Способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта

 

Изобретение относится к области получения хлоралюминийсодержащих коагулянтов. Сущность способа заключается в электролитическом растворении металлического алюминия в смеси 5-10%-ных растворов соляной кислоты и природного бишофита в соотношении (0,9-0,1):(0,1-0,9) объемных частей или предварительном растворении металлического алюминия в 5-10%-ных растворах соляной кислоты с последующим смешением полученных растворов с природным бишофитом в соотношении (0,9-0,1): (0,1-0,9) объемных частей и с последующим электролизом при переменном токе с частотой 50 Гц и плотностью тока 0,5-5,0 А/дм. кв в течение 5-30 часов. При этом электролиз не сопровождается поляризационными процессами. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

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

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является двухстадийный способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий получение раствора хлорида алюминия путем химического растворения алюминийсодержащего материала в соляной кислоте и гидролиз полученного раствора путем его электрохимической обработки при определенной плотности тока на электродах.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся применение высокого давления с принудительным перемешиванием реакционной массы, высокая температура процесса, а также большая концентрация соляной кислоты (34%).

В 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 электрохимического 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 включает получение раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в соляной кислоте и гидролиз полученного раствора путем его электрохимической обработки, причем при получении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5-10%-ную соляную кислоту, а в качестве алюминийсодержащего материала берут металлический алюминий, полученный раствор перед гидролизом смешивают с природным бишофитом в соотношении (0,9-0,1): (0,1-0,9), а электрохимическую обработку проводят при воздействии переменного тока частотой 50 Гц и плотностью 0,5-5,0 А/дм² в течение 5-30 час и использовании алюминиевых электродов.

По второму варианту способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта включает получение раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в соляной кислоте и гидролиз полученного раствора путем его электрохимической обработки, причем при получении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5-10%-ную соляную кислоту, которую предварительно смешивают с природным бишофитом в соотношении (0,9-0,1):(0,1-0,9), а в качестве алюминийсодержащего материала берут 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 и использовании алюминиевых электродов.

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
При электролизе смеси природного бишофита с соляной кислотой или продуктом растворения алюминия в соляной кислоте, наряду с гидроксихлоридами алюминия образуются Mg(OH)Cl и Mg(OH)₂, которые обладают флокулирующими свойствами. Применение на стадии электролиза переменного тока с частотой 50 Гц способствует увеличению скорости гидролиза хлористого алюминия.

Поскольку подвижность ионов водорода большая, то при подаче на электрод отрицательного напряжения на нем быстро протекает суммарная реакция
2 H₂O + e^- _→ H₂+2 OH^-,
это приводит к обогащению приповерхностного слоя электролита гидроксильными ионами, которые вступают в реакцию гидролиза с хлористым алюминием:
2 AlCl₃ + OH^- _→ Al₂(OH)_mCl_n + HCl.

Быстрая смена полярности электродов способствует накоплению гидроксильных ионов на большей площади, чем при применении при электролизе постоянного тока. Отсюда должна увеличиваться скорость образования гидроксихлорида (ГОХА).

Образующиеся в процессе гидролиза ионы алюминия в виде Al(OH)²⁺Al(OH)⁺₂, Al(OH)^-₄, Al₂(OH)⁺₅ из-за малой подвижности не могут выделятся на электродах, что приводит к отсутствию их поляризации.

Пример 1. В этом примере обосновывается применение источника переменного тока с частотой 50 Гц при получении хлоралюминийсодержащего коагулянта на стадии электролиза. При этом предварительно алюминий растворяют в 5%-ном растворе соляной кислоты. Затем добавляют природный бишофит в соотношении 0,9:0,1 объемных частей.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,9 л 5%-ного раствора соляной кислоты и вносят 15 г металлического алюминия до полного химического растворения. Затем добавляют 0,1 л природного бишофита. После этого в раствор помещают 4 алюминиевых электрода на расстоянии 15 мм друг от друга. Соединяют попарно 1 и 3, 2 и 4 электроды и подсоединяют к источнику переменного тока с частотой 50 Гц. Устанавливают плотность тока 5 А/дм². Напряжение на электродах самопроизвольно устанавливается 1,5 В. Время электролиза составляет 10 часов. Поляризация электродов не наблюдается. Электроды чистые.

Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,26 г/см³ и содержит в пересчете на металлический алюминий 17 г/л. Относительная вязкость составляет 8,75. После сушки получают гигроскопичный кристаллический продукт слегка желтого цвета с содержанием алюминия 92 г/кг и природного бишофита 324 г/кг. Расход электроэнергии составляет 75 Вт на килограмм жидкого коагулянта.

Пример 2. В этом примере обосновывается применение источника переменного тока с частотой 50 Гц при получении хлоралюминийсодержащего коагулянта на стадии электролиза смеси природного бишофита и раствора металлического алюминия в соляной кислоте в соотношении 0,9:0,1 объемных частей.

В сосуд емкостью 1 л заливают 0,5 л 10%-ной соляной кислоты и вносят 14 г металлического алюминия до полного его химического растворения. Затем в сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,9 л природного бишофита и добавляют 0,10 л вышеприготовленного раствора. После этого в раствор помещают 4 алюминиевых электрода на расстоянии 15 мм друг от друга. Соединяют попарно 1 и 3, 2 и 4 электроды и подсоединяют к источнику переменного тока с частотой 50 Гц. Устанавливают плотность тока 1,7 А/дм². Напряжение на электродах самопроизвольно устанавливается 1,3 В. Время электролиза составляет 15 часов. Поляризация электродов не наблюдается. Электроды чистые.

Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,20 г/см³ и содержит в пересчете на металлический алюминий 7 г/л. После сушки получают гигроскопичный кристаллический продукт желтого цвета с содержанием алюминия 12 г/кг и 918 г/кг природного бишофита. Расход электроэнергии составляет 66,2 Вт на килограмм жидкого коагулянта.

Пример 3. В этом примере обосновывается применение источника переменного тока с частотой 50 Гц при получении хлоралюминийсодержащего коагулянта на стадии электролиза смеси природного бишофита и раствора металлического алюминия в соляной кислоте в соотношении 0,5:0,5 объемных частей.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,5 л 10%-ного раствора соляной кислоты и вносят 14 г металлического алюминия до полного химического растворения. Затем добавляет 0,5 л природного бишофита. После этого в раствор помещают 4 алюминиевых электрода на расстоянии 15 мм друг от друга. Соединяют попарно 1 и 3, 2 и 4 электроды и подсоединяют к источнику переменного тока с частотой 50 Гц. Устанавливают плотность тока 0,5 А/дм². Напряжение на электродах самопроизвольно устанавливается 1,2 В. Время электролиза составляет 30 часов. Поляризация электродов не наблюдается. Электроды чистые.

Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,224 г/см³ и содержит в пересчете на металлический алюминий 27 г/л. Относительная вязкость составляет 6,04. После сушки получают гигроскопичный кристаллический продукт слегка желтого цвета с содержанием алюминия 69 г/кг и 750 г/кг природного бишофита. Расход электроэнергии составляет 36 Вт на килограмм жидкого коагулянта.

Пример 4. В этом примере обосновывается применение источника переменного тока с частотой 50 Гц при получении хлоралюминийсодержащего коагулянта на стадии электролиза. При этом предварительно алюминий растворяют в 10%-ном растворе соляной кислоты. Затем добавляют природный бишофит в соотношении 0,9:0,1 объемных частей.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,9 л 10%-ного раствора соляной кислоты и вносят 26 г металлического алюминия до полного химического растворения. Затем добавляет 0,1 л природного бишофита. После этого в раствор помещают 4 алюминиевых электрода на расстоянии 15 мм друг от друга. Соединяют попарно 1 и 3, 2 и 4 электроды и подсоединяют к источнику переменного тока с частотой 50 Гц. Устанавливают плотность тока 5 А/дм². Напряжение на электродах самопроизвольно устанавливается 1,5 В. Время электролиза составляет 5 часов. Поляризация электродов не наблюдается. Электроды чистые.

Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,28 г/см³ и содержит в пересчете на металлический алюминий 34 г/л. Относительная вязкость составляет 8,75. После сушки получают гигроскопичный кристаллический продукт слегка желтого цвета с содержанием алюминия 189 г/кг и природного бишофита 324 г/кг. Расход электроэнергии составляет 53 Вт на килограмм жидкого коагулянта.

Пример 5. В этом примере обосновывается применение источника переменного тока с частотой 50 Гц при получении хлоралюминийсодержащего коагулянта на стадии электролиза. При этом предварительно металлический алюминий химически растворяют в смеси 5%-ного раствора соляной кислоты природного бишофита в соотношении 0,9:0,1 объемных частей.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,9 л 5%-ного раствора соляной кислоты, добавляет 0,1 л природного бишофита и вносят 14 г металлического алюминия. Скорость химического растворения возрастает в 1,2 раза по сравнению с примером 6. После этого в раствор помещают 4 алюминиевых электрода на расстоянии 15 мм друг от друга. Соединяют попарно 1 и 3, 2 и 4 электроды и подсоединяют к источнику переменного тока с частотой 50 Гц. Устанавливают плотность тока 1,7 А/дм². Напряжение на электродах самопроизвольно устанавливается 1,3 В. Время электролиза составляет 27 часов. Поляризация электродов не наблюдается. Электроды чистые.

Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,22 г/см³ и содержит в пересчете на металлический алюминий 29 г/л. Относительная вязкость составляет 7,3. После сушки получают гигроскопичный кристаллический продукт слегка желтого цвета с содержанием алюминия 173 г/кг и природного бишофита в количестве 360 г/кг. Расход электроэнергии составляет 110 Вт на килограмм жидкого коагулянта.

Пример 6. В этом примере обосновывается применение источника переменного тока с частотой 50 Гц при получении хлоралюминийсодержащего коагулянта на стадии электролиза. При этом предварительно металлический алюминий химически растворяют в смеси 5%-ного раствора соляной кислоты и природного бишофита в соотношении 0,5:0,5 объемных частей.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,5 л 5%-ного раствора соляной кислоты и 0,5 л природного бишофита и вносят 15 г металлического алюминия до полного химического растворения.

После этого в раствор помещают 4 алюминиевых электрода на расстоянии 15 мм друг от друга. Соединяют попарно 1 и 3, 2 и 4 электроды и подсоединяют к источнику переменного тока с частотой 50 Гц. Устанавливают плотность тока 0,5 А/дм². Напряжение на электродах самопроизвольно устанавливается 1,3 В. Время электролиза составляет 30 часов. Поляризация электродов не наблюдается. Электроды чистые.

Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,26 г/см³ и содержит в пересчете на металлический алюминий 24,4 г/л. Относительная вязкость составляет 7,83. После сушки получают гигроскопичный кристаллический продукт слегка желтого цвета с содержанием алюминия 75 г/кг и природного бишофита 720 г/кг. Расход электроэнергии составляет 36 Вт на килограмм жидкого коагулянта.

Пример 7. В этом примере обосновывается применение источника переменного тока с частотой 50 Гц при получении хлоралюминийсодержащего коагулянта на стадии электролиза. При этом предварительно металлический алюминий растворяют в смеси 10%-ного раствора соляной кислоты и природного бишофита в соотношении 0,9:0,1 объемных частей.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,1 л природного бишофита, добавляют 0,9 л 10% -ного раствора соляной кислоты и вносят 27 г металлического алюминия. Скорость химического растворения при этом возрастает в 1,5-2 раза по сравнению с примером 1.

После этого в раствор помещают 4 алюминиевых электрода на расстоянии 15 мм друг от друга. Соединяют попарно 1 и 3, 2 и 4 электроды и подсоединяют к источнику переменного тока с частотой 50 Гц. Устанавливают плотность тока 1,7 А/дм². Напряжение на электродах самопроизвольно устанавливается 1,3 В. Время электролиза составляет 5 часов. Поляризация электродов не наблюдается. Электроды чистые.

Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,25 г/см³ и содержит в пересчете на металлический алюминий 37,1 г/л. После сушки получают гигроскопичный кристаллический продукт слегка желтого цвета с содержанием алюминия 119,2 г/кг и 60 г/кг природного бишофита. Расход электроэнергии составляет 66,2 Вт на килограмм жидкого коагулянта.

Пример 8. В этом примере обосновывается применение источника переменного тока с частотой 50 Гц при получении хлоралюминийсодержащего коагулянта на стадии электролиза. При этом предварительно металлический алюминий химически растворяют в смеси 10%-ного раствора соляной кислоты и природного бишофита в соотношении 0,5:0,5 объемных частей.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,5 л 10%-ного раствора соляной кислоты и 0,5 л природного бишофита и вносят 15 г металлического алюминия до полного химического растворения. Скорость химического растворения возрастает в 1,5-2 раза по сравнению с примером 3.

После этого в раствор помещают 4 алюминиевых электрода на расстоянии 15 мм друг от друга. Соединяют попарно 1 и 3, 2 и 4 электроды и подсоединяют к источнику переменного тока с частотой 50 Гц. Устанавливают плотность тока 2,7 А/дм². Напряжение на электродах самопроизвольно устанавливается 1,3 В. Время электролиза составляет 20 часов. Поляризация электродов не наблюдается. Электроды чистые.

Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,25 г/см³ и содержит в пересчете на металлический алюминий 33 г/л. Относительная вязкость составляет 7,83. После сушки получают гигроскопичный кристаллический продукт слегка желтого цвета с содержанием алюминия 80 г/кг и природного бишофита 720 г/кг. Расход электроэнергии составляет 184 Вт на килограмм жидкого коагулянта.

Пример 9. В этом примере обосновывается применение источника переменного тока с частотой 50 Гц при получении хлоралюминийсодержащего коагулянта на стадии электролиза. При этом предварительно металлический алюминий химически растворяют в смеси 10%-ного раствора соляной кислоты и природного бишофита в соотношении 0,1:0,9 объемных частей.

В сосуд емкостью 1,5 л заливают 0,1 л 10%-ного раствора соляной кислоты, добавляет 0,9 л природного бишофита и вносят 26 г металлического алюминия. Скорость химического растворения возрастает в 1,5-2 раза по сравнению с примером 5. После этого в раствор помещают 4 алюминиевых электрода на расстоянии 15 мм друг от друга. Соединяют попарно 1 и 3, 2 и 4 электроды и подсоединяют к источнику переменного тока с частотой 50 Гц. Устанавливают плотность тока 5 А/дм². Напряжение на электродах самопроизвольно устанавливается 1,5 В. Время электролиза составляет 10 часов. Поляризация электродов не наблюдается. Электроды чистые.

Полученный продукт имеет вязкую консистенцию с удельным весом 1,22 г/см³ и содержит в пересчете на металлический алюминий 27 г/л. Относительная вязкость составляет 7,45. После сушки получают гигроскопичный кристаллический продукт слегка желтого цвета с содержанием алюминия 135,7 г/кг и природного бишофита в количестве 290 г/кг. Расход электроэнергии составляет 53 Вт на килограмм жидкого коагулянта.

Пример 10. В этом примере обосновывается применение в качестве коагулянтов продуктов, полученных по примерам 1 9, для очистки речной воды при водоподготовке питьевой воды по ГОСТ 2874-82.

В сосуды емкостью 1,5 л заливают по 1 л речной воды, содержащей в качестве дисперсной фазы природные взвеси. При перемешивании в сосуды с водой добавляют продукты, полученные по примерам 1- 9, в количестве, оптимальном для очистки воды от взвесей. Через 1 час отстоя очищенную воду подвергали анализу на соответствие ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая".

В таблице приведены результаты анализа очищенной воды.

Формула изобретения

1. Способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий получение раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в соляной кислоте и гидролиз полученного раствора путем его электрохимической обработки, отличающийся тем, что при получении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5 10%-ную соляную кислоту, а в качестве алюминийсодержащего материала металлический алюминий, полученный раствор перед гидролизом смешивают с природным бишофитом в соотношении 0,9 0,1 0,1 0,9, 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 злектродов.

2. Способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий получение раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в соляной кислоте и гидролиз полученного раствора путем его электрохимической обработки, отличающийся тем, что при получении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5 10%-ную соляную кислоту, которую предварительно смешивают с природным бишофитом в соотношении 0,9 0,1 0,1 0,9, а в качестве алюминийсодержащего материала берут 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.

РИСУНКИ

Рисунок 1