Способ получения сульфата алюминия модифицированного

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности к получению коагулянта на основе сульфата алюминия, применяемого в процессах водоподготовки и очистки сточных вод различного происхождения. Способ получения сульфата алюминия модифицированного включает подачу серной кислотой в суспензию гидроксида алюминия с разогревом реакционной смеси, введение затравки, выдержку реакционной смеси при 105-120°С и последующую кристаллизацию полученного плава. После подачи всего количества серной кислоты в реакционную смесь вводят затравку в виде водной суспензии угля фракцией менее 0,5 мм с соотношением Т:Ж=1:(2,0-4,0), при этом количество введенного угля в сульфате алюминия модифицированном составляет 2-5 мас.%. Изобретение позволяет получить сульфат алюминия, модифицированный в твердом виде, обладающий повышенной коагулирующей способностью. 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности к получению коагулянта на основе сульфата алюминия, применяемого в процессах водоподготовки и очистки сточных вод различного происхождения.

Известен ряд способов получения сульфата алюминия путем смешения водной пульпы гидроксида алюминия с серной кислотой с образованием плава при температуре 110-120°С, выдержки и кристаллизации охлажденного воздухом плава на движущейся поверхности - холодных вальцах [М.Е.Подик. "Технология минеральных солей". Т.1, Л., Химия, 1974. с.645] или прорезиненной ленте с температурой 83 - 85°С [Патент ФРГ №1146042, 1963].

Усовершенствованием известных способов является введение в готовый плав 2% мелкодисперсной затравки [Патент Франции №1220251, С 01 F 04.01.1960] или твердой пыли сульфата алюминия [Патент США №3011878, 1961] с последующей кристаллизацией на движущейся поверхности.

Результатом известных методов является получение традиционного сульфата алюминия, обладающего низкой коагулирующей способностью в холодный период года, следствием чего является повышенное содержание остаточного алюминия в очищенной воде. Введение затравки в готовый плав сульфата алюминия в количестве 2 мас.% с целью повышения скорости кристаллизации вызывает необходимость равномерного ее распределения в плаве, что увеличивает производственный цикл получения сульфата алюминия за счет дополнительного времени на усреднение плава перед кристаллизацией.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения кристаллогидрата сульфата алюминия, включающий репульпацию гидроксида алюминия в воде, смешение пульпы с серной кислотой с образованием плава, выдержку последнею при температуре 100-120°С для полного разложения гидроксида алюминия и введение к плав мелкодисперсной затравки с последующей кристаллизацией сульфата алюминия на смачиваемой водой движущейся поверхности [Патент РФ №2152356, С 01 F 7/74, 1998].

В качестве затравки используют кислую соль сульфата алюминия с мольным отношением Al₂О₃:Н₂SO₄ в диапазоне (2:1-1:1), содержащую 35-50% кристаллизационной воды. Кислую соль получают предварительной обработкой мелкодисперсного сульфата алюминия серной кислотой либо непосредственным введением в готовый плав серной кислоты, взятой в количестве 0,08-0,25 части на 100 частей плава, и мелкодисперсного сульфата алюминия, взятого в количестве 1-2 части на 100 частей плава. При втором способе введения в плав мелкодисперсной затравки необходимо на первой стадии вводить недостаток серной кислоты на величину необходимого количества ее для перевода мелкодисперсного сульфата алюминия в кислый.

Недостатком данного способа является сложность его осуществления в производственных условиях. Необходимо дополнительно проводить размол сульфата алюминия с целью получения мелкодисперсного продукта. При кристаллизации коагулянта на смачиваемой водой движущейся поверхности получаются крупные куски неправильной формы и пыление продукта незначительно. Одновременно требуется дополнительная стадия обработки его серной кислотой. Введение малых количеств кислоты и мелкодисперсного сульфата алюминия в готовый для кристаллизации плав требует дополнительного времени для усреднения плава, что увеличивает длительность процесса и снижает производительность установки. В результате получают традиционный сульфат алюминия, обладающий пониженной коагулирующей способностью в холодный период года, что приводит к увеличению дозы коагулянта и корректировке щелочного запаса очищаемой воды.

Перед изобретателями стояла задача - разработать способ получения коагулянта на основе сульфата алюминия в твердом виде, обладающего повышенной коагулирующей способностью с одновременным упрощением процесса.

Поставленная задача решается следующим образом. В способе получения коагулянта на основе сульфата алюминия, включающем подачу серной кислоты в суспензию гидроксида алюминия с разогревом реакционной смеси, введение затравки, выдержку реакционной смеси при 105-120°С и последующую кристаллизацию полученного плава, предлагается по изобретению после подачи всего количества серной кислоты в реакционною смесь вводить затравку в виде водной суспензии угля фракцией менее 0,5 мм в соотношении Т:Ж=1:(2,0-4,0). При этом количество введенного угля в сульфате алюминия модифицированном составляет 2-5 мас.%

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В химический реактор загружают гидроксид алюминия в виде суспензии, затем в реактор при постоянном перемешивании подают серную кислоту. В процессе смешивания серной кислоты с суспензией гидроксида алюминия происходит разогрев реакционной массы до температуры 105-120°С с образованием плава сульфата алюминия. После подачи всего количества серной кислоты в реакционную массу подают из смесителя водную суспензию угля фракцией менее 0,5 мм в соотношении Т:Ж=1:(2,0-4,0) в количестве от 2 до 5 мас.% на тонну готового продукта - сульфата алюминия модифицированного. После выдержки реакционной смеси при температуре 105-120°С, дополнительной корректировки и полного взаимодействия гидроксида алюминия с серной кислотой начинают кристаллизацию плава. В результате получают готовый продукт - сульфат алюминия модифицированный в виде кусков неправильной формы серого или темно-серого цвета.

Подача угля в виде водной суспензии необходима для насыщения пор угля водой, что предотвращает преждевременное загустевание плава в реакторе в процессе кристаллизации за счет сорбции воды порами угля. Одновременно исключается пыление в производственном помещении и возмещаются потери воды, испарившейся в результате взаимодействия гидроксида алюминия и серной кислоты при температуре 105-120°С. Суспензия, приготовленная из соотношения на одну весовую часть угля менее двух весовых частей воды представляет собой густую массу, трудно поддающуюся транспортированию. В то же время возникает необходимость дополнительной корректировки плава по основному веществу из-за недостаточного восполнения испарившейся воды.

Суспензия, приготовленная из соотношения на одну весовую часть угля более четырех весовых частей воды представляет собой хорошо подвижную водную суспензию плотностью 0,9 кг/дм³. Однако, вводя подобную суспензию в реактор, мы разбавляем плав, и для подачи его на кристаллизатор необходимо удалить избыток воды. Снижение содержания основного вещества в плане влечет за собой снижение температуры кристаллизации и уменьшение производительности установки за счет увеличения времени на охлаждение плава.

При введении в реакционную смесь затравки в виде водной суспензии угля фракции более 0,5 мм в случае применения коагулянта на станциях водоподготовки возможны осаждение угля в емкостном оборудовании, забивка дозирующих устройств с одновременным снижением концентрации угля в очищаемой жидкости. Преждевременный вывод угля из процесса очистки снижает эффект применения коагулянта за счет уменьшения сорбции мешающих примесей порами угля. Одновременно уголь фракции менее 0,5 мм служит замутнителем системы, является центрами ускорения гидролиза соединений алюминия, что повышает коагулирующую способность сульфата алюминия в холодный период года и снижает содержание остаточного алюминия в очищенной воде.

Добавка в состав сульфата алюминия модифицированного угля менее 2 мас.% является недостаточной для увеличения скорости кристаллизации плава и коагулирующей способности сульфата алюминия, что ведет к увеличению продолжительности процесса кристаллизации, недостаточному удалению примесей металлов и органики из очищаемой воды.

Введение более 5 мас.% угля в состав сульфата алюминия модифицированного уменьшает содержание основного вещества в готовом продукте с одновременным снижением температуры кристаллизации и производительности установки.

Отличием предлагаемого способа от прототипа является то, что в качестве затравки используют уголь фракций менее 0,5 мм в виде водной суспензии с соотношением Т:Ж=1:(2,0-4,0), которую вводят на стадии получения плава сульфата алюминия после введения всего количества серной кислоты. Количество вводимого угля составляет 2-5 мас.% на тонну готового продукта - сульфата алюминия модифицированного.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами.

Пример №1

В реактор, представляющий собой вертикальный цилиндрический аппарат с плоским днищем и крышкой из коррозионно-стойкой стали объемом 7,4 м³, из репульпатора при работающей мешалке загружают гидроксид алюминия в виде суспензии при соотношении Т:Ж=1:1. Количество загружаемого гидроксида алюминия составляет 2,0 т при влажности не более 12 мас.%. После перекачки всей суспензии начинают процесс сульфирования подачей 2 м³ серной кислоты плотностью 1824 кг/м³ и содержащей не менее 92% основного вещества. В процессе смешения серной кислоты с суспензией гидроксида алюминия происходит разогрев реакционной массы до 105-120°С с одновременным образованием сульфата алюминия. После введения всего количества серной кислоты в реакционную массу подают водную суспензию угля, имеющую плотность 900 кг/м³ и содержащую 250 кг угля и 750 кг воды (Т:Ж=1:3). После введения угля реакционная масса перемешивается до полного взаимодействия гидроксида алюминия с серной кислотой с одновременным усреднением угля по объему реактора. После окончательной корректировки плава сульфата алюминия модифицированного начинают процесс его кристаллизации. Продукт по внешнему виду представляет собой куски неправильной формы темно-серого цвета.

В результате получают 8 тонн готового продукта, содержащего, мас.%: Al₂О₃ - 15,1; угля - 3,4; нерастворимых в воде веществ - 0,46 и имеющего водородный показатель 3,46. Температура кристаллизации продукта 82°С.

Примеры №2-7 проведены по методике примера №1. Качество исходных реагентов при проведении опытов оставалось постоянным.

Определение коагулирующей способности полученных коагулянтов в сравнении с традиционным сульфатом алюминия проводили на воде реки Кама в лабораторных условиях при дозе коагулянтов 8 мг/дм³ основного вещества в пересчете на Al₂О₃. Полученные результаты представлены в таблице.

Технология получения сульфата алюминия модифицированного прошла опытно-промышленные испытания с наработкой 15 тонн товарного продукта в виде кристаллогидрата темно-серого цвета.

Сравнительная оценка коагулирующей способности сульфата алюминия модифицированного по отношению к сульфату алюминия по ГОСТ 12966-85, определение технологических режимов узла приготовления и дозирования реагентов, камеры хлопьеобразования и фильтров проведены на производственной установке УПВ-50 при расходе исходной воды на очистку в среднем 30 м³/час. Продолжительность испытаний составила 300 часов. Получены положительные результаты.

Очистка воды реки Кама коагулянтами, полученными по предлагаемому способу, в сравнении с традиционным сульфатом алюминия при температуре воды менее 5°С
№ п/п	Отношение Т:Ж	Фракция угля, мм	Температура кристаллизации, °С	Характеристика коагулянта	Очистка Н2O, доза Al2O3 - 8 мг/дм3	Примечание
Al2O3 мас.%	уголь мас.%	рН	мутность, иг/дм3	цветность, град.	рН	Fe, мг/дм3	Al, мг/дм3	окисляемость, мг O2/дм3
1	1:3	<0,500	82	14,6	3,4	3,46	0,20	10	7,3	0,06	0,15	4,4
2	1:3	<0,500	81	14,9	1,0	3,20	0,70	13	7,3	0,11	0,20	4,9
2	1:3	<0,500	80	13,6	5,5	3,50	0,80	10	7,2	0,12	0,25	4,6
4	1:3	<0,500	79	14,5	3,0	3,40	0,35	11	7,3	0,06	0,20	4,5
5	-	-	80	15,0	-	3,25	1,20	12	7,3	0,27	0,42	5,3
6*	1:2	<0,500	81	16,0	3,0	3,40	0,42	11	7,3	0,25	0,27	4,5
7*	1:4	<0,500	79	13,5	3,0	3,40	0,80	10	7,3	0,21	0,20	4,5
	2,7	53,0	7,9	0,71	отс.	10,7	Исходная вода
	1,5	20	6-9	0,30	0,2	5,0	Нормы Сан ПиН 2.1.4.1074-01
6* - водная суспензия угля транспортируется с трудом. 7* - снижена производительность за счет увеличения времени кристаллизации.

Способ получения сульфата алюминия модифицированного, включающий подачу серной кислотой в суспензию гидроксида алюминия с разогревом реакционной смеси, введение затравки, выдержку реакционной смеси при 105-120°С и последующую кристаллизацию полученного плава, отличающийся тем, что после подачи всего количества серной кислоты в реакционную смесь вводят затравку в виде водной суспензии угля фракцией менее 0,5 мм с соотношением Т:Ж=1:(2,0-4,0), при этом количество введенного угля в сульфате алюминия модифицированном составляет 2-5 мас.%.