Способ получения реагента для очистки воды

Изобретение относится к технологии переработки природного сырья с получением реагента для очистки воды и его использованием в процессах очистки воды промышленного и хозяйственно-бытового происхождения. Способ получения реагента для очистки воды включает обработку гидроксида или оксида алюминия кислым титансодержащим реагентом. В качестве соединений титана используют сульфат или хлорид титана. Соотношение между титаном и алюминием берут в количестве 1:(2,0-7,0). В качестве катализатора добавляют серную кислоту 30-96% концентрации. Процесс проводят при нагревании до 80-90°С в течение 20-40 минут. Обеспечивается снижение содержания нерастворимой части и снижение энергозатрат. 10 пр.

 

Изобретение относится к технологии переработки природного сырья с получением реагента для очистки воды и его использованием в процессах очистки воды промышленного и хозяйственно-бытового происхождения.

Известны способы получения реагентов для очистки воды (коагулянтов) из бокситов, каолинов, глин и других минералов, содержащих алюминий, в процессе их обработки растворами серной или соляной кислоты различных концентраций (Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Л.: Химия, 1987, с. 48-79).

Недостатком данных способов является низкая концентрация соединений алюминия в растворе, а также проблемы с хранением растворов связи с их гелированием (полимеризацией кремниевых кислот).

Известен способ получения реагентов для очистки воды (коагулянтов) при обработке нефелинового концентрата растворами серной кислоты. Раствор самопроизвольно затвердевает и отправляется на дозревание (Равич Б.М., Окладников В.П. и др. Комплексное использование сырья и отходов - М.: Химия, 1988, 288 стр. стр. 178-182).

Недостатками способа являются высокое содержанием примесей непрореагировавшего кремнезема (сиштофа) в товарном продукте, высокой коррозионной активностью и низким содержанием активного компонента.

Известен способ получения реагентов для очистки воды (коагулянтов) в процессе обработки нефелиновой руды водными растворами серной или соляной кислотой, с получением сильно разбавленных растворов (Патент РФ 2039711 C02F 1/52 Захаров В.И.; Петрова В.И. дата публикации 20.07.1995).

Основными недостатками данного способа являются низкое содержание активного компонента в растворе, склонность растворов к гелированию, высокое содержание инертных примесей.

Известен способ получения реагента для очистки воды (коагулянтов) при обработке алунитов или бокситов серной кислотой (Арлюк Б.И., Лайнер Ю.А., Пивнев А.И. Комплексная переработка щелочного алюминийсодержащего сырья. Москва: Металлургия, 1994. 384 с.).

Существенным недостатком данного метода является низкая скорость процесса и высокие энергозатраты.

Известен способ получения реагента для очистки воды (коагулянтов) включающий обработку нефелинового концентрата водными растворами серной кислоты, отделение нерастворимой части, с последующим обезвоживаем упаркой под вакуумом ниже температуры кипения или диспергированием в газе теплоносителе (пат. РФ 2388693 от 10.05.2010 г.).

Недостатками указанного способа являются низкое содержание активного компонента, значительные энергозатраты на процесс сушки растворов и сложная аппаратурная схема производства.

Известен способ получения реагентов для очистки воды (коагулянтов) в процессе обработки нефелинового сырья разбавленной серной кислотой с последующим доукреплением растворов гидроксидом алюминия и серной кислотой до достижения плотности суспензии 1,3-1,4 кг/дм³ с самопроизвольной кристаллизацией продукта (Пат РФ №2588535).

Недостатком данного способа является низкая концентрация соединений алюминия в растворе, а также проблемы с хранением растворов связи с их гелированием (полимеризацией кремниевых кислот).

Известен способ получения реагентов для очистки воды (коагулянтов), включающий обработку нефелинового концентрата ((Na,K)₂O⋅Al₂O₃⋅2SiO₂) водным раствором серной кислоты при постоянном перемешивании с последующим обезвоживанием жидкой фазы, отличающийся тем, что берут 7-11% серную кислоту, перемешивание ведут в течение 30-40 минут, а обезвоживание проводят в шнековом реакторе при введении в раствор алюмокремниевого флокулянта-коагулянта гидроксида алюминия с одновременным перемешиванием и последующим доукреплением полученной суспензии концентрированной серной кислотой в количестве на 1-3% выше стехиометрического до достижения плотности суспензии 1,3-1,4 г/см3, с последующим самопроизвольным затвердеванием продукта (RU 2588535 Способ получения алюмокремниевого флокулянта).

Недостатком данного способа является высокое содержание нерастворимой фазы в товарном продукте, а также вторичное загрязнение воды в процессе обработки соединениями натрия и калия (повышение солевого фона).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является способ получения реагента для очистки воды, включающий обработку гидроксидов или оксидов металлов (железа, магния, алюминия и пр.) кислым титансодержащим раствором при соотношении Ti:Me=1:0,5-0,7 (Патент RU 2087425 С1 от 1997.08.20 Способ получения реагента для очистки воды и т.д.).

Основным недостатком предлагаемого способа является высокое содержание нерастворимой фракции (более 20%).

Задачей данного изобретения является разработка технологии получения реагента для очистки воды с пониженным содержанием нерастворимой части (менее 10%) и пониженными энергозатратами.

Поставленная задача решается способом получения реагента для очистки воды, включающим обработку гидроксида или оксида алюминия кислым титансодержащим реагентом, при этом в качестве соединений титана используют сульфат или хлорид титана, соотношение между титаном и алюминием берут в количестве 1:(2,0-7,0), в качестве катализатора добавляют серную кислоту 30-96% концентрации, а процесс обработки проводят при нагревании до 80-90°С в течение 20-40 минут.

Сущность предлагаемого способа проиллюстрирована следующими примерами

ПРИМЕР 1.

В 33% водный раствор тетрахлорида титана объемом 30 мл, вводят 15 граммов гидроксида алюминия (соотношение Ti:Al=1:2,0), нагревают раствор до 90°С, и добавляют по каплям в течение 20 минут 10,3 мл конц. серной кислоты (96%). По окончании процесса добавления серной кислоты отключают нагрев и перемешивание, а смесь охлаждают до комнатной температуры. При этом смесь самопроизвольно кристаллизуется за счет образование кристаллогидрата сульфата алюминия по реакции:

Al(ОН)₃+H₂SO₄+12H₂O=Al₂(SO₄)₃*18H₂O

Нерастворимая часть - 9,1%. Выход коагулянта - 64 граммов.

ПРИМЕР 2.

В 25% водный раствор тетрахлорида титана объемом 40 мл, вводят 25 граммов гидроксида алюминия (соотношение Ti:Al=1:3,5), нагревают раствор до 80°С, и добавляют по каплям в течение 30 минут 20,6 мл конц. серной кислоты (96%). По окончании процесса добавления серной кислоты отключают нагрев и перемешивание, а смесь охлаждают до комнатной температуры. При этом смесь самопроизвольно кристаллизуется за счет образование кристаллогидрата сульфата алюминия по реакции:

Al(ОН)₃+H₂SO₄+12H₂O=Al₂(SO₄)₃*18H₂O

Нерастворимая часть - 6,5%. Выход коагулянта - 105 граммов.

ПРИМЕР 3.

В 10% водный раствор тетрахлорида титана объемом 100 мл, вводят 45 граммов гидроксида алюминия (соотношение Ti:Al=1:7,0), нагревают раствор до 85°С, и добавляют по каплям в течение 40 минут 41,3 мл конц. серной кислоты (96%). По окончании процесса добавления серной кислоты отключают нагрев и перемешивание, а смесь охлаждают до комнатной температуры. При этом смесь самопроизвольно кристаллизуется за счет образование кристаллогидрата сульфата алюминия по реакции:

Al(ОН)₃+H₂SO₄+12H₂O=Al₂(SO₄)₃*18H₂O

Нерастворимая часть - 4,4%. Выход коагулянта - 189 граммов.

ПРИМЕР 4.

В 33% водный раствор тетрахлорида титана объемом 30 мл, вводят 10 граммов оксида алюминия (соотношение Ti:Al=1:2,0), нагревают раствор до 90°С, и добавляют по каплям в течение 20 минут 9,5 мл конц. серной кислоты (96%). По окончании процесса добавления серной кислоты отключают нагрев и перемешивание, а смесь охлаждают до комнатной температуры. При этом смесь самопроизвольно кристаллизуется за счет образование кристаллогидрата сульфата алюминия по реакции:

Al₂O₃+3H₂SO₄+15H₂O=Al₂(SO₄)₃*18H₂O

Нерастворимая часть - 9,5%. Выход коагулянта - 60,5 граммов.

ПРИМЕР 5.

В 7,1% водный раствор тетрахлорида титана объемом 140 мл, вводят 23,6 граммов оксида алюминия (соотношение Ti:Al=1:5,0), нагревают раствор до 85°С, и добавляют по каплям в течение 30 минут 31,5 мл конц. серной кислоты (96%). По окончании процесса добавления серной кислоты отключают нагрев и перемешивание, а смесь охлаждают до комнатной температуры. При этом смесь самопроизвольно кристаллизуется за счет образование кристаллогидрата сульфата алюминия по реакции:

Al₂O₃+3H₂SO₄+15H₂O=Al₂(SO₄)₃*18H₂O

Нерастворимая часть - 5,1%. Выход коагулянта - 217 граммов.

ПРИМЕР 6.

В 6,25% водный раствор тетрахлорида титана объемом 160 мл, вводят 33,5 граммов оксида алюминия (соотношение Ti:Al=1:7,0), нагревают раствор до 80°С, и добавляют по каплям в течение 40 минут 47,3 мл конц. серной кислоты (96%). По окончании процесса добавления серной кислоты отключают нагрев и перемешивание, а смесь охлаждают до комнатной температуры. При этом смесь самопроизвольно кристаллизуется за счет образования кристаллогидрата сульфата алюминия по реакции:

Al₂O₃+3H₂SO₄+15H₂O=Al₂(SO₄)₃*18H₂O

Нерастворимая часть - 4,1%. Выход коагулянта - 282 грамма.

ПРИМЕР 7.

В 10 мл безводного тетрахлорида титана объемом, вводят 15,1 грамма гидроксида алюминия (соотношение Ti:Al=1:2,0), нагревают раствор до 80°С, и добавляют по каплям в течение 40 минут 25 мл 40% серной кислоты. По окончании процесса добавления серной кислоты отключают нагрев и перемешивание, а смесь охлаждают до комнатной температуры. При этом смесь самопроизвольно кристаллизуется за счет образование кристаллогидрата сульфата алюминия по реакции:

Al₂O₃+3H₂SO₄+15H₂O=Al₂(SO₄)₃*18H₂O

Нерастворимая часть - 8,5%. Выход коагулянта - 64,3 грамма.

ПРИМЕР 8.

В 10 мл безводного тетрахлорида титана объемом, вводят 13,5 грамма оксида алюминия (соотношение Ti:Al=1:2,0), нагревают раствор до 90°С, и добавляют по каплям в течение 40 минут 55 мл 30% серной кислоты. По окончании процесса добавления серной кислоты отключают нагрев и перемешивание, а смесь охлаждают до комнатной температуры. При этом смесь самопроизвольно кристаллизуется за счет образование кристаллогидрата сульфата алюминия по реакции:

Al₂O₃+3H₂SO₄+15H₂O=Al₂(SO₄)₃*18H₂O

Нерастворимая часть - 6,8%. Выход коагулянта - 84,7 грамма.

ПРИМЕР 9.

В 20 мл 50%-масс. сульфата титана, вводят 13,25 грамма гидрооксида алюминия (соотношение Ti:Al=1:2,0), нагревают раствор до 90°С, и добавляют по каплям в течение 40 минут 10 мл 75% серной кислоты. По окончании процесса добавления серной кислоты отключают нагрев и перемешивание, а смесь охлаждают до комнатной температуры. При этом смесь самопроизвольно кристаллизуется за счет образование кристаллогидрата сульфата алюминия по реакции:

Al₂O₃+3H₂SO₄+15H₂O=Al₂(SO₄)₃*18H₂O

Нерастворимая часть - 9,5%. Выход коагулянта - 61,6 грамма.

ПРИМЕР 10.

В 20 мл 50%-масс. сульфата титана, вводят 15,2 грамма оксида алюминия (соотношение Ti:Al=1:3,0), нагревают раствор до 85°С, и добавляют по каплям в течение 40 минут 15 мл 60% серной кислоты. По окончании процесса добавления серной кислоты отключают нагрев и перемешивание, а смесь охлаждают до комнатной температуры. При этом смесь самопроизвольно кристаллизуется за счет образование кристаллогидрата сульфата алюминия по реакции:

Al₂O₃+3H₂SO₄+15H₂O=Al₂(SO₄)₃*18H₂O

Нерастворимая часть - 8,1%. Выход коагулянта - 69,3 грамма.

Из представленных примеров видно, что к основным достоинствам предлагаемого способа следует отнести, отсутствие необходимости сушки растворов (снижение энергозатрат), а также пониженное содержание нерастворимой части (менее 10%).

Результаты получены при использовании оборудования ЦКП им. Д.И. Менделеева.

Способ получения реагента для очистки воды, включающий обработку гидроксида или оксида алюминия кислым титансодержащим реагентом, отличающийся тем, что в качестве соединений титана используют сульфат или хлорид титана, соотношение между титаном и алюминием берут в количестве 1:(2,0-7,0), в качестве катализатора добавляют серную кислоту 30-96% концентрации, а процесс обработки проводят при нагревании до 80-90°С в течение 20-40 минут.