Способ получения основного хлорида алюминия

 

Изобретение предназначено для получения основного хлорида алюминия. Основной хлорид алюминия получают взаимодействием соляной кислоты с металлическим алюминием, взятым в молярном избытке. Металлический алюминий берут в виде алюминиевой крупки с размером частиц 0,1 - 10 мм. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам получения основного хлорида алюминия (ОХА), которые могут быть использованы в качестве коагулянтов для подготовки питьевой воды и очистки сточных вод.

При производстве ОХА из металлического алюминия в качестве сырья используют первичный алюминий в виде гранул, стружки, порошка. Известен способ получения ОХА из алюминиевого порошка по патенту ЧССР 214450, кл. C 01 F 7/56. Способ заключается в постепенном введении в раствор соляной кислоты водной суспензии порошкообразного металлического алюминия при непрерывном перемешивании. Реакцию проводят при температуре от 90^oC до температуры кипения реакционной смеси в течение 6 - 8 ч.

Наиболее близким аналогом является способ получения основного хлорида алюминия путем взаимодействия соляной кислоты с металлическим алюминием, взятом в мольном избытке (А.К.Запольский, А.А.Баран.Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. - Л.: Химия, Л.О., 1987, с. 86-87).

При осуществлении данного способа может возникнуть неуправляемый процесс энергичного взаимодействия незащищенной поверхности алюминия с водой с образованием гидроокиси алюминия с резким повышением температуры процесса и давления с возможным разрушением реакционного аппарата.

Чтобы снизить время проведения реакции и повысить безопасность ведения процесса, авторы предлагают загружать в реакционный аппарат соляную кислоту и на ее поверхность дозировать алюминиевую крупу с размером частиц от 0,1 до 1 мм. Таким образом, реакция взаимодействия алюминия с соляной кислотой протекает в избытке последней и неуправляемое взаимодействие активированного алюминия с водой исключается.

Неожиданно полезный результат получен путем подбора размера алюминиевой крупки. Специальными исследованиями было обнаружено, что поверхность алюминия активируется локально, на каждый частице в первоначальный момент взаимодействия с соляной кислотой, как правило, возникает один активный центр, где начинается реакция с выделением водорода, или несколько, но в одном из них процесс идет с большей скоростью выделения водорода.

Обнаружено, что при определенном размере частиц алюминия реактивной силы, возникающей при отрыве пузырька водорода, достаточно, чтобы частица начала движение в жидкой среде. При этом образующийся следующий пузырек водорода флотирует частичку к поверхности жидкой фазы и через некоторое время практически весь алюминий поднимается на поверхность и удерживается там до тех пор, пока протекает его взаимодействие с соляной кислотой. Температура в этой зоне повышается, и за счет разницы температур с основной массой жидкости производятся ее интенсивное перемешивание и сохранение эффективного отвода тепла реакции через рубашку реактора.

Таким образом, за счет концентрирования алюминия в верхней зоне реактора сокращается время реакции без ухудшения условий отвода тепла реакции, в то же время происходит саморегулирование скорости процесса: как только реакция прекращается, частичка алюминия "уходит" из зоны реакции, опускаясь в нижние слои жидкой фазы.

Описанный режим может быть реализован в том числе и при взаимодействии раствора хлористого алюминия с алюминиевым порошком, т.е. при загрузке в реактор необходимого для получения основного хлорида избытка алюминия. Для этого температура реакции должна быть повышена с комнатной до температуры кипения реакционной массы.

Пример 1 (для сравнения). В стеклянный круглодонный реактор, снабженный мешалкой, обратным холодильником, термометрами для замера температуры в жидкой, паровой фазах и на границе раздела фаз, загрузочным устройством разовой или дозированной загрузки алюминия загружали примерно 500 см³ 20%-ной соляной кислоты при температуре 24^oC и дозировали металлический алюминий в виде лома металлической стружки размером более 1 - 2 мм в количестве 0,15 г/мин из расчета завершения процесса растворения в течение трех часов. Реакция начиналась с индукционным периодом в 5 - 7 сек, алюминий весь находился в объеме кислоты и не успевал срабатываться полностью до следующей загрузки, накапливаясь в растворе. Отдельные частички размером менее 1 мм поднимались в слой пены на границу раздела фаз и там полностью растворялись.

Через некоторое время в результате накопления алюминия реакция ускорялась с резким повышением температуры и выбросом реакционной массы.

Пример 2. В реактор примера 1 и в условиях примера 1 загружали равномерно алюминиевую крупку (ТУ 48-5-38-78) следующего гранулометрического состава: Размер сита, мм - Остаток на сите, % 1 - 2 0,71 - 1,8 0,50 - 10,6 0,40 - 18,5 0,355 - 11,0 0,20 - 51,0 0,16 - 2,6 0,10 - 2,0
Менее 0,1 - 0,5
Итого - 100%
Загрузка, как и в примере 1, осуществлялась в количестве 0,15 г/мин из расчета завершения процесса за три часа. Реакция начинается практически без индукционного периода, температуру в зоне реакции поддерживали на уровне примерно 50^oC с подачей воды в рубашку реактора. Процесс проходил интенсивно, но без резкого вспенивания. Практически вся крупка находилась в зоне пены, если загрузка проводилась на поверхность. Отдельные крупные частицы растворялись в жидкой фазе и, достигая определенного размера, флотировались в слой пены. При загрузке крупки в слой жидкости крупка налипала на стенки загрузочного устройства, и равномерность подачи нарушалась. Происходило резкое вскипание раствора при обрушении крупки со стенок загрузочного устройства.

После подачи 50% крупки температуру подняли сначала до 60^oC, далее до 70^oC, затем до 80^oC и при этой температуре завершили загрузку крупки. Температуру подняли до кипения, реакция при этом полностью завершилась, о чем судили по прекращению выделения водорода.

Динамика процесса описанного примера представлена в таблице.

Полученный образец основного хлорида алюминия соответствовал следующим показателям: содержание основного хлорида алюминия в пересчете на Al₂O₃ - 10,1%; молярное соотношение Cl/Al = 1,98:1, что соответствует эмпирической формуле Al(OH)Cl₂.

Формула изобретения

1. Способ получения основного хлорида алюминия путем взаимодействия соляной кислоты с металлическим алюминием, взятом в молярном избытке, отличающийся тем, что металлический алюминий берут в виде алюминиевой крупки с размером частиц 0,1 - 1,0 мм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что загрузку алюминиевой крупки производят на поверхность слоя всплывших в результате флотации частиц алюминия.

РИСУНКИ

Рисунок 1