Способ получения коагулянта - гидроксосульфата алюминия

 

Использование : в технологии неорганических веществ, в частности при получении коагулянта-гидроксосульфата алюминия, применяемого в процессах водоподготовки, очистки сточных вод и растворов, а также в других отраслях промышленности. Сущность: водный раствор сульфата алюминия обрабатывают гидроксидом или карбонатом кальция при нагревании при температуре 90-100^oC в течение 1-3 ч. Сульфат алюминия, карбонат или гидроксид кальция дозируют в количестве, обеспечивающем получение целевого продукта с основностью 33-66,6 мас. %. Гидроксид или карбонат кальция используют в виде водной суспензии с массовым соотношением Ж:Т в пределах 1,5 - 2.75:1,0. Образующийся осадок сульфата кальция подвергают водно-кислотной обработке в течение 0,5-1 ч при массовом отношении Ж:Твл. в пределах 1,5 - 1,0:1,0 и pH среды 0,8-2,0 с получением промывных вод. Последние подают на приготовление исходных реагентов и на водно-кислотную обработку осадка сульфата кальция. 2 з.п. ф-лы.

Предлагаемое изобретение относится к технологии неогранических веществ, в частности к получению коагулянта гидроксосульфата алюминия, применяемого в процессах водоподготовки, очистки сточных вод и растворов, а также в других отраслях промышленности.

Известен способ получения гидроксохлорсульфата алюминия общей формулы [Al_n(OH)_3n-m-2pCl_m(SO₄)_p] _z, где z > 1; p= (0,04-0,25)n; m/p 8-35, а 3n-m-2p/3n лежит в интервале 0,4-0,7, состоящий в том, что предварительно нагретые до температуры 80-120^oC водные растворы гидроксохлорида и гидроксосульфата алюминия подвергают взаимодйствию друг с другом, при этом реагенты дозируют в количестве, обеспечивающем получение целевого продукта, соответствующего указанной брутто-формуле [1] К недостаткам способа следует отнести необходимость предварительного получения гидроксосолей и высокую температуру в процессе синтеза целевого продукта.

Наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения устойчивого гидроксосудьфата алюминия по крайней мере с двумя соединениями, выбранными, с одной стороны, из группы, содержащей карбонат или бикарбонат щелочного металла или аммония и, с другой стороны, из группы, содержащей оксид, гидроксид или карбонат магния [2] Недостатком этого способа является его многостадийность, а также содержание в целевом продукте в качестве примесей соединений щелочного металла или аммония и магния.

Настоящее изобретение позволяет исключить указанные недостатки и получить целевой продукт в форме, удобной для дальнейшего использования в процессах водоподготовки.

Сущность изобретения состоит в том, что способ получения коагулянта - гидроксосульфата алюминия включает обработку среднего сульфата аллюминия в водном растворе гидроксидом кальция или карбонатом кальция в одну стадию с последующим отделением раствора гидроксосульфата алюминия от осадка сульфата кальция. При этом сульфат алюминия, гидроксид или карбонат кальция вводят в количестве, обеспечивающем получение раствора целевого продукта с основностью 33-66,6 мас.

Осадок сульфата кальция подвергают водно-кислотной обработке в течение 0,5-1 ч при массовом соотношении Ж:Т в пределах 1,5:1,0 1,0:1,0 и pH среды 0.8-2. Промывание воды возвращают на приготовление исходного раствора сульфата алюминия и на стадию водно-кислотной обработки осадка сульфата кальция.

Процесс ведут при нагревании, при этом водный раствор сульфата алюминия обрабатывают кальцийсодержащим реагентом при pH среды реакционной массы 2-4,5. Последний используют в виде водной суспензии либо гидроксида кальция (известкового молока), либо карбоната кальция с массовым соотношением Ж:Т в пределах 1,25 2,75:1,0.

Соблюдение заявляемых параметров процесса обеспечивает получение в процессе синтеза осадка сульфата кальция в хорошо фильтрующейся и легко отмываемой от целевого продукта форме.

Водно-кислотная обработка осадка сульфата кальция позволяет сократить потери с ним алюминия, вводимого в технологический цикл.

Способ по настоящему изобретению реализуют следующим образом.

В водный раствор сульфата алюминия, получаемый либо растворением твердого сульфата алюминия-плава в воде или промывных (оборотных) водах, либо сернокислотным растворением гидроксида алюминия, с содержанием 6-10 мас. Al₂O₃, при температуре 90-100^oC с регулируемой скоростью в течение 1-3 ч вводят водную суспензию карбоната или гидроксида кальция с массовым соотношением Ж: Т 1,5 2,75 1,0 до конечной величины pH среды реакционной массы 2-4,5. Реагенты дозируют в количестве, обеспечивающем получение целевого продукта-гидроксосульфата алюминия с основностью 33-66 мас. Процесс может быть описан следующими суммарными уравнениями: Al₂(SO₄)₃ + (3-a)CaCO₃ + (3-a)H₂O Al₂(OH)_6-2a(SO₄)_a + (3-а)CaSO₄ + (3-a)CO₂ + (3-a)H₂O (1) Al₂(SO₄)₃ + (3-a)Ca(OH)₂ Al₂(OH)_6-2a(SO₄)_a + (3-a)CaSO₄ + (3-a)H₂O (2) где "а" принимает значение в интервале 1-2.

Получаемую по (1) или (2) реакционную массу выдерживают при температуре синтеза в течение 0,5-1 ч, а затем фильтруют без промывки осадка сульфата кальция на фильтре во избежания гидролиза гидроксосульфата алюминия и, соответственно, потерь с осадком алюминия. Получаемый фильтрат является целевым продуктом водным раствором гидроксосульфата алюминия. Осадок сульфата кальция с фильтра подвергают водно-кислотной обработке. Последнюю осуществляют в течение 0,5-1 ч путем его репульпации в промывных водах с добавлением серной кислоты до pH среды 0,8 2 при температуре 80-90^oC. Осадок отфильтровывают и промывают на фильтре водой. Фильтрат с промывной водой (промывные воды) возвращают в процесс синтеза коагулянта (на приготовление исходных реагентов и на водно-кислотную обработку осадка сульфата кальция).

Повышение массового соотношения Ж:Т водной суспензии кальцийсодержащего реагента выше верхнего предела приводит к получению разбавленных растворов целевого продукта; понижение ниже нижнего к загустеванию реакционной массы, ухудшению фильтруемости ее.

Уменьшение продолжительности процесса ниже предела приводит к получению плохофильтрующихся осадков сульфата кальция.

Проведение водно-кислотной обработки осадка сульфата кальция при pH 0,8-2 обеспечивает снижение содержания алюминия в сульфате кальция до 0,8-1,2 мас. Al₂O₃, что позволяет в 2,5 раза уменьшить потери алюминия по сравнению с необработанным осадком. Проведение обработки при pH среды ниже нижнего предела не дает дополнительного эффекта, а повышение не обеспечивает отмывку осадка.

Уменьшение количества жидкой фазы в суспензии при водно-кислотной обработке затрудняет отмывку, особенно в области повышенных значений pH среды; повышение же экономически нецелесообразно.

Ниже приводятся примеры реализации предлагаемого способа получения коагулянта на основе гидроксосульфата алюминия.

Пример 1.

А. Водный раствор сульфата алюминия готовят, растворяя при 100-105^oC 178,5 г. сульфата алюминия-плава с содержанием 14,5 мас. Al₂O₃ в 0,05 л воды. В полученный раствор с содержанием 11,3 мас. Al₂O₃ затем при перемешивании и температуре 95^oC медленно, небольшими порциями в течение 1,5 ч вносят 136,5 г водной супензии гидроксида кальция с Ж:Т 2,75:1,0 и массовым содержанием 20,8 в пересчете на CaO до pH среды реакционной масс 3,8.

Гидроксид кальция дозируют из расчета получения целевого продукта с основностью 66,6 мас.

Полученную реакционную массу выдерживают при перемешивании и температуре 95^oC в течение 0,5 ч. Затем реакционную массу с конечной величиной pH среды 3,8-4 фильтруют на вакуумной воронке со средней скоростью фильтрования по фильтрату 2 мл/см²·мин, получая 115 г влажного осадка сульфата кальция с содержанием 4,9 мас. Al₂O₃ и 0,23 л фильтрата - водного раствора гидроксосульфата алюминия, который является целевым продуктом и содержит 8,4 мас. Al₂O₃. Молярное соотношение Al:OH в нем составляет 1,0:1,94, а Al:SO₄ 1,0: 0,53.

Брутто-формула полученного коагулянта Al₂(OH)_3,88(SO₄)_1,06; основность продукта 64,7 мас.

Водно-кислотную обработку осадка сульфата кальция осуществляют, перенося его в реактор, куда предварительно вводят 0,08 л фильтрата после водно-кислотной обработки осадка от предыдущего опыта, содержащего (г/л): 37,5 Al₂O₃; 125 SO₄; 1,5 Ca и дополнительно воду до получения суспензии с массовым отношением Ж: Т_вл. 1,5:1,0. Последнюю нагревают до 80^oC и при перемешивании приливают 0,03 л 46,5% серной кислоты до pH среды 1,2 и после выдержки в течение 30 мин фильтруют со средней скоростью по фильтрату 3,8 мл/см².мин; осадок на фильтре промывают 0,035 л горячей воды, получая 0,22 л фильтрата и промывных вод с содержанием (г/л): 33,3 Al₂O₃; 178 SO₄; 1,9 Ca и 83 г влажного осадка сульфата кальция, содержащего 1,2 мас. Al₂O₃.

Потери алюминия с осадком составил 3,8 мас. от введенного с сульфатом алюминия.

Промывные воды после водно-кислотной обработки осадка используют в последующих примерах, вводя их на приготовление исходного раствора сульфата алюминия и на водно-кислотную обработку осадка сульфата кальция.

В. Аналогичный результат получают, используя водную суспензию карбоната кальция с массовым соотношением Ж:Т 1,5:1. Последнюю дозируют в течение 3 ч из расчета получения целевого продукта с основностью 33,3 мас.

Пример 2.

А. Поступают как в примере 1, но на растворение 178,5 г сульфата алюминия-плава берут 0,08 л промывных вод (фильтрата) после водно-кислотной обработки осадка сульфата кальция предыдущего опыта (пример 1), вводя с ним 1,6 г Al₂O₃ и 14,2 г SO₄. Получают исходный раствор сульфата алюминия с содержанием 9,9 мас. Al₂O₃.

В приготовленный таким образом водный раствор сульфата алюминия при температуре 90^oC медленно, в течение 2 ч небольшими порциями вносят 113,4 г водной суспензии карбоната кальция с Ж:Т 1,25:1,0 и массовым содержанием 23,1 мас. в пересчете на CaO до pH среды реакционной массы 3,7.

Карбонат кальция дозируют из расчета получения целевого продукта с основностью 50 мас.

Реакционную массу выдерживают при перемешивании и температуре 90^oC в течение 1 ч и с pH среды около 4 фильтруют на вакуумной воронке со средней скоростью по фильтрату 3,4 мл/см²·мин.

Получают 105 г влажного осадка сульфата кальция с содержанием 4,2 мас. Al₂O₃ и 0,19 л фильтрата водного раствора гидроксосульфата алюминия, являющегося целевым продуктом, с содержанием 10,1 мас. Al₂O₃. Молярное соотношение Al:OH в нем составляет 1,0:1,49, а Al:SO₄ 1,0:0,755.

Брутто-формула полученного коагулянта Al₂(OH)_2,98(SO₄)_1,51; основность продукта 49,7 мас.

Водно-кислотную обработку осадка сульфата кальция осуществляют, репульпируя его в 0,14 л промывных вод (фильтрата) после аналогичной обработки осадка в предыдущем примере. Вводят дополнительно воду, и полученную суспензию с Ж:T_вл. 1,3:1,0 нагревают до 90^oC, вводят 0,3 л 46,5% серной кислоты до pH 0,8-0,9 и после выдержки в течение 30 мин фильтруют со средней скоростью по фильтрату 4,1 мл/см²·мин.

Осадок сульфата кальция промывают на фильтре 0,035 л горячей воды, получая 0,15 л фильтрата и промывных вод с содержанием (г/л): 35,7 Al₂O₃; 1,4 Ca и 87 г влажного осадка сульфата кальция с содержанием 0,9 мас. Al₂O₃.

Потери алюминия с осадком составили 3 мас. от введенного с сульфатом алюминия.

Промывные воды после водно-кислотной обработки осадка сульфата кальция подают на приготовление исходных реагентов и на водно-кислотную обработку осадка сульфата кальция в последующих опытах.

В. Аналогичный результат получают, используя водную суспензию гидроксида кальция с массовым соотношением Ж:Т 2:1. Последнюю дозируют в течение 1,75 ч из расчета получения целевого продукта с основностью 41,7 мас.

Источники информации.

1. Пат. ФРГ N 3338624, МКИ С O1 F 7/68, 1984.

2. Пат. Франции N 2563513, МКИ С O1 F 7/74, 1985г. прототип.

Формула изобретения

1. Способ получения коагулянта гидроксосульфата алюминия, включающий обработку водного раствора сульфата алюминия карбонат- или гидроксидсодержащим соединением с последующим отделением раствора гидроксосульфата алюминия от полученного осадка, отличающийся тем, что при обработке водного раствора сульфата алюминия в качестве карбонат-или гидроксидсодержащего соединения используют гидроксид или карбонат кальция с получением осадка сульфата кальция, обработку ведут при нагревании, при этом сульфат алюминия, гидроксид или карбонат кальция берут в количестве, обеспечивающем получение раствора гидроксосульфата алюминия с основностью 33,0 66,6 мас.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осадок сульфата кальция подвергают водно-кислотной обработке в течение 0,5 1,0 ч при массовом соотношении Ж Т_вл в пределах 1,5 1,0 1,0 и рН среды 0,8 - 2,0 с получением промывных вод.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что полученные промывные воды используют при приготовлении водного раствора сульфата алюминия и при водно-кислотной обработке осадка сульфата кальция.