СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОАММОНИЙНЫХ КВАСЦОВ Российский патент 2000 года по МПК C01F7/76 

Изобретение относится к производству кристаллических алюмоаммонийных квасцов, получаемых изогидрической кристаллизацией из водных растворов.

Известен способ получения кристаллических алюмоаммонийных квасцов путем смешения водных растворов сульфатов алюминия и аммония [Позин М.Е. Технология минеральных солей /Изд. 2-е, перераб. и доп. Л.: Изд. химической литературы, 1961. С. 446]. По этому способу к раствору сульфата алюминия с концентрацией 20 - 25% прибавляют раствор сульфата аммония с концентрацией около 35%. Для более полного осаждения квасцов берут 10 - 12% избытка сульфата аммония по отношению к стехиометрическому количеству согласно уравнению:
Al₂(SO₄)₃ + (NH₄)₂SO₄ + 24 H₂O = (NH₄)₂SO₄ • Al₂(SO₄)₃ • 24H₂O
Вследствие экзотермичности реакции раствор разогревается до 50 - 60^oC. Его охлаждают до 15 - 20^oC с целью увеличения выхода квасцов. Отделенные кристаллы промывают и высушивают.

Недостатком указанного способа является то, что продукт получается мелкокристаллический. Это затрудняет его фильтрацию и промывку. Крое того, продукт содержит значительное количество нерастворимого остатка и требует энергозатрат на сушку.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения алюмоаммонийных квасцов, включающий разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой с получением плава сульфата алюминия, разбавление полученного плава водой с получением раствора сульфата алюминия, смешение раствора сульфата алюминия с водным аммиаком, отделение полученного продукта [Авторское свидетельство СССР N 1765120, кл. C 01 F 7/76, 30.09.92. Бюл. N 36].

Недостатками последнего способа являются повышенная опасность, связанная с использованием аммиака, низкие производительность и выход продукта.

Задачей изобретения является получение алюмоаммонийных квасцов путем разложения водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой с получением плава сульфата алюминия, разбавления плава водой с получением раствора сульфата алюминия, приготовления водного раствора сульфата аммония с концентрацией около 35%, смешения раствора сульфата алюминия и аммония, охлаждения смеси и отделения выпавших кристаллов продукта фильтрацией или центрифугированием без промывки и сушки. При этом, в задачу изобретения входило при заданном качестве продукта достигнуть большей производительности и входа, удешевить процесс, расширить сырьевую базу и устранить повышенную опасность, связанную с использованием аммиака.

Поставленная задача в предлагаемом изобретении решается тем, что раствор сульфата алюминия готовят с мольным соотношением Al₂O₃ : SO₃ = 1 : (3,16 - 3,42) и концентрацией 20 - 25%, а температуру его перед смешением с раствором сульфата аммония поддерживают в пределах от 50 до 70^oC.

Пример. В реактор с мешалкой загружают 122,6 кг технического гидроксида алюминия с влажностью 7%, заливают 114,0 кг воды и 263,4 кг технической серной кислоты с концентрацией 93%. За счет теплоты разбавления серной кислоты и теплового эффекта реакции температура реакционной массы возрастает до 100 - 120^oC. После окончания синтеза через 0,5 - 1 час в полученный плав заливается 603,7 кг воды. Раствор фильтруют без охлаждения. Получают 1000 кг раствора сульфата алюминия с мольным соотношением Al₂O₃ : SO₃ = 1 :3,42 и концентрацией сульфата алюминия 25%.

Сульфат аммония технический - отход коксохимического производства с содержанием смолистых веществ 5% в количестве 101,6 кг растворяют в 188,8 кг воды. После фильтрации получают 275,9 кг раствора, содержащего 96,6 кг сульфата аммония с концентрацией 35%. Раствор сульфата алюминия с температурой около 60^oC и раствор сульфата аммония, имеющий температуру 20^oC, смешивают в реакторе с мешалкой. При этом температура смеси возрастает до 85^oC. Смесь охлаждают до 20^oC и отделяют выпавшие кристаллы алюмоаммонийных квасцов путем фильтрации без промывки.

Полученные кристаллы алюмоаммонийных квасцов имеют размер частиц 0,8 - 1,0 мм, и следующий состав без дополнительной сушки, мас.%:
Al₂O₃ - 11,30;
нерастворимый остаток - 0,01.

Выход продукта в пересчете на Al₂O₃ - 95,5%.

Данные по остальным примерам реализации заявляемого способа приведены в таблице.

Приготовление раствора сульфата алюминия с мольным соотношением Al₂O₃ : SO₃ = 1 : (3,16 - 3,42) соответствует избыточной кислотности раствора. Избыточная серная кислота при последующем смешении растворов сульфатов алюминия и аммония подавляет гидролиз образующихся квасцов. При этом увеличивается выход квасцов и снижается содержание в них нерастворимого остатка.

Снижение мольного соотношения Al₂O₃ : SO₃ 3,16 (примеры 1, 2 в табл.) не позволяет получить квасцы и содержанием нерастворимого остатка менее 0,05%. Увеличение мольного соотношения Al₂O₃ : SO₃ более 3,42 (примеры 4, 5 в табл. ) нецелесообразно, так как не улучшает качество и увеличивает стоимость квасцов.

Снижение концентрации приготовленного раствора сульфата алюминия менее 20% приводит к уменьшению выхода продукта (примеры 6, 7 в табл.). Увеличение концентрации выше 25% невозможно из-за ограничений, связанных с растворимостью сульфата алюминия в воде (25,9% при 15^oC).

Температуру раствора сульфата алюминия перед смешением с раствором сульфата аммония необходимо поддерживать в пределах от 50 до 70^oC. При смешении раствора сульфата алюминия с температурой более 50^oC и раствора сульфата аммония с температурой около 20^oC за счет экзотермичности реакции синтеза квасцов температура реакционной массы увеличивается до 80 - 85^oC и реакционная масса становится гомогенной. При последующем охлаждении реакционной массы происходит кристаллизация квасцов. Продукт, при этом, получается крупнокристаллическим (размер кристаллов 0,8 - 1,0 мм) и не требует промывки и сушки, что увеличивает производительность процесса и позволяет снизить затраты.

При уменьшении температуры раствора сульфата алюминия ниже 50^oC перед смешением с раствором сульфата аммония (примеры 9, 10 в табл.) температура реакционной массы после смешения не достигает 80^oC. При этом масса не становится гомогенной. Продукт получается мелкокристаллический и требует сушки после отделения от маточного раствора.

Увеличение температуры раствора сульфата алюминия выше 70^oC экономически не целесообразно, так как не приводит к увеличению размера кристаллов и качества продукта (примеры 11, 12 в табл.).

Для удешевления продукта и с целью расширения сырьевой базы для получения алюмоаммонийных квасцов используют технический сульфат аммония - отход коксохимического производства с содержанием смолистых веществ до 5%. При этом раствор сульфата аммония после приготовления фильтруют перед подачей на синтез квасцов. Незначительные потери сульфата аммония при фильтрации компенсируются существенно меньшей стоимостью технического продукта.

Изобретение предназначено для получения алюмоаммонийных квасцов. Способ включает разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой с получением плава сульфата алюминия, разбавление его водой с получением раствора сульфата алюминия с мольным соотношением Аl₂O₃:SO₃=1:(3,16-3,42) концентрацией 20-25%. Готовят водный раствор сульфата аммония с концентрацией около 35%, смешивают растворы сульфата алюминия и сульфата аммония, смесь охлаждают. Отделяют выпавшие кристаллы алюмоаммонийных квасцов фильтрацией или центрифугированием без промывки и сушки. Изобретение позволяет повысить выход и качество алюмоаммонийных квасцов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения алюмоаммонийных квасцов, включающий разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой с получением плава сульфата алюминия, разбавление его водой с получением раствора сульфата алюминия, отличающийся тем, что после разбавления плава получают раствор сульфата алюминия с мольным соотношением Al₂O₃ : SO₃ = 1:(3,16-3,42) и концентрацией 20-25%, готовят водный раствор сульфата аммония с концентрацией около 35%, смешивают растворы сульфата алюминия и аммония, смесь охлаждают, отделяют выпавшие кристаллы продукта фильтрацией или центрифугированием без промывки и сушки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру раствора сульфата алюминия перед смешением с раствором сульфата аммония поддерживают в пределах 50 - 70^oC.