СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОАГУЛЯНТА Российский патент 2001 года по МПК C01F7/60 

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для получения основных хлоридов алюминия, широко используемых для очистки природных и сточных вод.

Основные хлориды алюминия, в большинстве случаев, получают путем нейтрализации готового продукта - раствора хлорида алюминия AlCl₃. В качестве нейтрализующего компонента используют металлический алюминий, нефелиновый концентрат и др.

Недостатком способа нейтрализации раствора хлорида алюминия металлическим алюминием является использование дефицитных продуктов и значительная длительность процесса /1, 2/.

Продолжителен и энергоемок процесс нейтрализации водного раствора, содержащего хлористый алюминий, природным сырьем - нефелиновым концентратом /3/. Нейтрализацию ведут при 80 - 110^oC в течение 0,5 - 2 часа. Далее, после охлаждения полученную твердую массу неочищенного коагулянта выдерживают 30 минут при 160 - 165^oC, выщелачивают и раствор коагулянта отделяют от нерастворимого остатка.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения основных хлоридов алюминия растворением оксида или гидроксида алюминия в растворе хлорида алюминия /4/. При этом способе внимание уделяется качеству алюминийсодержащего сырья.

Особенно интенсивно растворяется свежеосажденный гидроксид алюминия или активированный гидроксид алюминия из технического гидроксида алюминия /4/.

В качестве сырья оксида алюминия используют минеральное сырье: нефелины, бокситы и др., либо отвальные солевые шлаки - отходы выплавки вторичного алюминия /4/.

Недостатки вышеописанных способов:
- использование дефицитных продуктов, в том числе быстростареющего, специально подготовленного сырья - гидроксида алюминия;
- при использовании минерального сырья температура реакции повышается до 110 - 160^oC /4/, кроме того, возникает необходимость в измельчении минерального сырья до крупности менее 120 мкм;
- при использовании минерального сырья происходит загрязнение коагулянта другими примесями: Cu, Pb, Zn, Fe, Si;
- сложность и энергоемкость процесса.

Различна информация о стехиометрическом соотношении компонентов AlCl₃ : Al₂O₃. В работе /3/ на каждый моль растворенного хлорида алюминия вводят 0,15 - 0,8 моль оксида алюминия в нефелиновом концентрате, т.е. AlCl₃ : Al₂O₃ = 1 : (0,15-0,8), а в работе /5/ на каждый моль растворенного Al₂O₃ в растворе хлорида алюминия вводят 0,24 моль кислоторастворимого Al₂O₃ в нефелиновом концентрате, т.е. AlCl₃ : Al₂O₃ = 0,50 : 0,24 = 1 : 0,48.

Задачей, решаемой изобретением, является снижение себестоимости продукта и повышение его качества, упрощение и ускорение процесса.

Поставленная задача достигается тем, что в качестве специально получаемого продукта раствора хлорида алюминия Al₂Cl₃ используют жидкий отход производства изобутилбензола - раствор хлорида алюминия AlCl₃ с содержанием AlCl₃ 200-300 г/дм³ (1,25-2,5 г-моль/дм³), массовой концентрацией органических примесей и взвешенных частиц не более 0,5 г/дм³ соответственно, согласно ТУ 38.302163-89 плотность раствора, г/см³ - 1,181-1,247.

Во-вторых и в-третьих, поставленная цель достигается тем, что в качестве гидроксида алюминия используют алюминийсодержащие отходы производства высших жирных спиртов в виде суспензии гидроксида алюминия с влажностью 80 - 30%, а в качестве оксида алюминия - алюминийсодержащие отходы производства высших жирных спиртов в виде мелкодисперсного порошка в форме γ - Al₂O₃, являющегося продуктом сгорания шлама при температуре 960^oC и содержащего 84 - 90% γ - Al₂O₃.

Отходы производства высших жирных спиртов представляют собой шлам с содержанием, мас,% : 11,5 Al(OH)₃, 88 H₂O, 0,5 органики. Гидроксид алюминия состоит из тригидрата алюминия в форме гиббсита (гидроаргиллита) и байерита, моногидрата глинозема в форме биемита. Срок хранения суспензии не ограничен.

Продуктом сжигания шлама при температуре около 960^oC является "зола" - мелкодисперсный порошок: удельная поверхность (8000 - 12000) см²/г, насыпная плотность 850 г/см³, истинная плотность 3,3 г/см³. Химический состав. мас. % : 84 Al₂O₃, 1,5 TiO₂, 1,5 Fe₂O₃, 1 Ш_прк.. После обжига при температуре 1240^oC γ - Al₂O₃ переходит в α - Al₂O₃ и содержание его примерно составляет 90%.

Из вышеприведенной информации следует, что отход мелкодисперсен и нет надобности в измельчении его. Также известен его химический состав, содержание кремнекислоты составляет на уровне следов.

Рассчитаем стехиометрические соотношения компонентов.

Для получения раствора низкоосновного оксихлорида алюминия (марки 2/3) по формуле нейтрализации раствора хлорида алюминия AlCl₃ вводимым количеством алюминийсодержащего отхода
AlCl₃ + 4 Al(OH)₃ = 3Al₂(OH)₄CL₂, (1)
получим следующие соотношения, соответственно, в г-молях:
AlCl₃ : Al(OH)₃ = 1 : 2,
AlCl₃ : Al₂O₃ = 1 : 1,
Al₂O₃ : Al₂O₃ = 1 : 1,
а для получения низкоосновного раствора (марки 5/6) оксихлорида алюминия по формуле нейтрализации
AlCl₃ + 5Al(OH)₃ = 3Al₂(OH)₅Cl, (2)
получим, соответственно, следующие соотношения в г-молях:
AlCl₃ : Al(OH)₃ = 1 : 5,
AlCl₃ : Al₂O₃ = 1 : 2,5,
Al₂O₃ : Al₂O₃ = 1 : 5.

По формуле нейтрализации (1) получим, что при концентрации AlCl₃ (1,5 - 2,25 г-моль/дм³) в растворе хлорида алюминия можно получать (2,25 - 3,375) - молярные растворы оксихлорида алюминия марки 2/3 и стехиометрические соотношения компонентов в г-молях, соответственно, составят:
AlCl₃ : Al(OH)₃ = (1,5 - 2,25) : (3,45),
AlCl₃ : Al₂O₃ = (1,50 - 2,25) : (1,50 - 2,25)
По формуле нейтрализации (2) следует, что можно получать (4,50 - 6,75) - молярные растворы оксихлорида алюминия марки 5/6, и стехиометрические соотношения компонентов в г-молях, соответственно, составят:
AlCl₃ : Al(OH)₃ = (1,50 - 2,25) : (7,50 - 11,25),
AlCl₃ : Al₂O₃ = (1,500 - 2,250) - (3,750 - 5,625).

На практике обычно получают одно- или двухмолярные растворы низкоосновного (марка 2/3) или высокоосновного (марка 5/6) оксихлорида алюминия.

Для получения одно- или двухмолярных растворов оксихлорида алюминия марки 2/3 или 5/6 стехиометрические соотношения компонентов в г-молях, соответственно, составят:
AlCl₃ : Al(OH)₃ = (0,666 - 1,333) : (1,333 - 2,666) и
AlCl₃ : Al(OH)₃ = (0,333 - 0,666) : (1,666 - 3,333);
AlCl₃ : Al₂O₃ = (0,666 - 1,333) : (0,666 - 1,333) и
AlCl₃ : Al₂O₃ = (0,333 - 0,666) : (0,833 - 1,666).

На основании вышеуказанных соотношений составлена табл. 1, где приведены количества вводимого отхода производства высших жирных спиртов в виде суспензии гидроксида алюминия и сухого порошка в форме γ -Al₂O₃ для приготовления одно- двухмолярного раствора оксихлорида алюминия марки 2/3 и 5/6. Сделан расчет сухого порошка в форме γ - Al₂O₃ с учетом его содержания в отходе в количестве 84%. При введении суспензии гидроксида алюминия необходимо учитывать его влажность. Таблица составлена для примера использования раствора хлорида алюминия с плотностью 1,210 г/см³ с содержанием 1,850 г-моль AlCl₃, а 0,666 г-моль AlCl₃ содержится в 360 мл данного раствора, а 1,333 г-моль AlCl₃ - в 720 мл раствора.

В табл. 2 приведены примеры нейтрализации отхода производства изобутиленбензола - раствора хлорида алюминия AlCl₃ отходом производства высших жирных спиртов при введении его в виде сухого порошка в форме γ - Al₂O₃ и суспензии гидроксида алюминия Al(OH)₃ с влажностью 29,9% в количестве 245 г. Следовательно, введено 245 - (245 • 29,9)/100 = 171,745 г Al(OH)₃ или 171,745/78 = 2,202 г-моль Al(OH)₃ или 1,101 г-моль Al₂O₃ или 1,101 • 102 = 112,3 г Al₂O₃. Нагревание почти не оказывает существенного влияния на характеристику раствора коагулянта. Обработку ведут при комнатной температуре.

Срок годности не менее одного года.

Раствор коагулянта от осадка не отфильтровывается.

Этот осадок позволяет получать комплексный реагент, обладающий коагулирующими, флокулирующими, замутняющими и нейтрализующими свойствами, что обеспечивает его повышенную эффективность при очистке воды.

Преимущества метода:
Известен химсостав алюмосодержащих отходов производства изобутилбензола и высших жирных спиртов и с незначительным количеством примесей, что позволяет получать с учетом рассчитанных стехиометрических компонентов одно- или двухмолярные растворы низкоосновного или высокоосновного оксихлорида алюминия.

Снижение себестоимости и упрощение процесса происходит за счет перехода к готовому сырью, не требующего специальной технологии приготовления и не теряющего со временем своих свойств, за счет использования более дешевого сырья и проведение процесса растворения без топливно-энергетических затрат; возможность утилизации алюминийсодержащих отходов производства изобутиленбензола и высших жирных спиртов.

Источники информации
1. Патент Японии N 452645, кл. C 01 F 7/56, 28.03.70.

2. Авторское свидетельство СССР N 260624, кл. C 01 F 7/62.

3. Авторское свидетельство СССР N 435191, кл. C 01 F 7/00, 1974.

4. А. К. Запольский и А.А. Баран "Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды, Ленинград, "Химки", Л.О., 1987 г., с. 90 (прототип).

5. Патент РФ N 2039711, кл. C 02 F 1/52, C 01 F 7/26, 7/28. Пример 22. 20.07.95.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для получения основных хлоридов алюминия, широко используемого для очистки природных и сточных вод. Задачей, решаемой изобретением, является снижение себестоимости продукта, упрощение и ускорение процесса. Поставленная задача решается способом получения коагулянта, включающим обработку хлорида алюминия АlСl₃ гидроксидом алюминия Аl(ОН)₃ или оксидом алюминия Аl₂O₃. В качестве раствора хлорида алюминия используют жидкий отход производства изобутилбензола с содержанием АlСl₃ 1,5-2,25 г-моль/дм³, а в качестве гидроксида алюминия - алюминийсодержащие отходы производства высших жирных спиртов в виде суспензии гидроксида алюминия с влажностью 80-30%, а в качестве оксида алюминия алюминийсодержащие отходы производства высших жирных спиртов в виде мелкодисперсного порошка в форме γ-Аl₂O₃, являющегося продуктом сгорания шлама при температуре 960°С и содержащего 84-90% γ-Аl₂О₃. Коагулянт получают в виде оксихлорида алюминия марки 2/3 в виде 2,25-3,75 молярного раствора, или марки 5/6 в виде 4,5-6,75 молярного раствора. Обработку отхода производства изобутилбензола отходом производства высших жирных спиртов в виде суспензии гидроксида алюминия или мелкодисперсного порошка в форме γ-Аl₂O₃ для получения одно- и двухмолярных растворов оксихлорида алюминия марки 2/3 и 5/6 соответственно проводят при стехиометрическом соотношении компонентов АlСl₃ : Аl(ОН)₃ = (0,666-1,333) : (1,333-2,666) и АlСl₃ : Аl(ОН)₃ = (0,333-0,666) : (1,666-3,333); АlСl₃ : Аl₂O₃ = (0,666-1,333) : (0,666-1,333) и АlСl₃ : Аl₂O₃ = (0,333-0,666) : (0,833-1,666). Обработку ведут при комнатной температуре. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения коагулянта, включающий обработку хлорида алюминия AlCl₃ гидроксилом алюминия Al(OH)₃ или оксидом алюминия Al₂O₃, отличающийся тем, что в качестве раствора хлорида алюминия используют жидкий отход производства изобутилбензола с содержанием AlCl₃ 1,5 - 2,25 г-моль/дм³, в качестве гидроксида алюминия - алюминийсодержащие отходы производства высших жирных спиртов в виде суспензии гидроксида алюминия с влажностью 80 - 30%, а в качестве оксида алюминия - алюминийсодержащие отходы производства высших жирных спиртов в виде мелкодисперсного порошка в форме γ-Al₂O₃, являющегося продуктом сгорания шлама при температуре 960^oC и содержащего 84 - 90% γ - Al₂O₃. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коагулянт получают в виде оксихлорида алюминия марки 2/3 в виде 2,25 - 3,375 молярного раствора, или марки 5/6 в виде 4,5 - 6,75 молярного раствора. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку жидкого отхода производства изобутилбензола отходом производства высших жирных спиртов в виде суспензии гидроксида алюминия или мелкодисперсного порошка в форме γ - Al₂O₃ для получения одно- и двухмолярных растворов оксихлорида алюминия марки 2/3 и 5/6 соответственно проводят при стехиометрическом соотношении компонентов
AlCl₃ : Al(OH)₃=(0,666-1,333) : (1,333-2,666) и
AlCl₃ : Al(OH)₃=(0,333-0,666) : (1,666-3,333);
AlCl₃ : Al₂O₃=(0,666-1,333) : (0,666-1,333) и
AlCl₃ : Al₂O₃=(0,333-0,666) : (0,833-1,666). 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку ведут при комнатной температуре.