СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОСИЛИКАТНОГО ФЛОКУЛЯНТА Российский патент 2001 года по МПК C02F1/52 B01D21/01 C02F103/02 

Изобретение относится к области подготовки воды для промышленного и хозяйственного водоснабжения.

Известны способы приготовления активированной кремниевой кислоты (АК) различными активаторами (Кульский Л.А., Накорчевская В.Ф., Слипченко В.А. Активированная кремнекислота и проблема качества воды. - Киев: Наукова думка, 1969, - 238 с.) посредством нейтрализации жидкого стекла Na₂O•MSiO₂•xH₂O различными реагентами. Протекающие при этом реакции нейтрализации обобщенно можно представить следующей формулой:
2HA + Na₂O•MSi0•xH₂O+H₂O = 2Na₂A•M[SiO₂]•yH₂O,
где M - силикатный модуль жидкого стекла,
A - анион кислоты.

Активаторы представляют собой ряд веществ, таких как минеральные кислоты (H₂SO₄, HCl); их ангидриды (Cl₂, SO₂, CO₂); кислые соли (NaHSO₄, NaHCO₃) и соли (AlCl₃, Al₂(SO₄)₃, FeCl₃, Fe₂(SO₄)₃, Na₂SiF₆ и др.), в результате гидролиза которых образуются кислоты. AK может быть получена также методом электролиза и пропусканием раствора силиката натрия через ионообменные смолы - катиониты.

Существующие ранее способы приготовления AK применяются исключительно локально на очистных сооружениях водопроводов.

Наиболее близким техническим решением является способ получения АК путем активации раствора силиката натрия раствором сульфата алюминия (см. Кульский Л. А., Накорчевская В.Ф., Слипченко В.А. Активированная кремнекислота и проблема качества воды. Киев: Наукова думка, 1969, - 16 с.). Протекающую при этом химическую реакцию можно представить следующим уравнением:
3(Na₂O•MSiO₂)•xH₂O + Al₂(SO₄)₃ + H₂O ----> n[SiO₂]•yH₂O + [Al₂O₃•mSiO₂] •zH₂O + 3Na₂SO₄,
где M - силикатный модуль силиката натрия,
x, n, y, z - коэффициенты в уравнении реакции.

Однако данный способ имеет существенные недостатки:
сложность и незначительность по времени хранения исходных продуктов в жидком виде;
растворы активированной кремнекислоты готовы к употреблению через 2...3 часа после смешения и сохраняют свою технологическую активность в течение 8. ..10 часов;
многие из перечисленных выше активаторов являются сильно агрессивными реагентами, что влечет за собой создание специальных условий, обеспечивающих безопасное производство и удорожание технологии получения.

Таким образом, из - за данных недостатков и бурного развития химической промышленности, позволяющей синтезировать органические флокулянты с заранее заданными свойствами, распространение AK было незначительным.

Сущность изобретения заключается в том, что способ получения раствора алюмосиликатного флокулянта, включающий приготовление раствора из силиката натрия раствором сульфата алюминия, отличается от приготовления AK тем, что исходные компоненты смешиваются в сухом виде при соотношении [гидратированный силикат натрия: сульфат алюминия] = [7,14: 4,0], при использовании полученная смесь активируется водой в соотношении (смесь: вода) = (1: 6,62), с величиной частиц в смеси не более 0,5 мм, затворение смеси производится водой с pH = 6,5-8,5 и общей щелочностью 4,7-5,3 мг•экв/л, температурой 10-20^oC, в условиях механического перемешивания с градиентом скорости до 500 с^-1 в течение 0,75-1 часа.

Касательное напряжение при этом составило не более 500 Н/м². В процессе затворения и активации щелочность силиката натрия нейтрализуется на 76%.

Данное изобретение отличается от ранее известных способов приготовления AK тем, что получают таковую посредством затворения сухой смеси [гидратированный силикат натрия: сульфат алюминия] = [7,14: 4,0] водой в условиях механического перемешивания. При этом затворение сухой смеси позволяет:
1) получать высокоэффективный раствор флокулянта с продленным сроком технологической активности;
2) затворение водой с pH = 6,5-8,5, температурой 10-20^oC, общей щелочностью 4,7-5,3 мг•экв/л благоприятствует оптимальному протеканию процесса полимеризации раствора флокулянта;
3) благодаря размеру частиц смеси, превышающему 0,5 мм, растворение компонентов смеси протекает одинаковой равномерностью и интенсивностью.

В процессе механического перемешивания происходит активация силиката натрия сульфатом алюминия. Срок технологической активности полученного раствора алюмосиликатного флокулянта составляет не менее 30 суток по сравнению со сроком технологической активности раствора AK, соответствующим 8-10 часам.

ПРИМЕР
Процесс приготовления раствора алюмосиликатного флокулянта включает следующие этапы:
составление смеси на предприятии химической промышленности;
затворение водой смеси на месте использования с механическим перемешиванием в мешалке, служащей одновременно полимеризатором в течение 0,75-1 часа.

Для приготовления 1 кг смеси необходимо гидратированного силиката натрия в количестве 641,51 г, соответствующего ТУ 6-18161-82 "Метасиликат натрия" и сульфата алюминия в количестве 358,49 г, соответствующего ГОСТ 3758-65 "Алюминий сернокислый".

Составленная таким образом смесь упаковывается в полиэтиленовые мешки и отгружается потребителю.

На месте использования смесь помещается в специальную мешалку, где затворяется водой в соотношении (смесь: вода) = (1: 6,62), в условиях механического перемешивания, с градиентом скорости 450 с^-1. Для данных соотношений затворение следует производить водой, с pH = 7,6, общей щелочностью 5,1 мг•экв/л. При соблюдении размера частиц смеси до 0,5 мм, в условиях механического перемешивания обеспечивается равномерность протекания процессов растворения компонентов и полимеризации.

Для приготовления 1 м³ 0,1% (по SiO₂) раствора алюмосиликатного флокулянта необходимо 151,06 кг порошковой смеси затворить 848,94 л воды.

Приготовленный раствор флокулянта на основе прототипа показал свою высокую активность в течение 1-ых суток. В дальнейшем его эффективность резко снизилась, в то время как флокулянт, приготовленный из смеси, сохранил свою высокую технологическую активность на протяжении 30 суток. Данные экспериментов приведены в таблице. Оценка технологической активности полученных растворов флокулянтов проводилась на специальном лабораторном стенде, аналогичном описанному в (Вейцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод. - М.: Стройиздат, 1984, - 200 с.) на искусственно замутненной воде. В качестве замутнителя использовались донные отложения р. Дон. Гидравлическая крупность частиц при этом составила 0,13 мм/с.

Изобретение относится к области подготовки воды для промышленного и хозяйственного водоснабжения. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения алюмосиликатного флокулянта включает приготовление смеси из гидратированного силиката натрия и кристаллогидрата сульфата алюминия, при этом исходные компоненты смешивают в сухом виде в соотношении (гидратированный силикат натрия : сульфат алюминия) = (7,14 : 4,0), при использовании полученную смесь активируют водой в соотношении (смесь : вода ) = (1 : 6,62), величина частиц в смеси не должна превышать 0,5 мм, при этом затворение водой производят с рН 6,5 - 8,5 и общей щелочностью 4,7 - 5,3 мг • экв/л, температурой 10 - 20°С, в условиях механического перемешивания с градиентом скорости не более 500 с^-1 в течение 0,75 - 1 ч. Способ обеспечивает получение раствора флокулянта, аналогичного активированной кремниевой кислоте, с высокими флокулирующими свойствами, с продленным сроком технологической активности флокулянта, в условиях минимального энергопотребления для его приготовления. 1 табл.

Способ получения алюмосиликатного флокулянта, включающий приготовление растворов из силиката натрия и сульфата алюминия, отличающийся тем, что вначале приготавливают смесь и компоненты смешиваются в сухом виде в соотношении (гидратированный силикат натрия : сульфат алюминия) = (7,14 : 4,00), при использовании полученная смесь активируется водой в соотношении (смесь : вода) = (1 : 6,62), при этом величина частиц в смеси не должна превышать 0,5 мм, затворение смеси производится водой с рН 6,5 - 8,5 и общей щелочностью 4,7 - 5,3 мгэкв/л, с температурой 10 - 20°С, в условиях механического перемешивания с градиентом скорости не более 500с^-1 в течение 0,75 - 1 ч.