СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСНОВНОГО ХЛОРИДА АЛЮМИНИЯ Российский патент 2000 года по МПК C01F7/60 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способу получения основного хлорида алюминия, применяемого в производстве воды питьевого качества, медицинских препаратов и парфюмерно-косметических изделий.

Известен способ получения основных хлоридов алюминия путем сушки водного раствора с концентрацией 20-50 мас.% основной соли (или 8-20 мас.% Al₂O₃) и атомным соотношением Al:Cl = (0,667 - 2,2): 1. Температуру газового потока на входе в сушилку поддерживают равной 290-500^oC, а на выходе от 50 до 150^oC при относительной влажности отходящих газов от 20 до 40% (US N 3920406 A, 19.12.73).

Порошкообразный основной хлорид алюминия отделяют от газового потока сепарацией в циклонах и в рукавном фильтре. Способ позволяет получать порошкообразный основной хлорид алюминия с содержанием 40-45 мас.% Al₂O₃ и образующий при растворении в воде чистые раствора.

К недостаткам данного способа следует отнести большой расход тепловой энергии на процесс сушки, получение мелкодисперсного пылящего продукта с размером частиц менее 10 мк (10^-5 м), а также необходимость периодической остановки и чистки технологического оборудования из-за налипания продукта на стенки, его гидролиза с образованием нерастворимых в воде высокополимерных основных хлоридов и оксида алюминия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения кристаллического основного хлорида алюминия с атомным соотношением Al :Cl = 0,9:1 из водных растворов низкоосновных хлоридов алюминия с атомным соотношением Al:Cl = (0,48 - 0,75):1 путем их упарки под вакуумом при температуре 40-60^oC, последующим охлаждением раствора до 20^oC при перемешивании, кристаллизации соли, ее фильтрации и сушки при 50^oC (DE N 2907671 A, 04.09.80).

Фильтрат, содержащий до 70% основного хлорида алюминия, возвращают на стадию получения исходного раствора. Дополнительную очистку кристаллического основного хлорида алюминия можно осуществить путем промывки влажного осадка этиловым спиртом. Способ позволяет получать кристаллический основной хлорид алюминия с содержанием 32,0-35,0 мас. % Al₂O₃, 26,5-28,3% Cl и размером частиц до 20 мк (2 • 10^-5 м). Выход основного хлорида алюминия по данному способу не превышает 30%.

Преимуществом известного способа является возможность использования на стадии упарки и сушки продукта низкотемпературных до 100^o источников тепловой энергии, которые как правило являются вторичными в производстве и относительно дешевы.

К недостаткам способа следует отнести относительно низкий выход (не более 30%) за цикл готового продукта, мелкокристалличность основного хлорида алюминия, обуславливающего его пыление на стадиях сушки и фасовки.

Перед изобретателями стояла техническая задача - получение кристаллического основного хлорида алюминия с размером частиц 1-6 мм ((1-6)10^-3 м), повышение выхода целевого продукта и упрощение технологического процесса.

Поставленная задача решается следующим образом. Исходный раствор основного хлорида алюминия, имеющий атомное отношение Al:Cl=(0,7-2,0):1) подвергают упарке под вакуумом при 60-100^oC до получения раствора - плава с вязкостью 20-100 спз ((20-100)•10^-3H•сек/м²). Затем полученный плав подвергают сушке с одновременной кристаллизацией с использованием воздушного потока с температурой 40-60^oC, причем толщина слоя плава, подвергаемого сушке, составляет 2-10 мм ((2-10)•10^-3 м). Твердый закристаллизированный плав охлаждают со скоростью 5-10 градусов в минуту ((5-10)•6•10 град/сек) с целью получения непылящего кристаллического продукта с размером частиц 1-6 мм.

Условия сушки и кристаллизации основных хлоридов алюминия по предлагаемому способу являются определяющими из-за термической нестабильности продукта, способности к гидролизу как водных растворов, так и твердого продукта. Повышение температуры упарки выше 100^oC может привести к гидролизу основных хлоридов алюминия и образованию водонерастворимых высокополимерных основных хлоридов алюминия. При температуре упарки ниже 60^oC снижается скорость удаления влаги, что увеличивает время процесса, снижая тем самым производительность процесса.

Повышение температуры более 60^oC на стадии сушки приводит к образованию водонерастворимых высокополимерных основных хлоридов алюминия, следствием чего является увеличение нерастворимого остатка в продукте и снижение качества готового продукта. При температуре ниже 40^oC скорость удаления воды из кристаллизуемого продукта резко снижается, что увеличивает продолжительность процесса.

Получение раствора основного хлорида алюминия с вязкостью менее 20 спз при температуре 60-100^oC значительно повышает время сушки и кристаллизации на второй стадии процесса. Повышение вязкости плава более 100 спз затрудняет транспортировку его на вторую стадию процесса и регулирование толщины слоя плава от 2 до 10 мм.

При толщине слоя менее 2 мм при условии охлаждения получаемого продукта со скоростью 5-10 градусов в минуту получается пылящий продукт с размером частиц менее 1 мм. При толщине слоя более 10 мм увеличивается время кристаллизации на второй стадии и увеличивается вероятность образования водонерастворимых высокополимерных основных хлоридов.

Необходимость охлаждения закристаллизованного продукта с температурой 40-60^oC со скоростью 5-10 градусов в минуту обусловлена протеканием процесса растрескивания слоя твердого продукта, за счет возникновения термических напряжений, на частицы размером 1-6 мм. Снижение скорости охлаждения ниже 5 градусов в минуту приводит к появлению в готовом продукте пластинок размером до 50 мм, что вызывает необходимость их дополнительного измельчения. При скорости охлаждения более 10 градусов в минуту значительно возрастает расход воздуха, что экономически нецелесообразно.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами.

Пример 1.

Водный раствор основного хлорида алюминия с содержанием 8,1 мас.% Al₂O₃ и атомным соотношением Al:Cl=0,7:1 в количестве 1000 г помещают в стеклянную круглодонную колбу и нагревают на водяной бане при температуре 100^oC под разряжением 0,1 кгс/см² (9,81•10³ Па) в течение 2,0 часов до достижения вязкости упаренного раствора 20-21 спз (2•10^-2 Па•с) и концентрации Al₂O₃ 25,0 мас.% Окончание процесса упарки контролируется по уменьшению объема исходного раствора в 3,0-3,2 раза и появлению лимонно-желтого цвета. Полученный в процессе выпарки плав основного хлорида алюминия а количестве 324 г сливают на металлический поддон площадью 0,15 м² для достижения толщины слоя 2 мм (2•10^-3 м). Поддон помещают в сушильную камеру, где с помощью нагретого воздуха поддерживают температуру 60^oC для сушки и кристаллизации основного хлорида алюминия в течение 1,5 часов. Поддон с закристаллизированным основным хлоридом алюминия переносят из сушильной камеры в камеру воздушного охлаждения, где продукт охлаждают до 18-20^oC со скоростью 10 град./минуту, регулируемой расходом охлаждающего воздуха. Из поддона выгружают 202,5 г кристаллического основного хлорида алюминия со средним размером частиц 1,0-1,5 мм, содержащего 40,0 мас.% Al₂O₃ и 38,8 мас.% Cl. При растворении кристаллического основного хлорида алюминия в воде при массовом соотношении 1:5 полученные растворы прозрачны и не опалесцируют.

Примеры 2-8 проведены по методике примера 1, полученные экспериментальные данные сведены в таблицы 1 и 2. Количество исходного раствора основного хлорида алюминия, подвергаемого упарке во всех опытах 1000 грамм.

Выход готового продукта рассчитывали по содержанию водорастворимого оксида алюминия, отнесенному к содержанию оксида в исходном растворе основного хлорида алюминия.

Предлагаемый способ получения кристаллического основного хлорида алюминия позволяет получить готовый продукт с размером частиц 1-6 мм, содержанием водорастворимого оксида алюминия 36,0-41,0 мас.% с выходом 98,5-99,2% и существенно упростить технологический процесс сушки при использовании вторичных тепловых ресурсов с температурой не более 100^oC.

Полученный по предлагаемому способу кристаллический основной хлорид алюминия прошел испытания в УНИХИМе (НПО "Кристалл") г. Екатеринбург, сертифицирован Свердловским областным центром государственного санэпидемнадзора и по результатам испытаний является не пылящим и не обладающим острой токсичностью. Технологический процесс прошел испытания на опытной установке ОАО "Сорбент" г. Пермь в 1997 году. Опытные партии кристаллического основного хлорида алюминия прошли испытания на станциях водоочистки г. Гремячинска и г. Сухого Лога. По заключению ВНИИ ВОДГЕО г. Москва кристаллический основной хлорид алюминия высокоэффективен для технологий хозяйственно-питьевого водоснабжения северных регионов России. По результатам маркетинговых исследований и определения спроса на кристаллический основной хлорид алюминия промышленное производство планируется создать в 1998-99 гг. на ОАО "Сорбент".

Изобретение предназначено для получения основного хлорида алюминия, используемого в производстве воды питьевого качества, медицинских препаратов и парфюмерно-косметических изделий. Основной хлорид алюминия получают путем упарки его водного раствора с атомным соотношением Al : Cl = (0,7 - 2,0) : 1,0 при 60 - 100^oС до получения плава с вязкостью 20 - 100 сПз. Полученный плав сушат при 40 - 60^oС в слое толщиной 2 - 10 мм и охлаждают со скоростью 5 - 10 град/мин. Изобретение позволяет повысить выход продукта и упростить процесс. 2 табл.

Способ получения основного хлорида алюминия путем упарки его водного раствора под вакуумом и последующей сушки, отличающийся тем, что упарке подвергают водный раствор основного хлорида алюминия с атомным соотношением Al : Cl = (0,7 - 2,0) : 1,0, при этом упарку водного раствора осуществляют при 60 - 100^oС до получения плава с вязкостью 20 - 100 сПз с последующей его сушкой при 40 - 60^oС в слое толщиной 2 - 10 мм и охлаждением со скоростью 5 - 10 град/мин.