СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА АЛЮМИНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C01F7/74 

Изобретение относится к способам получения сульфата алюминия, имеющего широкое применение в качестве коагулянта в различных промышленных, технологических процессах, и может быть использовано в химической промышленности.

В качестве сырья для получения сульфата алюминия в настоящее время используют бокситы, каолины, глины, уголь, золы, а также различные алюминий содержащие соли, которые подвергают сернокислотной обработке /1/.

Известен способ получения основного сульфата алюминия обработкой высших алкоксидов алюминия серной кислотой при повышенной температуре /2/.

Недостатком указанных способов получения сульфата алюминия является дороговизна получаемого целевого продукта, так как для его производства используется специально добываемое сырье.

Наиболее близким к заявленному по назначению и совокупности существенных признаков является способ получения сульфата алюминия, включающий обработку отходов оксидов алюминия серной кислотой при повышенной температуре /3/.

Заявляемое изобретение решает задачу расширения сырьевой базы для получения сульфата алюминия.

Для решения указанной задачи в заявленном способе получения сульфата алюминия, включающем обработку материал, содержащего отработанный оксид алюминия, серной кислотой при повышенной температуре, в качестве материала, содержащего отработанный оксид алюминия, используют отработанный натриевый цеолит типа А, X, У общей формулы
Na₂O • AI₂O₃ • xSiO₂ • yH₂O, x число молей SiO₂
y число молей воды или его смесь с отработанным оксидом алюминия.

Все природные и большинство синтетических цеолитов представляют собой кристаллические алюмосиликаты, содержащие оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов, отличающиеся строго регулярной структурой пор, заполненных в обычных температурных условиях молекулами воды. Скелет цеолитов имеет каркасную структуру с относительно большими сотообразными полостями, которые сообщаются окнами малых размеров так, что все полости связаны между собой. В 1 г цеолита имеется около 3•10²⁰ полостей. Цеолиты применяются в качестве адсорбента в процессах осушки, очистки газов.

Наибольшее промышленное применение имеют кристаллические алюмосиликатные натриевые цеолиты типа А, X, Y общей формулы
Na₂O • AI₂O₃ • xSiO₂ • yH₂O, x число молей SiO₂,
y число молей воды.

Величина "X" определяет структуру и свойства цеолитов и имеет следующие значения: в цеолитах типа "А" близко к 2; в цеолитах типа "X" от 2,2 до 3; в цеолитах типа "Y" от 3,1 до 5,0; в синтетическом мордените до 10,0.

Величина "Y" определяет степень насыщения цеолита влагой. Она зависит от типа цеолита, условий его хранения /температуры, влажности окружающей среды/ и колеблется в широких пределах от 0 до 120. При использовании цеолитов в качестве осушителей для повышения их адсорбционной емкости по влаге их подвергают термической обработке с целью уменьшения значения "Y".

Оксид алюминия AI₂O₃ широко применяется в качестве катализатора в различных технологических процессах. В ее состав входит 80 - 99% AI₂O₃, возможны примеси Na₂O 0,1 0,6% SiO₂ 0,1 1,0%
В промышленных технологиях в качестве катализаторов и осушителей зачастую применяют и цеолиты, и оксид алюминия. Например, на Оренбургском ГПЗ для осушки природного и сжиженного газа, воздуха, очистки газа от меркаптановых соединений применяются цеолиты импортной поставки /Франция, Япония, Италия/ и отечественные /ТУ 38.10281-89, 51-291-86/, а в качестве катализатора в процессах получения газовой серы используют оксид алюминия по ТУ 6-68-130-91, 51-0158665-05-88 и др.

В используемых для производства сульфата алюминия отработанных цеолитах и оксиде алюминия поры и активные центры частично забиты /загрязнены/ продуктами разложения перерабатываемого сырья следами кокса, высокомолекулярных смол, углерода, серы, влагой, при этом компонентный состав самых цеолитов и оксида алюминия не изменяется. Отработанные цеолиты и оксид алюминия в настоящее время не находят применения и выбрасываются в отвал, загрязняя окружающую среду.

Заявляемый способ позволяет использовать отработанные цеолиты и оксид алюминия для получения сульфата алюминия нужного качества и дешевый, а также утилизировать отходы производства и уменьшить загрязнение окружающей среды промышленными отходами.

На чертеже показана лабораторная установка для реализации заявляемого способа получения сульфата алюминия.

Установка состоит из цилиндрического стеклянного реактора 1 высотой 300 мм, диаметров 25 мм. В верхней части реактора расположена трехгорловая насадка 2, штуцера которой предназначены для обратного водяного холодильника 3, барбатера 4 и глухой пробки 5. Нижняя часть реактора заканчивается двухходовым краном 6, а внешняя его сторона обустроена рубашкой 7. В схеме установки имеется термостат 8, змеевиковый теплообменник 9, воронка для фильтрования с пористой пластинкой 10, воронконагреватель 11, выпариватель-кристаллизатор 12 и лабораторный трансформатор 13.

Способ реализуют следующим образом.

Отработанный цеолит или его смесь с отработанным оксидом алюминия перед загрузкой в реактор 1 предварительно дробят и перетирают в порошок в фарфоровой ступке. Включают в работу термостат 8 с высокотемпературным теплоносителем /например, полиметилсилоксановой жидкостью ПМС-200А, глицерином/ по замкнутой схеме "термостат 8 рубашка 7 теплообменник 9 - термостат 8". Температуру в схеме циркуляции теплоносителя задают контактным термометром в термостате 8. По достижении заданной температуры в термостате и соответственно по всей схеме циркуляции теплоносителя в линию 1 подают воздух. Воздух, подогретый в теплообменнике 9, поступает в барбатер 4 и сбрасывается из системы реактора 1 через водяной холодильник 3. Открытием глухой пробки 5 через штуцер насадки 2 в реактор загружают последовательно расчетную часть дистиллированной воды /для образования суспензии/ и заданное количество порошкообразного отработанного цеолита или его смеси с отработанным оксидом алюминия.

После образования в реакторе устойчивой водной суспензии отработанного цеолита или его смеси с отработанным оксидом алюминия через штуцер 5 порционно /при помощи капельной воронки/ подают расчетное количество концентрированной серной кислоты.

Реакции получения сульфата алюминия из отработанного цеолита или его смеси с отработанным оксидом алюминия описываются формулами:
AI₂O₃ + 3H₂SO₄ AI₂(SO₄)₃ + H₂O
Na₂O • AI₂O₃ • xSiO₂ • yH₂O + 4H₂SO₄ Na₂SO₄ + AI₂(SO₄)₃ + SiO₂ + yH₂O,
где x число молей SiO₂,
Y число молей воды.

При завершении реакций I и II в заданных условиях реакционная масса через кран 6 выгружается в кристаллизатор 12, предварительно пройдя фильтр горячего титрования 10.

Полученный сульфат алюминия анализируют на содержание основного продукта согласно стандартным методикам.

В таблице представлены примеры получения сульфата алюминия из отработанных натриевых цеолитов или их смеси с отработанным оксидом алюминия по предлагаемому способу. В примерах использовались отработанные натриевые цеолиты типов:
Цеолит типа А общей формулы Na₂O • AI₂O₃ • 2SiO₂
Цеолит типа X общей формулы Na₂O • AI₂O₃ • 3SiO₂
Цеолит типа Y общей формулы Na₂O • AI₂O₃ • 5SiO₂ а также дистиллированная вода и серная кислота концентрированная.

Источники информации, в которых содержатся иведения об аналогах изобретения:
1. Лайнер Ю.А. Комплексная переработка алюминийсодержащего сырья кислотными способами. М. Науука 1982. 208 с.

2. Авторское свидетельство СССР N 647253, кл. C 01 F 7/74, 1977.

3. Патент США N 4337288, кл/ C 01 F 7/74, опубл. 1982 г.

Использование: в способе получения сульфата алюминия. Сущность: отработанный натриевый цеолит типа А, X, У общей формулы Na₂O • AI₂O₃ • SiO₂ • yH₂O, где x - число молей, SiO₂, y - число молей H₂O, или его смесь с отработанным оксидом алюминия обрабатывает серной кислотой при повышенной температуре. 1 табл., 1 ил.

Способ получения сульфата алюминия, включающий обработку материала, содержащего отработанный оксид алюминия, серной кислотой при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве материала, содержащего отработанный оксид алюминия, используют отработанный натриевый цеолит типа А,Х,У общей формулы
Na₂O • Al₂O₃ • x SiO₂ • y H₂O
где х число молей SiO₂;
у число молей H₂O,
или его смесь с отработанным оксидом алюминия.