72 Вт/кг жидкого коагулянта. Снижение плотности тока менее 0,5 А/дм² нецелесообразно из-за большого времени электролиза и повышенного расхода электроэнергии.

Пример 2. В этом примере обосновывается применение переменного тока при получении хлоралюминийсодержащего коагулянта на стадии электролиза раствора хлористого алюминия, полученного растворением металлического алюминия в 10% растворе соляной кислоты. Плотность тока при электролизе 1,7 А/дм², время электролиза 20 часов.

В сосуд емкостью 1,5 литра заливали 1 литр 10% раствора соляной кислоты и вносили 28 г металлического алюминия. После полного растворения алюминия в раствор помещали 4 алюминиевых электрода. Расстояние между электродами 15 мм. Соединяли по парно 1 и 3, 2 и 4 электроды и подключали к источнику питания переменного тока с частотой 50 Гц. Установили плотность тока 1,7 А/дм и проводили электролиз в течение 20 часов. Напряжение на электродах при этом равно 1,3 В. При электролизе в течение всего времени не наблюдается явление поляризации. После электролиза электроды чистые.

Полученный продукт имеет гелеобразную консистенцию с удельным весом 1,24 г/см³, относительная вязкость 9,73. Содержание алюминия 68 г/л жидкого продукта. После сушки получают кристаллический продукт белого цвета с содержанием алюминия 247 г/кг сухого коагулянта. Расход электроэнергии 68 Вт/кг жидкого коагулянта.

Пример 3. В этом примере обосновывается применение переменного тока при получении хлоралюминийсодержащего коагулянта на стадии электролиза раствора хлористого алюминия, полученного растворением металлического алюминия в 10% растворе соляной кислоты. Плотность тока при электролизе 5,0 А/дм². Время электролиза 5 часов.

В сосуд емкостью 1,5 литра заливали 1 литр 10% раствора соляной кислоты и помещали 30 г металлического алюминия. После полного растворения алюминия в раствор погружали 4 электрода из металлического алюминия. Расстояние между электродами 10 мм. Соединяли попарно 1 и 3, 2 и 4 электроды и подключали к источнику питания переменного тока с частотой 50 Гц. Устанавливали плотность тока электролиза 5 А/дм² и проводили процесс в течение 5 часов. Напряжение на электродах 1,4 В. При электролизе в течение всего времени не наблюдается явление поляризации. После электролиза электроды чистые.

Полученный продукт имеет вязкую консинстенцию с удельным весом 1,20 г/см³ и относительной вязкостью 5,164. Содержание алюминия 57 г/л жидкого продукта.

После сушки получили кристаллический продукт белого цвета с содержанием алюминия 238 г/кг сухого коагулянта. Расход электроэнергии 100 Вт/кг жидкого коагулянта. Повышение плотности тока выше 5,0 А/дм² не целесообразно из-за разогрева раствора, что приводит к уносу хлористого водорода и увеличению расхода электроэнергии.

Пример 4. В этом примере обосновывается применение природного бишофита в изготовлении хлоралюминийсодержащих коагулянтов и обосновывается применением их для очистки речной воды в водоподготовке питьевой воды.

В сосуд емкостью 1,5 литра заливали 1 литр 10% раствора соляной кислоты и помещали 28 г металлического алюминия. После полного растворения алюминия в раствор поместили 4 алюминиевых электрода. Расстояние между электродами 15 мм. Соединили попарно 1 и 3, 2 и 4 электроды и подключили к источнику питания переменного тока с частотой 50 Гц. Установили плотность тока 1,7 А/дм² и проводили электролиз в течение 15 часов. Напряжение на электродах при этом 1,3 В. Полученный продукт имеет гелеобразную консинстенцию с удельным весом 1,22 г/см³ и относительной вязкостью 9,10. Содержание алюминия 63 г/л.

Из полученного продукта путем смешения с природным бишофитом получают коагулянты, имеющие следующие характеристики (табл. 1).

Пример 5. В этом примере обосновывается применение в качестве коагулянтов продуктов, полученных по примерам 1-4 для очистки речной воды.

В сосуды емкостью 1,5 л заливают по 1 л речной воды, содержащей в качестве дисперсной фазы (твердой) природные взвеси. При перемешивании в сосуды с водой добавляют продукты, полученные по примерам 1-4 в количестве оптимальном для очистки воды от взвесей.

Через 1 час отстоя очищенную воду подвергали анализу на соответствие ее ГОСТу 2874-82 на питьевую воду. В табл. 2 приведены результаты анализа в сравнении с прототипом и сульфатом алюминия, которые используются в настоящее время для водоподготовки. При применении коагулянтов, содержащих природный бишофит, наблюдается образование крупных хлопьев, по сравнению с примерами 1-3. При этом скорость оседания скоагулировавших частиц возрастает.

Формула изобретения

Способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий приготовление раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в соляной кислоте и гидролиз полученного раствора путем его электрохимической обработки при воздействии тока, отличающийся тем, что при приготовлении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5 10%-ную соляную кислоту, а в качестве алюминийсодержащего материала металлический алюминий, электрохимическую обработку проводят при воздействии переменного тока частотой 50 Гц и плотностью 0,5 5,0 А/дм² в течение 5 30 ч и использовании алюминиевых электродов.

2. Способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий приготовление раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в соляной кислоте и гидролиз полученного раствора путем его электрохимической обработки при воздействии тока, отличающийся тем, что при приготовлении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5 10%-ную соляную кислоту, а в качестве алюминийсодержащего материала металлический алюминий, электрохимическую обработку проводят при воздействии переменного тока частотой 50 Гц и плотностью 0,5 5,0 А/дм² в течение 5 30 ч, полученный после электрохимической обработки продукт смешивают с природным бишофитом в соотношении 0,2 0,8 0,8 0,2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2