СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОСИЛИКАТНОГО КОАГУЛЯНТА Российский патент 1997 года по МПК C01F7/74 

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и может быть использовано при получении коагулянтов, применяемых, например, для очистки питьевых и сточных вод.

Известен способ получения коагулянта на основе нефелинового концентрата [1] включающий его обработку 74-76 мас.-ной серной кислотой, выщелачивание полученной массы водой, фильтрацию полученной суспензии при температуре 100
105^oС с последующим получением твердого коагулянта. По этому способу получают продукт с содержанием Al₂O₃ 13,8 мас. и SiO₂ 0,2 мас. т. е. по существу получают гранулированный сульфат алюминия. Hедостатком этого способа является использование при его осуществлении высококонцентрированной серной кислоты и необходимость проведения процесса при повышенных температурах, что приводит к усложнению технологического процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения алюмосиликатного коагулянта, включающий обработку алюмосиликатсодержащего сырья 15 20 мас.-ной серной кислотой, при этом его обрабатывают смесью серной и фосфорной кислот при их весовом соотношении (97:3) (94:6) [2] Полученный после декантации раствор используют в качестве алюмосиликатного коагулянта. В отличие от вышеуказанных данный способ осуществляют по более простой технологии: он не требует энергетических затрат (процесс происходит при комнатной температуре), разложение нефелинсодержащего сырья происходит при более низких содержаниях кислот. Однако согласно данному способу получают слабоконцентрированный коагулянт (не более 20-40 г/л Al₂O₃, 49-51 г/л SiO₂), что сопряжено со значительными транспортными и эксплуатационными расходами при его использовании. Кроме того, полученный коагулянт необратимо гелирует через 15 20 дней.

Целью настоящего изобретения является повышение качества получаемого коагулянта за счет увеличения его срока годности при сохранении его высокой коагулирующей способности.

В основу предлагаемого изобретения положена задача разработки способа получения алюмосиликатного коагулянта, обладающего повышенным качеством.

Поставленная задача решена тем, что в способе получения алюмосиликатного коагулянта, включающем обработку алюмосиликатсодержащего сырья минеральной кислотой, согласно изобретению в качестве минеральной кислоты используют 6-14 мас.-ную серную кислоту и в полученный раствор вводят стабилизирующую добавку в количестве 0,05-1,0 г/л.

Рекомендуется в качестве минеральной кислоты дополнительно вводить соляную кислоту при массовом соотношении серной и соляной кислот (80:20) - (99:1) соответственно при общей концентрации кислот 6-14 мас.

Желательно после введения стабилизирующей добавки проводить концентрирование полученного раствора.

Рекомендуется при этом концентрирование проводить выпариванием при температуре 40-80^oС либо ультрафильтрацией.

Предлагаемый способ позволяет получить коагулянт с увеличенным сроком годности (не менее 3,5 мес.) при сохранении его высокой коагулирующей способности. Использование смеси серной и соляной кислот в вышеуказанных соотношениях позволяет расширить сырьевую базу при одновременном улучшении свойств коагулянта. Проведение такой операции как концентрирование после введения стабилизирующей добавки позволяет дополнительно увеличить срок годности полученного коагулянта (свыше 6 мес.) при сохранении его высокой коагулирующей способности, а также обеспечивает удобство и снижение затрат при его хранении и транспортировке. При этом осуществление предлагаемого способа упрощается за счет использования менее химически агрессивных серной кислоты или ее смеси с соляной кислотой при их массовом соотношении (80:20) (99: 1) (при общей концентрации кислот 6-14 мас. тогда как в прототипе концентрация кислоты составляет 15-20 мас.).

В предлагаемом способе в качестве сырья для получения коагулянта используют любое алюмосиликатсодержащее сырье, в том числе нефелиновый концентрат, хвосты апатитовой флотации или иные нефелинсодержащие минеральные материалы.

Обработку алюмосиликатсодержащего сырья проводят 6-14 мас.-ной серной или ее смесью с соляной кислотой. Используют смесь, содержащую серную и соляную кислоты при их следующем массовом соотношении (80:20) (99:1). При уменьшении общей концентрации кислот (менее 6 мас.) происходит желатинизация раствора за счет образования гидроксида алюминия. При превышении общей концентрации кислот (более 14 мас.) происходит ускоренная желатинизация продуктов реакции вследствие ускорения реакции поликонденсации кремнезема, что приводит к резкому снижению срока годности полученного коагулянта и потере его коагулянта и потере его коагулирующей способности. Если соотношение серной и соляной кислот будет меньше 80:20, то это приведет к ускоренной желатинизации полученного коагулянта и уменьшению его срока годности. Если соотношение серной и соляной кислот будет больше 99:1, то в этом случае никаких существенных улучшений свойств коагулянта по сравнению с коагулянтом, полученным при использовании только серной кислоты, не наблюдается.

В полученный после обработки минеральной кислотой раствор вводят стабилизирующие добавки в количестве 0,05-1,0 г/л. В качестве стабилизирующих добавок, в частности, можно использовать водорастворимые полимерные или поверхностно-активные вещества, такие как сополимеры акриловых кислот, неонолы, полидиметиламмонийхлориды, четвертичные аммониевые соли на основе водорастворимых полимеров, а также органические соединения, оказывающие значительное влияние на термодинамическую активность воды, такие как полифосфаты натрия или мочевина. При этом, если количество стабилизирующей добавки будет менее 0,05 г/л, срок годности полученного коагулянта будет менее 3,5 мес. после чего значительно ухудшается его коагулирующая способность. При увеличении концентрации стабилизирующей добавки выше 1,0 г/л срок годности коагулянта практически не увеличивается. Полученный после введения стабилизирующей добавки раствор алюмосиликатного коагулянта имеет следующую концентрацию по основным компонентам, мас. SiO₂ 3,4-3,6; Al₂O₃ 1,9-2,2. Он находится в виде раствора 2-2,5 мес. после чего гелирует, но при этом не теряет своей коагулирующей способности в течение 3,5 мес.

Стабилизированный раствор алюмосиликатного коагулянта рекомендуется дополнительно подвергать концентрированию любыми известными методами. Желательно в качестве таких методов использовать выпаривание при температуре 40-80^oС или проводить ультрафильтрацию, что позволяет увеличить концентрацию основных компонентов коагулянта до 10,5-11,0 мас. Al₂O₃, 18,5-20,1 мас. SiO₂ (порошкообразная форма, срок годности коагулянта свыше 6 мес.) или 5,2-7,2 мас. Al₂O₃, 9,3-11,8 мас. SiO₂ (гелевая форма, срок годности коагулянта не менее 6 мес.). Выпаривание коагулянта при температуре менее 40^oС значительно увеличивает продолжительность этого процесса без улучшения качества коагулянта. Увеличение температуры выпаривания выше 80^oС приводит к ухудшению качества коагулянта за счет ускорения процессов гидролиза.

Концентрирование путем выпаривания позволяет получить целевой продукт в форме геля или порошка.

Концентрирование путем ультрафильтрации позволяет получить целевой продукт в форме геля при меньших энергетических затратах, чем при использовании термообработки. Полученный в процессе ультрафильтрации пермеат (раствор можно использовать в качестве коагулянта.

Полученный концентрированный алюмосиликатный коагулянт, содержащий основные компоненты в количестве не менее 5,2 мас. Al₂O₃, 9,3 мас. SiO₂, легко диспергируется в водной среде независимо от того, находится ли он в форме геля или порошка, сохраняет пептизирующую способность при сроке хранения не менее 6 мес. При этом коагулянт проявляет высокую коагулирующую способность и может быть использован в технологии водоподготовки и водоочистки.

Сущьность предлагаемого способа получения алюмосиликатного коагулянта поясняется следующими примерами.

Пример 1.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. 400 г нефелинового концентрата, имеющего состав, мас. SiO₂ 45,0; Al₂O₃ 29,0; Fe₂O₃ 2,2; CaO 1,5; Na₂O 11,8; K₂O 7,2; TiO₂ 0,5; FeO 0,6; прочие 2, 2, смешивают 5000 мл 6 мас.-ной серной кислоты в течение 1 ч, затем нерастворенный остаток удаляют фильтрованием.

К 500 мл полученного раствора вводят в качестве стабилизирующей добавки 0,025 г неонола. Раствор полученного алюминосиликатного коагулянта содержит, г/л): SiO₂ 32,5; Al₂O₃ 18,5; Fe₂O₃ 1,4; CaO 1,0; Na₂O 9,8; K₂O 5,9; FeO 0,2. Затем раствор коагулянта выпаривают при температуре 40^oС до образования белого порошка с концентрацией основных компонентов, мас. SiO₂ 18,5; Al₂O₃ 10,5. Коагулирующую способность полученного коагулянта оценивают, обрабатывая 100 мл оборотной воды апатитовой флотации, содержащей 250 мг/л взвешенных частиц. Коагулянт добавляют до конечной концентрации взвешенных частиц в оборотной воде 800 мг/л. Расход коагулянта при этом составляет 0,6 г/л, что соответствует расходу окиси алюминия 60,5 мг/л. Срок годности коагулянта 7 мес.

Пример 2.

Предлагаемый способ осуществляют аналогично примеру 1, но при этом используют 14%-ную серную кислоту, в качестве стабилизирующей добавки используют 0,6 г/л полиакриламида, концентрирование полученного после обработки стабилизирующей добавкой раствора коагулянта не проводят. Этот раствор содержит основные компоненты в количестве, мас. SiO₂ 3,6; Al₂O₃ 2,1. Коагулирующую способность определяли аналогично примеру 1. Расход коагулянта при этом составляет 3 мл/л, что соответствует расходу окиси алюминия 61,5 мг/л. Срок годности коагулянта 3,5 мес.

Пример 3.

Предлагаемый способ осуществляют аналогично примеру 1, но при этом используют 9%-ную кислоту, а в качестве стабилизирующей добавки используют полидиметиламмонийхлорид в количестве 0,7 г/л и концентрирование проводят ультрафильтрацией с использованием мембраны УПМ-50 до образования концентрированного раствора, имеющего следующий состав по основным компонентам, мас. SiO₂ 10,3; Al₂O₃ 6,1. Пермеат содержит основные компоненты в количестве, мас. SiO₂ 0,19; Al₂O₃ 0,5. Расход коагулянта при обработке оборотной воды составляет 1 г/л, что соответствует расходу окиси алюминия 57 мг/л. Расход пермеата при обработке оборотной воды составляет 12 г/л. Срок годности коагулянта 6 мес.

Пример 4.

Предлагаемый способ осуществляют аналогично примеру 1, но при этом используют смесь серной и соляной кислот при их массовом соотношении 80:20 при общей концентрации кислот 6 мас. в качестве стабилизирующей добавки используют 0,3 г/л полиакриловой кислоты, концентрирование проводят выпариванием при температуре 80^oС до образования белого порошка, имеющего следующий состав по основным компонентам, мас. SiO₂ 19,1; Al₂O₃ 11,0. Расход коагулянта при обработке оборотной воды составляет 0,44 г/л, что соответствует расходу окиси алюминия 48 мг/л. Срок годности коагулянта 7,0 мес.

Пример 5.

Предлагаемый способ осуществляют аналогично примеру 1, но при этом используют в качестве алюмосиликатсодержащего сырья хвосты апатитовой флотации, имеющие состав, мас. SiO₂ 42,0; Al₂O₃; Al₂O₃ 22,0; Fe₂O₃ 4,0; CaO 6,5; Na₂O 10,2; K₂O 6,0; TiO₂ 2,5; FeO 2,6; P₂O₅ 1,5; прочие 2,7, а в качестве минеральной кислоты используют смесь серной и соляной кислот при их массовом соотношении 99:1 при общей концентрации кислот 14 мас. в качестве стабилизирующей добавки используют 1 г/л мочевины, концентрирование проводят выпариванием при температуре 60^oС до образования геля, имеющего следующий состав по основным компонентам, мас. SiO₂ 10,8; Al₂O₃ 6,2. Расход коагулянта при обработке оборотной воды составляет 0,7 г/л, что соответствует расходу окиси алюминия 45 мг/л. Срок годности коагулянта 6 мес.

Пример 6.

Предлагаемый способ осуществляют аналогично примеру 1, но при этом используют смесь серной и соляной кислот при их массовом соотношении 92:8 при общей концентрации кислот 11 мас. в качестве стабилизирующей добавки используют 0,3 г/л полифосфата натрия, концентрирование проводят ультрафильтрацией с использованием мембраны УПМ-50 до образования концентрированного раствора, имеющего следующий состав по основным компонентам, мас. SiO₂ 9,3; Al₂O₃ 5,2. Пермеат содержит основные компоненты в количестве, мас. SiO₂ 0,21; Al₂O₃ 0,6. Расход коагулянта при обработке оборотной воды составляет 1,1 г/л, что соответствует расходу окиси алюминия 55 мг/л. Расход пермеата при обработке оборотной воды составляет 11 г/л. Срок годности коагулянта 6 мес.

Использование: при получении алюмосиликатного коагулянта. Сущность: алюмосиликатное сырье обрабатывают 6-14 мас.% серной кислотой и в полученный раствор вводят стабилизирующую добавку в количестве 0,05-1,0 г/л. Серную кислоту можно брать с добавкой соляной кислоты при массовом соотношении серной и соляной кислот (80:20) - (99:1) соответственно при их общей концентрации 6-14 мас. %. В качестве стабилизирующей добавки используют водорастворимые или поверхностно-активные вещества, или полифосфат натрия, или мочевину. 5 з. п. ф-лы.

1. Способ получения алюмосиликатного коагулянта, включающий обработку алюмосиликатного сырья серной кислотой с получением раствора, отличающийся тем, что серную кислоту берут с концентрацией 6 14 мас. а в полученный раствор вводят стабилизирующую добавку в количестве 0,05 1,0 г/л. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке алюмосиликатного сырья серную кислоту берут с добавкой соляной кислоты при массовом соотношении серной и соляной кислот (80 20) (99 1) соответственно, при их общей концентрации 6 14 мас. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующей добавки используют водорастворимые полимерные или поверхностно-активные вещества, или полифосфат натрия, или мочевину. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что после введения стабилизирующей добавки в полученный раствор проводят его концентрирование. 5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что концентрирование проводят выпариванием при температуре 40 80^oС. 6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что концентрирование проводят ультрафильтрацией.