Способ получения гидроксохлорсульфата алюминия

Изобретение может быть использовано при получении алюминиевого коагулянта, применяемого в области водоподготовки. Для получения гидроксохлорсульфата алюминия сернокислую соль алюминия в виде кристаллогидрата - сульфата алюминия Al2(SO4)3⋅18H2O или алюминиевых квасцов R2SO4⋅Al2(SO4)3⋅24H2O, где R - К или NH4+, обрабатывают газообразным аммиаком. Полученную реакционную массу подвергают водной обработке с образованием суспензии. Из суспензии выделяют осадок гидроксосульфата алюминия, который растворяют в 25-37% соляной кислоте при температуре 70-110°С в течение 0,5-2 ч с получением раствора гидроксохлорсульфата алюминия. Изобретение позволяет уменьшить число операций, снизить энергоемкость и объем материальных потоков, повысить извлечение алюминия в целевой продукт. 2 з.п. ф-лы, 4 пр.

 

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности, к получению гидроксохлоросульфата алюминия, являющегося эффективным реагентом, применяемым в качестве алюминиевого коагулянта в области водоподготовки, а также в других областях промышленности.

Существуют способы получения алюминиевых коагулянтов, содержащих в своем составе хлорид- и сульфат-ионы, заключающиеся в смешении хлоридных и сульфатных растворов алюминия. Более перспективным является непосредственное получение химического соединения - гидроксохлорсульфата алюминия. Однако эффективные способы получения такого соединения в настоящее время отсутствуют.

Известен способ получения гидроксохлорсульфата алюминия (см. пат. 2177908 РФ, МПК C01F 7/00, 7/60, 7/74 (2000.01), 2002), включающий обработку гидроксида алюминия серной кислотой при повышенной температуре с получением плава сульфата алюминия, который выдерживают при перемешивании и вводят в него раствор гидроксохлорида алюминия, полученный путем растворения металлического алюминия в растворе соляной кислоты и имеющий атомное отношение хлора Cl- к алюминию Al3+, равное 0,6-1,0. Полученную массу выдерживают при температуре 100-120°С и постоянном перемешивании с последующей кристаллизацией продукта в виде твердого гидроксохлорсульфата алюминия, представляющего смесь солей алюминия.

К недостаткам данного способа следует отнести необходимость использования раствора гидроксохлорида алюминия, который получают растворением металлического алюминия в соляной кислоте, что усложняет способ. Кроме того, получаемый гидроксохлорсульфат алюминия обладает ограниченной коагулирующей способностью из-за невысокого отношения в нем Cl-:Al3+, поскольку увеличение этого отношения путем введения большего количества раствора гидроксохлорида алюминия приводит к гидролизу гидроксохлорида алюминия и образованию осадка гидроксида алюминия.

Известен также принятый в качестве прототипа способ получения гидроксохлорсульфата алюминия (см. пат. 2102322 РФ, МПК C01F 7/56, (1995.01), 1998), включающий обработку водного раствора сульфата алюминия кальций- и хлорсодержащими реагентами при нагревании. Процесс ведут в две стадии. На первой стадии раствор сульфата алюминия, полученный путем растворения твердого сульфата алюминия при температуре 100-105°С, обрабатывают водной суспензией карбоната или гидроксида кальция при 90-100°С с получением реакционной массы, состоящей из раствора гидроксосульфата алюминия и твердого сульфата кальция. На второй стадии в реакционную массу вводят раствор хлорида кальция при 95-98°С с получением суспензии в виде раствора гидроксохлоросульфата алюминия и дополнительного количества сульфата кальция. Раствор хлорида кальция вводят в количестве, обеспечивающем молярное отношение Cl:SO4=1:0,02-0,4. Раствор гидроксохлоросульфата алюминия, являющийся целевым продуктом, отделяют фильтрацией, а осадок сульфата кальция подвергают водно-кислотной обработке, которую ведут при отношении Ж:Твл=1:1-1,5, температуре 90°С и рН среды 0,8-2,0 с отделением осадка и его промывкой на фильтре горячей водой.

К недостаткам известного способа следует отнести то, что он является многооперационным, энергоемким, так как все основные операции осуществляют при повышенной температуре, характеризуется значительным объемом материальных потоков, а также большим количеством твердых отходов, с которыми теряется часть алюминия.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в уменьшении числа операций, снижении энергоемкости способа и объема материальных потоков, а также в повышении извлечения алюминия в целевой продукт.

Технический результат достигается тем, что в способе получения гидроксохлорсульфата алюминия, включающем обработку сернокислой соли алюминия щелочным реагентом с получением гидроксосульфата алюминия, введение в него хлорид-иона при повышенной температуре с образованием гидроксохлорсульфата алюминия, согласно изобретению, сернокислую соль алюминия используют в виде кристаллогидрата, обработку соли ведут газообразным аммиаком, полученную реакционную массу подвергают водной обработке с образованием суспензии, из которой выделяют осадок гидроксосульфата алюминия, а введение хлорид-иона в него осуществляют путем растворения гидроксосульфата алюминия в 25-37% соляной кислоте при температуре 70-110°С в течение 0,5-2 часов.

Технический результат достигается также тем, что в качестве кристаллогидрата сернокислой соли алюминия используют сульфат алюминия Al2(SO4)3⋅18H2O или алюминиевые квасцы R2SO4⋅Al2(SO4)3⋅24H2O, где R-К или NH4+.

Технический результат достигается также и тем, что после выделения из суспензии гидроксосульфат алюминия подсушивают до остаточного содержания влаги не менее 30%.

При обработке сернокислой соли алюминия, взятой, например, в виде кристаллогидрата сульфата алюминия, газообразным аммиаком путем его пропускания через слой частиц соли протекает химическая реакция в соответствии с уравнением:

где x=0,07-0,19.

Полученную реакционную массу, состоящую из гидроксосульфата алюминия и сульфата аммония, подвергают водной обработке и из образовавшейся суспензии фильтрацией отделяют осадок нерастворимого гидроксосульфата алюминия. Отфильтрованный раствор обезвоживают с получением сульфата аммония, являющегося азотным удобрением. Если сернокислую соль алюминия берут в виде алюмокалиевых квасцов K2SO4⋅Al2(SO4)3⋅24H2O, то в результате обезвоживания раствора получают смесь сульфата аммония и сульфата калия, которая является азотно-калиевым удобрением. Осадок гидроксосульфата алюминия промывают на фильтре водой, которую используют для водной обработки следующих порций реакционной массы. Промытый осадок гидроксосульфата алюминия растворяют в 25-37% соляной кислоте при температуре 70-110°С в течение 0,5-2 часов с получением раствора гидроксохлорсульфата алюминия согласно уравнению:

где x=0,07-0,19, y=0,63-1,84.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Использование сернокислой соли алюминия в виде кристаллогидрата обусловлено тем, что в его составе содержится слабосвязанная вода в количестве, достаточном для протекания реакции гидролиза сернокислой соли алюминия под действием газообразного аммиака с образованием нерастворимого гидроксосульфата алюминия согласно уравнению (1).

Обработка соли алюминия газообразным аммиаком в режиме твердофазного взаимодействия приводит к образованию гидроксосульфата алюминия в малогидратированной хорошо фильтруемой форме и позволяет минимизировать количество воды при последующей водной обработке реакционной массы и промывке осадка гидроксосульфата алюминия, что способствует снижению объема материальных потоков.

Водная обработка полученной реакционной массы с образованием суспензии позволяет эффективно отделить осадок гидроксосульфата алюминия от раствора сульфата аммония. При этом осадок гидроксосульфата алюминия выделяется из суспензии в рентгеноаморфной форме, что обусловливает его высокую химическую активность по отношению к кислотам.

С учетом этого хлорид-ион может быть введен в гидроксосульфат алюминия путем его полного растворения в 25-37% соляной кислоте при температуре 70-110°С в течение 0,5-2 часов с получением раствора гидроксохлорсульфата алюминия. Это обеспечивает практически полное извлечение алюминия в целевой продукт.

Растворение гидроксосульфата алюминия в соляной кислоте с концентрацией менее 25% приводит к получению более разбавленных по Al2O3 растворов гидроксохлорсульфата алюминия и требует большего времени для полного растворения, а концентрация 37% является максимальной для производимой промышленностью соляной кислоты.

При температуре ниже 70°С и в течение менее 0,5 часа не достигается полного растворения гидроксосульфата алюминия, что приводит к неоправданному снижению извлечения алюминия в целевой продукт, а температура выше 110°С и продолжительность более 2 часов являются избыточными и повышают энергоемкость способа.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в уменьшении числа операций, снижении энергоемкости способа и объема материальных потоков, а также в повышении извлечения алюминия в целевой продукт.

В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие операции и режимные параметры.

Использование сульфата алюминия Al2(SO4)3⋅18H2O или алюминиевых квасцов R2SO4⋅Al2(SO4)3⋅24H2O, где R-К или NH4+, в качестве кристаллогидрата сернокислой соли алюминия обусловлено их широкой распространенностью и доступностью.

Подсушивание гидроксосульфата алюминия после его выделения из суспензии до остаточного содержания влаги не менее 30% позволяет повысить концентрацию по Al2O3 растворов гидроксохлорсульфата алюминия.

Подсушивание гидроксосульфата алюминия до остаточного содержания влаги менее 30% приводит к снижению его химической активности по отношению к кислотам и неполному растворению гидроксосульфата алюминия.

Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения уменьшения числа операций, снижения энергоемкости способа и объема материальных потоков, а также повышения извлечения алюминия в целевой продукт.

Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты более наглядно могут быть проиллюстрированы следующими примерами.

Пример 1. 500 г сульфата алюминия, взятого в виде кристаллогидрата Al2(SO4)3⋅18H2O, обрабатывают газообразным аммиаком NH3 путем его пропускания через слой кристаллов в течение 3 часов. Полученную реакционную массу в количестве 573 г подвергают обработке 600 мл воды при температуре 40°С в течение 15 минут. Образовавшуюся суспензию фильтруют (скорость фильтрации 1720 л/м2⋅час) с выделением осадка гидроксосульфата алюминия и получением 809,4 г раствора, содержащего 27% сульфата аммония (NH4)2SO4, который обезвоживают при температуре 115°С с получением 225,4 г сульфата аммония. Осадок гидроксосульфата алюминия 3 раза промывают водой порциями по 100 мл. Получают 363,6 г осадка гидроксосульфата алюминия (влажность 66%) с содержанием (на сухое), мас. %: Al2O3 - 61,94, SO42- - 4,97, что соответствует формуле Al(OH)2,86(SO4)0,07. Промывная вода может быть использована для водной обработки следующей порции реакционной массы для повышения концентрации раствора сульфата аммония.

Промытый осадок гидроксосульфата алюминия растворяют в 272,5 г 37% HCl при температуре 70°С в течение 0,5 часа. Полученный раствор гидроксохлорсульфата алюминия массой 636,1 г содержит, мас. %: Al2O3 - 12,03, Cl- - 15,40, SO42- - 1,59, что соответствует формуле Al(OH)1,02Cl1,84(SO4)0,07, отношение Cl-:Al3+=1,84, основность - 34%.

Пример 2. 500 г алюмокалиевых квасцов, взятых в виде кристаллогидрата K2SO4⋅Al2(SO4)3⋅24H2O, обрабатывают газообразным аммиаком по Примеру 1 в течение 1 часа. Полученную реакционную массу в количестве 546,9 г подвергают обработке 700 мл воды при температуре 40°С в течение 15 минут. Образовавшуюся суспензию фильтруют (скорость фильтрации 1750 л/м2⋅час) с выделением осадка гидроксосульфата алюминия и получением 983,9 г раствора, содержащего 15,8% сульфата аммония (NH4)2SO4 и 8% сульфата калия K2SO4, который обезвоживают при температуре 115°С с получением 243,9 г смеси сульфатов аммония и калия. Осадок гидроксосульфата алюминия 3 раза промывают водой порциями по 100 мл. Получают 263,1 г осадка гидроксосульфата алюминия (влажность 64%) с содержанием (на сухое), мас. %: Al2O3 - 56,81, SO42- - 20,32, что соответствует формуле Al(OH)2,62(SO4)0,19. Промывная вода может быть использована для водной обработки следующей порции реакционной массы для повышения концентрации раствора сульфатов аммония и калия.

Промытый осадок гидроксосульфата алюминия подсушивают при 75°С до остаточного содержания влаги 30%. Подсушенный осадок гидроксосульфата алюминия массой 135,3 г растворяют в 104 г 25% HCl при температуре 110°С в течение 2 часов. Полученный раствор гидроксохлорсульфата алюминия массой 239,3 г содержит, мас. %: Al2O3 - 24,08, Cl- - 10,56, SO42- - 8,61, что соответствует формуле Al(ОН)1,99Cl0,63(SO4)0,19, отношение Cl-:Al3+=0,63, основность - 66,3%.

Пример 3. 500 г алюмоаммониевых квасцов, взятых в виде кристаллогидрата (NH4)2SO4⋅Al2(SO4)3⋅24H2O, обрабатывают газообразным аммиаком по Примеру 1 в течение 2 часов. Полученную реакционную массу в количестве 551,8 г подвергают обработке 650 мл воды при температуре 40°С в течение 15 минут. Образовавшуюся суспензию фильтруют (скорость фильтрации 1750 л/м2⋅час) с выделением осадка гидроксосульфата алюминия и получением 838,1 г раствора, содержащего 24,7% сульфата аммония (NH4)2SO4, который обезвоживают при температуре 115°С с получением 213,7 г сульфата аммония. Осадок гидроксосульфата алюминия 3 раза промывают водой порциями по 100 мл. Получают 269,4 г осадка гидроксосульфата алюминия (влажность 65%) с содержанием (на сухое), мас. %: Al2O3 - 59,69, SO42- - 13,48, что соответствует формуле Al(OH)2,76(SO4)0,12. Промывная вода может быть использована для водной обработки следующей порции реакционной массы для повышения концентрации раствора сульфата аммония.

Промытый осадок гидроксосульфата алюминия подсушивают при 75°С до остаточного содержания влаги 50%. Подсушенный осадок гидроксосульфата алюминия массой 188,6 г растворяют в 151,1 г 32% HCl при температуре 90°С в течение 1 часа. Полученный раствор гидроксохлорсульфата алюминия массой 339,7 г содержит, мас. %: Al2O3 - 16,57, Cl- - 13,84, SO42- - 3,74, что соответствует формуле Al(ОН)1,57Cl1,19(SO4)0,12, отношение Cl-:Al3+=1,19, основность - 52,3%.

Пример 4. 500 г сульфата алюминия, взятого в виде кристаллогидрата Al2(SO4)3⋅18H2O, обрабатывают газообразным аммиаком по Примеру 1 в течение 1,5 часов. Полученную реакционную массу в количестве 568,9 г подвергают обработке 650 мл воды при температуре 40°С в течение 15 минут. Образовавшуюся суспензию фильтруют (скорость фильтрации 1760 л/м2⋅час) с выделением осадка гидроксосульфата алюминия и получением 854,8 г раствора, содержащего 24,6% сульфата аммония (NH4)2SO4, который обезвоживают при температуре 115°С с получением 219 г сульфата аммония. Осадок гидроксосульфата алюминия 3 раза промывают водой порциями по 100 мл. Получают 364,1 г осадка гидроксосульфата алюминия (влажность 64%) с содержанием (на сухое), мас. %: Al2O3 - 58,42, SO42- - 16,49, что соответствует формуле Al(OH)2,7(SO4)0,15. Промывная вода может быть использована для водной обработки следующей порции реакционной массы для повышения концентрации раствора сульфата аммония.

Промытый осадок гидроксосульфата алюминия массой 364,1 г подсушивают при 75°С до остаточного содержания влаги 40% Подсушенный осадок гидроксосульфата алюминия массой 218,5 г растворяют в 234,9 г 35% HCl при температуре 100°С в течение 1 часа. Полученный раствор гидроксохлорсульфата алюминия массой 453,4 г содержит, мас. %: Al2O3 - 16,89, Cl- - 17,64, SO42- - 4,77, что соответствует формуле Al(OH)1,2Cl1,5(SO4)0,15, отношение Cl-:Al3+=1,5, основность - 40%.

Из приведенных Примеров видно, что заявляемый способ получения гидроксохлорсульфата алюминия по сравнению с прототипом позволяет уменьшить число операций, снизить энергоемкость и объем материальных потоков, а также повысить извлечение алюминия в целевой продукт. Предлагаемый способ относительно прост и может быть реализован с привлечением стандартного технологического оборудования.

1. Способ получения гидроксохлорсульфата алюминия, включающий обработку сернокислой соли алюминия щелочным реагентом с получением гидроксосульфата алюминия, введение в него хлорид-иона при повышенной температуре с образованием гидроксохлорсульфата алюминия, отличающийся тем, что сернокислую соль алюминия используют в виде кристаллогидрата, обработку соли ведут газообразным аммиаком, полученную реакционную массу подвергают водной обработке с образованием суспензии, из которой выделяют осадок гидроксосульфата алюминия, а введение хлорид-иона в него осуществляют путем растворения гидроксосульфата алюминия в 25-37% соляной кислоте при температуре 70-110°С в течение 0,5-2 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кристаллогидрата сернокислой соли алюминия используют сульфат алюминия Al2(SO4)3⋅18H2O или алюминиевые квасцы R2SO4⋅Al2(SO4)3⋅24H2O, где R - К или NH4+.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после выделения из суспензии гидроксосульфат алюминия подсушивают до остаточного содержания влаги не менее 30%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области охраны окружающей среды. Предложен способ детоксикации водных сред, загрязненных оксидом графена.

Изобретение может быть использовано в охране окружающей среды при очистке хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Для осуществления способа используют предварительное приготовление биопрепарата в питательной среде с последующим введением сточных вод и биопрепарата в аэротенк.

Изобретение относится к области флотации и может использоваться для очистки водных растворов. Устройство электрофлотационной очистки водных растворов содержит корпус с камерой электрофлотации, блок электродов с источником электропитания, скребковый механизм, карман для флотошлама.

Изобретение относится к области производства гетерогенных катализаторов процессов жидкофазного окисления неорганических (сернистых, азотных, фосфорных и др.) и органических (ПАВ, фенолов, нефтепродуктов, органических аминов и др.) соединений кислородом воздуха.

Изобретение может быть использовано при добыче нефти, газа для промышленно-бытового потребления для опреснения морской воды, а также любой соленой или пластовой воды химическими реагентами.

Изобретение относится к области санитарной техники и может быть использовано при отведении сточных вод общесплавных систем водоотведения. Узел перераспределения стоков включает в себя бассейн канализования и дополнительный бассейн канализования, межбассейновую насосную станцию с подводящим трубопроводом и напорной линией, межбассейновый коллектор, выполненный с возможностью в самотечном режиме транспортировать воду из дополнительного бассейна канализования в бассейн канализования.

Изобретение относится к области экологии и охраны окружающей среды и может быть использовано для глубокой очистки концентрированных стоков предприятий пищевой промышленности, жидких отходов сельскохозяйственных предприятий, отходов химических, лесохимических, целлюлозно-бумажных производств, иловых осадков сточных вод, а также при утилизации органической составляющей твердых бытовых отходов при получения из них прокачиваемой насосами водяной пульпы.

Изобретение относится к кремнийорганическому полимеру, ингибирующему образование отложений, к полимерному продукту, а также к вариантам способа уменьшения образования кремнийсодержащих отложений в промышленном процессе.

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для обеззараживания и очистки водопроводной воды в жилых и/или общественных зданиях, показатель загрязненности которой по химической и бактериологической потребности кислорода ПЗ=(ХПК+БПК) превышает установленные Госсанэпиднадзором нормы для питьевой воды.

Изобретение может быть использовано в гальванотехнике при утилизации хромсодержащих стоков. Способ извлечения хрома (VI) из хромсодержащих растворов гальванических производств с получением малообводненного железо-хромсодержащего осадка включает введение в хромсодержащий раствор концентрированной серной кислоты в количестве 6-120 мл/л и измельченной стальной стружки в качестве восстановителя с последующей выдержкой до обесцвечивания раствора.

Группа изобретений может быть использована в технологии переработки алюмосиликатного сырья с получением алюмокремниевого гибридного реагента для применения в системах водоочистки и водоподготовки.

Изобретение может быть использовано для очистки воды хозяйственно-питьевого назначения, очистки промышленных сточных вод, для сгущения осадков. Способ получения алюминийсодержащего коагулянта включает взаимодействие гидроксида алюминия с серной кислотой, выдержку реакционной массы при температуре 120-125°С и кристаллизацию на охлажденной движущейся поверхности.
Изобретение относится к технологиям переработки алюмокремниевого сырья с получением алюмокремниевого флокулянта-коагулянта, с получением сухого продукта. Осуществляют обработку нефелинового концентрата ((Na,K)2O·Al2O3·2SiO2) водным раствором серной кислоты, при этом берут 7-11% серную кислоту, производят перемешивание в течение 30-40 минут.

Изобретение относится к области переработки отходов, в частности золошлаковых отходов ТЭЦ. Золу от сжигания углей помещают в реакционную зону, добавляют углеродный сорбент в количестве 10-25 кг на тонну золы.
Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности касается получения коагулянта-флокулянта, и может быть использовано при очистке природной воды и промышленных стоков.

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и может быть использовано при получении алюмокремниевого флокулянта-коагулянта, применяемого для очистки вод с различными типами загрязнений.

Изобретение относится к области переработки полезных ископаемых и может быть использовано при обогащении золошлаковых отходов, сырья техногенного характера, содержащего железо и алюминий.
Изобретение относится к технологии неорганических веществ и может быть использовано при получении кремнеземсодержащих растворов солей алюминия, применяемых в качестве коагулянтов-флокулянтов для очистки сточных и питьевых вод, а также осаждения твердых взвесей из минеральных суспензий при очистке больших объемов высокомутной воды.

Изобретение относится к химической промышленности и цветной металлургии и может быть использовано при получении сульфата алюминия в жидком виде. .
Изобретение относится к области химии. .

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения оксида алюминия из богатых алюминием материалов с интегрированной утилизацией СO2 включает измельчение и выщелачивание богатых Al материалов в соляной кислоте.

Изобретение может быть использовано при получении алюминиевого коагулянта, применяемого в области водоподготовки. Для получения гидроксохлорсульфата алюминия сернокислую соль алюминия в виде кристаллогидрата - сульфата алюминия Al23⋅18H2O или алюминиевых квасцов R2SO4⋅Al23⋅24H2O, где R - К или NH4+, обрабатывают газообразным аммиаком. Полученную реакционную массу подвергают водной обработке с образованием суспензии. Из суспензии выделяют осадок гидроксосульфата алюминия, который растворяют в 25-37 соляной кислоте при температуре 70-110°С в течение 0,5-2 ч с получением раствора гидроксохлорсульфата алюминия. Изобретение позволяет уменьшить число операций, снизить энергоемкость и объем материальных потоков, повысить извлечение алюминия в целевой продукт. 2 з.п. ф-лы, 4 пр.

Наверх