СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОАГУЛЯНТА Российский патент 1998 года по МПК C01F7/74 C01G49/10 C02F1/52 

Предлагаемое изобретение относится к производству железоалюминийсодержащих коагулянтов, применяемых для очистки сточной воды, преимущественно в кожевенной промышленности, и к утилизации промышленных отходов.

Известен способ получения коагулянта на основе сульфата алюминия из геленитового шлака, подвергаемого выщелачиванию 35-45% серной кислотой при 75-80^oC в течение 45-60 мин /1/. Однако известный способ не позволяет обеспечить высокую степень растворения окислов.

Известен способ получения коагулянта из отработанного глинозема производства хладонов путем обработки его минеральной кислотой, преимущественно отработанной 40-60% серной кислотой или 20-32% абгазной соляной кислотой, являющимися отходами хлорорганического производства /2/. Однако известный способ затруднительно применить потребителям коагулянта, удаленным от предприятий, производящих хладоны и хлорорганические соединения.

Известен способ получения коагулянта /3/ непосредственно в очищаемой сточной воде путем прибавления к ней кислоты до pH 3,0-3,5, бентонита /коллоидной глины, состоящей не менее чем на 60% из минералов группы монтмориллонита - водного алюмосиликата магния, алюминия, железа, натрия/ в количестве 0,3% и извести в количестве 1,0-2,0% от объема сточной воды. Недостатком способа является большой расход бентонита, извести.

Известен способ очистки сточных вод мясокомбинатов путем введения в них бентонитовой глины и последующей электрофлотокоагуляции с использованием железных электродов /4/. Однако способ в связи с низкой электропроводностью воды требует значительных расходов электроэнергии и большого расхода металла.

Известен способ получения коагулянта - неочищенного сернокислого алюминия /сорт БМ/ путем обработки необожженной глины серной кислотой /5/. Недостатком способа является низкий выход коагулянта.

Существует способ растворения окислов железа /травление изделий из железа/ в серной и соляной /более активной/ кислотах, а также в их смесях, содержащих 5-10% H₂SO₄ и 10-15% HCl при температурах 40-60^oC /6, 7, 8/. Недостатком способа является необходимость применения соляной кислоты, как правило, не используемой в технологии кожевенного производства. Кроме того, соляная кислота не удобна в обращении из-за токсичности паров, сильного коррозионного воздействия на аппаратуру и трубопроводы, изготовляемые из стали, и необходимости замены материалов для них на более стойкие.

Известен способ травления алюминия, окислов алюминия и его сплавов в 10-20% растворе едкого натра с добавкой 30 г/л хлористого натрия /8/, а также способ растворения соединений алюминия, содержащихся в различных минералах /в основном бокситы и нефелины/ с помощью щелочей /мокрый и сухой процессы/, в результате чего получают растворы алюмината натрия в смеси с едким натром /7/. Недостатком данного способа является невозможность получения в одну стадию смешанного коагулянта, содержащего в растворе наряду с алюминием и железо, так как окислы железа в щелочной среде нерастворимы и выпадают в осадок, образуя красный шлам.

Известен способ получения коагулянта путем растворения железосодержащего отхода черной металлургии - магнетита - в серной кислоте в присутствии хлоридсодержащего соединения - треххлористого железа, взятого из расчета 0,1 г на 1 кг синтезируемого купороса. Процесс осуществляется при температуре 80^oC в течение двух часов. При этом растворимость магнетита в серной кислоте без хлорного железа составляет 37-38%, а в присутствии хлорного железа повышается до 50%. Недостатком данного способа является необходимость применения специального и достаточного дефицитного соединения - хлорного железа /9/.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения железоалюминиевого коагулянта путем обработки шлака, золы и глин, содержащих заметные количества железа и алюминия, растворами кислот, в том числе растворами соляной кислоты /10/.

Недостатком способа является низкий выход коагулянта в случае использования серной кислоты, а также необходимость применения содержащей хлор-ион соляной кислоты, как уже отмечалось, неудобной в обращении из-за токсичности летучих паров и коррозионного воздействия на аппаратуру.

Цель изобретения - повышение выхода коагулянта без использования соляной кислоты и дефицитных продуктов, путем применения хлоридсодержащих отходов производства, образующихся, например, на предприятиях кожевенной промышленности.

Пример 1. Навеску сухой глины, 50 г, обрабатывают 40 мл раствора, содержащего 40% H₂SO₄ и 33 г/л NaCl, и пульпу нагревают в течение двух часов в автоклаве при температуре 120^oC. Реакционный раствор получают путем дозирования концентрированной серной кислоты /90%/ в раствор поваренной соли концентрацией 60 г/л, представляющий собой отработанный пикельный раствор кожевенного производства, сбрасываемый в канализацию. После обработки пульпу, содержащую взвесь глины, разбавляют водопроводной водой в 2 раза по объему, подвергают отстаиванию для удаления песка и крупных взвесей. Для анализа раствор центрифугируют или фильтруют.

На фиг.1 представлена зависимость концентрации окиси алюминия от времени обработки глины и концентрации поваренной соли в реакционном растворе.

На фиг. 2 представлена зависимость концентрации Fe₂O₃ в растворе от тех же параметров.

Концентрацию поваренной соли в отработанном пикельном растворе /исходная концентрация NaCl в отработанном растворе - 60-90 г/л/ меняли либо путем разбавления водой, либо путем донасыщения технической поваренной солью.

Из фиг. 1 - 4 видно, что с увеличением концентрации NaCl в растворе увеличивается как концентрация Al₂O₃, так и Fe₂O₃ в сравнении с раствором, в котором отсутствует NaCl. Наиболее оптимальными являются концентрации NaCl в интервале 8-50 г/л; концентрации NaCl ниже 8 г/л не обеспечивают существенного увеличения выхода окислов в раствор, а концентрации NaCl выше 50 г/л требуют либо применения кристаллической поваренной соли для повышения ее концентрации в растворе, либо упаривания отработанного пикельного раствора для тех же целей, что требует дополнительных материальных затрат или энергетических затрат.

Пример 2. Навеску золы ТЭЦ, полученной при сжигании углей марки AIII, 50 г обрабатывают 41 мл раствора, содержащего 35% H₂SO₄ и 36 г/л NaCl в течение двух часов при перемешивании и температуре 120^oC в автоклаве. Данный раствор получают путем дозирования концентрированной серной кислоты /90%/ в раствор поваренной соли концентрацией 60 г/л, представляющий собой очищенный рассол после промывки кожсырья в кожевенном производстве. После обработки золы реакционную массу фильтруют и раствор охлаждают. Применение отхода кожевенного производства - очищенного рассола после промывки кожевенного сырь позволяет повысить растворимость железоалюминиевых окислов из золы углей марки AIII без применения специальных реагентов и удешевить процесс. Результаты обработки золы при этих и других условиях обработки представлены на фиг.3 и 4.

В предлагаемом изобретении в качестве глины применялась глина из карьера с. Новоселовка Октябрьского района Курской области, в качестве золы - зола ТЭЦ-1 г. Курска из золоотвала.

Для дополнительного увеличения содержания двухвалентного железа в растворе коагулянта и повышения степени растворения окислов глины в растворе серной кислоты и хлористого натрия реакционную массу /пульпу/, полученную вышеописанным способом, подвергают воздействию постоянного или переменного электрического тока. При этом пульпа под током нагревается до температуры 105^oC, а остальные электроды растворяются.

Пример 3. Навеску сухой глины, 400, обрабатывают 240 мл раствора, содержащего 43% H₂SO₄ и 40 г/л NaCl, и полученную пульпу подвергают воздействию постоянного электрического тока со стальными электродами рабочей поверхностью 72 см² каждый в пластмассовой прямоугольной ячейке объемом 650 мл в течение двух часов при средних напряжении 10 В и токе 10 А и температуре 105-110^oC. После обработки пульпу, содержащую взвесь глины, разбавляют водопроводной водой в два раза по объему, фильтруют и подвергают анализу.

В таблице приведены результаты анализов коагулянтов, полученных из глины карьера северо-западного района г. Курска, с применением постоянного электрического тока и в автоклаве, как описано в примере 1, при равном разбавлении. Применение переменного тока при силе 10 А, напряжении 10 В и температуре 105^oC дает результаты, отличающиеся от приведенных в таблице на 5% для постоянного тока.

Из таблицы видно, что применение электролиза для обработки пульпы позволяет обеспечить необходимый подогрев, повысить содержание в растворе соединений железа и алюминия, и pH раствора по сравнению с обработкой в автоклаве.

Источники информации.

1. А. с. N 1742214 A 1, C 01 F 7/74. Т.М. Споршева, Ю.А. Лайнер, А.П. Шварц, А. А. Палант, В.А. Симановский. Коми научный центр Уральского отделения АН СССР и Институт металлургии им. А.А. Байкова. Способ получения коагулянта на основе сульфата алюминия из геленитового шлака, бюл. N 23, 23.06.92.

2. П. N 1764514 A3, C 01 F 7/00. Способ получения коагулянта. Б. Мирзоев, Х. Сафиев, Ш.Ф. Рахимов. Институт химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан, бюл. N 35, 23.09.92.

3. П. США 3909407, публикация 1975 г., 30 сентября, том 938 N 5, кл. C 02 B 1/20.

4. Е.М. Фонарко. Химия и технология воды, 18, N3, 1996, стр.304.

5. Л. А. Кульский. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. Киев: Наукова думка, 1980, стр.149.

6. Прикладная электрохимия.- М.: Химия, 1975, стр.372.

7. Прикладная электрохимия.- Харьков: изд. Харьковского университета им. Горького, 1961, стр. 342-343; стр. 420-425.

8. Прикладная электрохимия.- Ленинград: Госхимиздат, 1962, стр. 174-175.

9. А.с. N 1502474 A 1, C 01 C 49/14, С.Р. Минсеитов, М.Е. Буронбаев, Г. П. Мироевский, Д.Г. Медиханов, Л.Г. Куткова, способ получения железного купороса, бюл. N 31, 23.08.89.

10. Е. Д. Бабенков. - Очистка воды коагулянтами, М.: Наука, 1977, стр. 76-77.

Изобретение относится к способам получения железоалюминийсодержащих коагулянтов путем растворения окислов железа и алюминия из глины или золы серной кислотой. Выщелачивание ведут при температуре 100 - 120^oС в растворе с содержанием 20-45% серной кислоты и 8-50 г/л поваренной соли в течение 2 - 4 ч. Для удешевления процесса и снижения загрязнения окружающей среды в качестве источника хлоридов применяют очищенный раствор после промывки кожевенного сырья или отработанный пикельный раствор, являющиеся отходами кожевенного производства. Подогрев и обогащение ионами железа реакционной массы можно осуществлять путем пропускания через нее постоянного или переменного электрического тока при помощи стальных электродов, что увеличивает степень растворения окислов. Способ обеспечивает повышение степени извлечения оксидов при выщелачивании. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Способ получения железоалюминиевого коагулянта из золы ТЭЦ или глины, включающий выщелачивание оксидов металлов раствором серной кислоты и хлоридсодержащего компонента, отстаивание или фильтрацию реакционной массы, отличающийся тем, что в качестве хлоридсодержащих компонентов используют отходы кожевенного производства - раствор поваренной соли после промывки кожсырья или отработанный пикельный раствор с концентрацией поваренной соли в реакционном растворе 8 - 50 г/л. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что реакционную массу нагревают путем воздействия постоянного или переменного тока с электродами из углеродистых сплавов железа.