СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОАГУЛЯНТА Российский патент 1997 года по МПК C02F1/46 

Изобретение относится к получению коагулянтов и может быть использовано для процессов очистки сточных вод преимущественно предприятий, чьи стоки содержат сульфиды, например, предприятий кожевенной промышленности.

Известен способ получения раствора коагулянта хлорида железа [1] взаимодействием железной стружки с хлорной водой. При этом протекают следующие реакции
Cl₂ + H₂O HCl+HClO
Fe + 2HCl FeCl₂ + H₂
2FeCl₂ + HCl + HClO 2FeCl₃ + H₂O
В результате получают раствор трехвалентного хлорида железа. Указанная технология обладает рядом недостатков, а именно: низкая скорость получения коагулянта, низкая его концентрация, использование высокотоксичного реагента
хлора, получение в результате монокоагулянта, как известно, монокоагулянты обладают более низкой эффективностью, чем смесь коагулянтов, кроме того, для реализации технологии требуется специальное сложное оборудование.

Известен способ получения раствора коагулянта хлорида железа [2] путем анодного растворения металлического железа (стали и чугуна), где в качестве электролита использован раствор хлорида натрия. При плотности тока 0,5 А/см² растворение чугунных анодов протекает с преимущественным образованием ионов трехвалентного железа. Концентрация хлорного железа в конечном продукте 15,8 г/л, хлористого железа 2,9 г/л. Технология обладает следующими недостатками: получаемый в результате продукт является монокоагулянтом, обладает недостаточно высокой концентрацией, технология неудобна при осуществлении, а именно, образующийся в процессе реакции шлам гидроокиси железа заполняет межэлектродное пространство, препятствует нормальному прохождению стоков, для нормальной работы очистных сооружений требуется частая (ежесуточная) чистка электродов, что само по себе является трудоемкой операцией.

Известен способ очистки сточных вод [3] от шестивалентного хрома. В сточных водах кожевенных заводов, использующих старые технологии дубления с применением хромпика, а также в стоках гальванических производств, применяющих хромирование поверхностей, присутствует шестивалентный хром, который удаляется из стоков коагулянтом, получаемым путем электрохимического растворения железа в растворе хлорида натрия и последующего концентрирования его ультрафильтрацией. Технология обладает всеми недостатками, присущими способу [2] и кроме этого: получаемый в результате продукт является коагулянтом, состоящим из соединений двухвалентного железа, что необходимо для стоков, содержащих шестивалентный хром, и менее эффективно для стоков, содержащих сульфиды.

Известен способ получения коагулянта [4] путем смешивания растворов сернокислого алюминия и хлорного железа в определенном соотношении. Полученный раствор смешанный алюминиево-железный коагулянт. Технология обладает существенным недостатком: получаемый продукт при смешивании со сточными водами вносит в них эквивалентное железу и алюминию количество анионов, повышая их концентрацию в воде, и, кроме того, используемый реагент хлорное железо является дефицитным продуктом.

Известен способ получения смешанного коагулянта [5] из сульфатов алюминия и железа с использованием высокожелезистых гиббситовых бокситов. Боксит обрабатывают 60%-ным раствором серной кислоты в количестве 90% от стехиометрического при температуре 100 150^oC в течение 1 2 ч. Полученную пульпу подвергают грануляционной сушке при 150 200^oC или кристаллизации на столах кристаллизаторах с получением кускового продукта. Технология обладает рядом недостатков. Использование концентрированной серной кислоты при очень высоких температурах обусловливает применение сложного, энергоемкого, корозионностойкого и, как следствие, очень дорогого оборудования. Технология неблагополучна с экологической точки зрения для обслуживающего персонала и окружающей среды. Используемое сырье высокожелезистые гиббситовые бокситы, привязывают технологию к своим месторождениям, т.к. оно не является достаточно распространенным в природе, а транспортировка на большие расстояния удорожает процесс, следовательно, можно сказать, что способ ограничен в применении с сырьевой точки зрения.

Наиболее близким из известных является способ получения коагулянта [6] заключающийся в растворении металлического железа в водном растворе хлорида алюминия концентрации 10 15 мас. (что соответствует 60 90 г/л в пересчете на Al₂O₃) при 80 90^oC в течение 0,4 0,5 ч. и последующем электрохимическом окислении двухвалентного железа в трехвалентное при плотности тока 4 8 А/дм² в течение 2,5 3,5 ч. Полученный раствор - смешанный алюминиево-железный коагулянт, содержащий трехвалентное железо. Способ обладает следующими недостатками. Низкая скорость растворения железа, высокие энергозатраты, необходимость предварительного подогрева жидкости, недостаточно высокая концентрация коагулянта.

Предлагаемый способ получения коагулянта позволяет получать по недлительной, менее энергоемкой технологии высокоактивный коагулянт с высокой концентрацией.

Сущность предлагаемого способа получения коагулянта заключается в электрохимическом растворении металлического железа в водном растворе средней или низкоосновной соли алюминия концентрации 40 210 г/л в пересчете на Al₂O₃ при 70 80^oC и плотности тока 9 25 А/дм² и окислении, которое происходит продувкой раствора газообразным хлором или продувкой воздухом.

Отличительными признаками являются: растворение железа электрохимически в водном растворе основной соли алюминия концентрации 40 210 г/л в пересчете на Al₂O₃, при 70 80^oC и плотности тока 9 25 А/дм², а окисление происходит продувкой раствора газообразным хлором или продувкой воздухом, причем растворение железа в растворе основной соли алюминия, содержащей сульфат-ион, происходит при концентрации 40 100 г/л в пересчете на Al₂O₃, а растворение железа в растворе основной соли алюминия, содержащей хлор-ион, происходит при концентрации 100 210 г/л в пересчете на Al₂O₃.

При изучении всех существующих технологий получения коагулянта были выявлены способы [2, 3] при использовании которых происходит растворение железа под действием тока, однако получаемый продукт обладает низкой концентрацией, является монокоагулянтом, состоящим либо из средних солей [2] либо из смеси средних и основных солей [3] В то же время это или соли двухвалентного железа [3] или смесь солей двух- и трехвалентного железа [2] В обоих случаях технологии сложны в эксплуатации. Выявлен способ [6] при котором после растворения железа в горячем растворе AlCl₃ под действием тока происходит окисление двухвалентного железа в трехвалентное. В результате получается смешанная основная алюминиево-железная соль, содержащая трехвалентное железо. При проведении сопоставительного анализа способа [5] с предлагаемой технологией даже при использовании в обоих случаях раствора хлорида алюминия или основной соли алюминия содержащей хлор, коагулянт, полученный по предлагаемой технологии, обладает концентрацией, значительно более высокой, чем продукт по способу [6] а способ реализуется за более короткое время. Предлагаемый способ не требует предварительного нагрева раствора, как в способе [6] т.к. нагрев его происходит за счет прохождения тока.

Совокупность признаков: электрохимическое растворение железа в водном растворе основной соли Al при определенных концентрациях, температуре, плотности тока и окислении двухвалентного железа в трехвалентное продувкой воздухом или газообразным хлором позволяет получить коагулянт высокой концентрации по менее энергоемкой, недлительной технологии.

Способ осуществляется следующим образом. Для осуществления процесса получения коагулянта применяют водный раствор средней или слабоосновной соли сернокислого алюминия концентрацией 40 100 г/л в пересчете на Al₂O₃, или водный раствор средней или слабоосновной соли хлорида алюминия концентрацией 100 210 г/л по Al₂O₃. Металлизированное железо засыпают в электрохимическую ячейку коробчатого типа из коррозионностойкого материала с двумя плоскими электродами по краям из Ст.3, или графита, или других малоизнашиваемых материалов. В ячейку подают водный раствор используемой соли алюминия, приготовленный при температуре окружающей среды. К электродам подводят постоянное напряжение 3 70 в для обеспечения плотности тока на электроде 9 25 А/дм². После включения напряжения раствор в электрохимической ячейке нагревается до 60 80^oC за счет прохождения электрического тока, при этом наряду с электрохимическим растворением происходит химическое растворение железа при повышенной температуре в течение 0,4 0,5 ч. Затем проводят продувку воздухом в течение 3 ч или газообразным хлором в течение 1 ч.

Пример 1. Для осуществления процесса используется гидроксосульфат алюминия концентрацией 70 г/л в пересчете на Al₂O₃. Металлизированные железные окатыши Старооскольского металлургического комбината Курской магнитной аномалии объемом 260 мл засыпают в электрохимическую ячейку коробчатого типа из коррозионностойкого материала с двумя плоскими электродами из Ст.3 и размерами 0,09 х 0,12 х 0,003 м. В ячейку подают водный раствор используемой соли объемом 125 мл, приготовленный при температуре окружающей среды. К электродам подводят постоянное напряжение 30 В для обеспечения плотности тока на электроде 20 А/дм². После включения напряжения раствор в электрохимической ячейке нагревается до 75^oC за счет прохождения электрического тока, при этом наряду с электрохимическим растворением происходит химическое растворение железа при повышенной температуре в течение 0,4 ч. Через 25 мин ток отключается. После этого через коагулянт пропускают воздух для активного барботирования в течение 3 ч. Взятый на анализ коагулянт показал концентрацию 72 г/л в пересчете на Fe.

Примеры 2 26 проводятся аналогично примеру 1. Параметры процесса и его результаты приведены в таблице. Примеры 1, 3-14 проводились с проведением окисления продувкой раствора воздухом, примеры 2, 15-26 с проведением окисления газообразным хлором. По результатам конкретных примеров можно сделать следующий вывод. Использование в процессе гидроксосульфата алюминия позволяет получить продукт с концентрацией, равной или несколько выше, продукта по прототипу, что подтверждается примерами 1, 3-8, 15-20. При использовании хлорида алюминия, как в прототипе, результаты по готовому продукту в 2 2,5 раза выше, что подтверждается примерами 2, 9-14, 21-26. Полученный коагулянт представляет собой смесь основных сульфатов алюминия и железа общей формулой
Al₂Fe(OH)₅(SO₄)₂
и является высокоэффективным, в особенности для сточных вод кожевенных заводов, содержащих сульфиды.

Использованная литература:
1. Кульский Л. А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. Киев. Наукова Думка. 1980, с. 150.

2. Кульский Л. А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. Киев. Наукова Думка. 1980, с. 151; Запольский А.К. Баран А.Л. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Л. Химия. 1987.

3. Авт. св. N 1456371, C 02 F 1/45 от 7.02.89.

4. Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. Киев. Наукова Думка. 1980, с. 153.

5. Сафиев Х. Гладушко В.И. Запольский А.К. Химическая технология.

6. Авт. св. N 1604747, C 02 F 1/46 от 13.07.90.

Изобретение относится к получению коагулянтов и может быть использовано для процессов очистки сточных вод преимущественно предприятий, чьи стоки содержат сульфиды, например, предприятий кожевенной промышленности. Сущность предлагаемого способа получения коагулянта заключается в электрохимическом растворении железа в водном растворе средней или низкоосновной соли алюминия концентрации 40 - 210 г/л в пересчете на Al₂O₃ при температуре 70 - 80^oC и плотности тока 9 - 25 А/дм² и окислении, которое происходит продувкой раствора газообразным хлором или продувкой воздухом. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения коагулянта, включающий растворение железа в водном растворе соли алюминия в течение 0,4 0,5 ч и окисление, отличающийся тем, что растворение железа проводят под действием электрического тока в водном растворе основной соли концентрации 40 210 г/л в пересчете на Al₂O₃ при температуре 70 80^oС и плотности тока 9 25 А/дм², а окисление проводят продувкой раствора газообразным хлором или воздухом. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что растворение железа проводят в растворе основной соли алюминия, содержащей сульфат-ион при концентрации 40
100 г/л в пересчете на Al₂O₃. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что растворение железа проводят в растворе основной соли алюминия, содержащий хлор-ион при концентрации 100 - 210 г/л в пересчете на Al₂О₃.