СТАБИЛЬНЫЕ НЕ СОДЕРЖАЩИЕ СОЛЕЙ ПОЛИАЛЮМИНИЯ ХЛОРСУЛЬФАТЫ Российский патент 2019 года по МПК C01F7/00 C02F1/52 B01D21/01 C01B17/45 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к полиалюминия хлорсульфатам (PACSs) и способам их получения и применения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Полиалюминия хлориды (PACls) и полиалюминия хлорсульфаты (PACSs) применяют при обработке воды и при производстве бумаги, антиперспирантов, продуктов питания и фармацевтических продуктов. В способах обработки сточных вод указанные соединения служат в качестве флокулянтов и коагулянтов. Способы получения полиалюминия хлоридов и полиалюминия хлорсульфатов с характеристиками, подходящими для обработки воды, были описаны в ряде предыдущих публикациях, в том числе: в патенте США №5246686; патенте США №4981673; патенте США №5076940; патенте США №3929666; патенте США №5348721; патенте США №6548037; патенте США №5603912; и патенте США №5985234.

[0003] Низкоосновные PACls (с основностью от 0 до 45%) являются очень стабильными в растворе, но могут также быть очень коррозийными. Они обычно образуют маленькие хлопья, понижают рН и требуют высокой концентрации по сравнению с другими продуктами, применяемыми при обработке воды. Высокоосновные PACls (с основностью от 45 до 75%) являются несколько лучшими коагулянтами при обработке воды, но их производство может стоить дороже и они имеют ограниченный срок хранения. Высокоосновный хлоргидрат алюминия (с основностью 83%) решает большинство проблем, имеющихся у его аналогов с более низкой основностью, но не эффективен в качестве коагулянта в холодной воде или очень мутной воде.

[0004] Напротив, PACSs представляют собой высокоэффективные коагулянты и хорошо работают в холодных или очень мутных водах. Основная проблема с указанными соединениями состоит в том, что они имеют ограниченный срок хранения и быстро разлагаются при повышенных температурах. PACSs можно получить путем расщепления алюмината натрия в растворе основных хлорсульфатов алюминия. Однако такой способ приводит к образованию не менее от 5 до 10% хлорида натрия и сульфата натрия в качестве побочного продукта, который становится примесью при операциях по обработке воды и вызывает повышение содержания хлорида и натрия в обработанных водах. Соли, представляющие собой побочный продукт, также понижают концентрацию PACSs и сокращают срок хранения указанных продуктов.

[0005] В качестве альтернативы, PACS можно получить путем смешивания извести со смесью растворов хлорида алюминия и сульфата алюминия. В этом случае получают побочный продукт в виде сульфата кальция или гипса, который необходимо утилизировать. При применении такой технологии также трудно обеспечить основность более 50%.

[0006] Как упомянуто ранее, растворы PACls или PACSs часто применяют в процессах обработки воды. Однако воды с высоким массовым отношением хлорида к сульфату (CSMR) могут вызвать электрохимическую коррозию припоя и тем самым создать более высокие уровни свинца в питьевой воде (Edwards, et al., JAWWA 99(7): 96-109 (July 2007)). Применение всех хлоридных PACls и PACS с низким содержанием сульфата может ухудшить эту проблему, так же как и применение PACSs, содержащих хлорид натрия в качестве побочного продукта.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Настоящее изобретение относится к полиалюминия хлорсульфатам (PACSs), имеющим высокую основность и которые имеют высокое процентное содержание по массе сульфата. PACSs получают путем добавления твердого гидроксихлорида алюминия к водному раствору сульфата алюминия или путем разбавления водой смеси твердого сухого сульфата алюминия и гидроксихлорида алюминия. Настоящее изобретение включает способы применения PACS, полученного с помощью указанных процедур, при обработке воды, а также включает упаковки, содержащие сухой гидроксихлорид алюминия и сульфат алюминия, как в виде отдельных компонентов, так и в виде смеси.

[0008] Настоящее изобретение основано на разработке способов получения полиалюминия хлорсульфатов (PACS), имеющих высокое процентное содержание по массе сульфата, высокую основность и содержащих низкие уровни хлорида натрия и сульфата натрия. Важно отметить, что указанные способы включают применение двух компонентов, сульфата алюминия и гидроксихлорида алюминия, которые можно поддерживать в сухом твердом состоянии до их непосредственного применения при получении PACSs. В результате указанные компоненты можно перевозить в сухом состоянии (либо в смешанной, либо в несмешанной форме) без транспортировки воды и они менее подвержены разложению при нагревании. Композиции для обработки воды, содержащие PACS согласно настоящему изобретению, работают эффективно в холодной или мутной воде и являются эффективными в широком диапазоне рН. Наконец, поскольку PACSs согласно настоящему изобретению имеют высокую долю сульфата в массовом отношении, они с меньшей вероятностью способствуют высоким уровням свинца в питьевой воде, чем PACS с низким отношением.

[0009] В первом аспекте настоящее изобретение относится к композициям, содержащим PACS, содержание сульфата в которых составляет от 0,5% до 13% по массе или более в случае продукта в растворе или от 2% до 30% по массе в случае сухого продукта и основность составляет от 65% до 70% для первого варианта реализации изобретения или от 58% до 62% для второго варианта реализации изобретения. Указанные композиции дополнительно характеризуются тем, что содержат менее 1,0%, предпочтительно менее 0,5% или менее 0,2% и наиболее предпочтительно менее 0,1% хлорида натрия и менее 1,0%, предпочтительно менее 0,5% или менее 0,2% и наиболее предпочтительно менее 0,1% сульфата натрия по массе. PACS согласно настоящему изобретению имеет формулу: Al(OH)_xCl_(3-x-2y)(SO₄)_y, (формула I), в которой:

[0010] x составляет от 1,78 до 2,02;

[0011] у составляет от 0,03 до 0,45;

[0012] х+у/2 составляет от 1,8 до 2,1;

[0013] отношение Al к SO₄ составляет от 2 до 34; отношение Al к Cl составляет от 0,9 до 3,0; и отношение Al к ОН составляет от 0,5 к 0,6;

[0014] основность составляет от 55 до 70%; и

[0015] средняя молекулярная масса больше или равна 95 и меньше или равна 111.

[0016] Предпочтительные PACSs формулы I можно охарактеризовать следующим образом:

[0017] PACS 1: x=1,78-1,82; 3-х-2у=0,35-1,1; у=0,065-0,45; и х+у/2=1,83-2,02;

[0018] PACS 2: x=1,95-2,02; 3-х-2у=0,6-1,0; у=0,03-0,20; и х+у/2=1,95-2,1.

[0019] Согласно другому варианту реализации настоящее изобретение относится к способу получения композиций, описанных выше, включающему стадии: а) добавления твердого гидроксихлорида алюминия с основностью от 55 до 83% к водному раствору сульфата алюминия с получением молочно-белой суспензии; и b) поддержания молочно-белой суспензии в течение периода времени, достаточного (как правило, от 2 до 16 часов, предпочтительно от 3 до 6 часов) для получения прозрачного раствора. Указанный способ следует осуществлять при температуре ниже 50 градусов Цельсия (например, при температуре от 5 до 50 градусов Цельсия) и предпочтительно при температуре от 10 до 40 градусов Цельсия и наиболее предпочтительно при температуре примерно от 20 до 25 градусов Цельсия. Водный раствор сульфата алюминия, применяемый в указанном способе, можно также получить путем растворения в воде твердого сульфата алюминия после добавления основного твердого гидроксихлорида алюминия. В расчете на сухую массу отношение гидроксихлорида алюминия к сульфату алюминия должно, как правило, составлять от 0,75 до 20 частей гидроксихлорида алюминия на 1 часть сульфата алюминия. Например, от 0,75 до 20 частей сухого гидроксихлорида алюминия можно добавлять на каждую одну часть сухого сульфата алюминия. Другие диапазоны включают от 5,0 до 10,0 частей сухого гидроксихлорида алюминия на каждую часть сухого сульфата алюминия и от 10,0 до 20 частей сухого гидроксихлорида алюминия на каждую часть сухого сульфата алюминия. Необязательно, полученный прозрачный получают путем перемешивания молочно-белой суспензии при постепенном увеличении ее температуры.

[0020] Композиции также можно получить путем: а) растворения смеси твердого сульфата алюминия и твердого гидроксихлорида алюминия в воде с получением молочно-белой суспензии; и затем b) поддержания молочно-белой суспензии в течение периода времени, достаточного для образования суспензией прозрачного раствора. Указанный способ следует предпочтительно осуществлять при температурах, указанных выше, при этом твердый сульфат алюминия можно растворить в воде перед добавлением твердого гидроксихлорида алюминия. Можно использовать те же отношения гидроксихлорида алюминия к сульфату алюминия, которые обсуждались выше.

[0021] В другом аспекте настоящее изобретение относится к упаковке, например, мешкам или цилиндрическим контейнерам, содержащей два компонента, твердый сухой сульфат алюминия и твердый сухой гидроксихлорид алюминия, которую можно использовать для получения коагулянта PACS для обработки сточных вод. Упаковка может иметь форму одного контейнера, содержащего твердый сульфат алюминия и твердый гидроксихлорид алюминия в форме сухой смеси (например, твердый гидроксихлорид алюминия, содержащий менее 3 молекул гидратационной воды). Отношение твердого сульфата алюминия к твердому гидроксихлориду алюминия в смеси таково, что при добавлении воды можно получить раствор, содержащий PACS формулы (I): Al(OH)_xCl_(3-x-2y)(SO₄)_y, в котором:

[0022] x составляет от 1,78 до 2,02;

[0023] у составляет от 0,03 до 0,45;

[0024] х+у/2 составляет от 1,8 до 2,1;

[0025] отношение Al к SO₄ составляет от 2 до 34; отношение Al к Cl составляет от 0,9 до 3,0; и отношение Al к ОН составляет от 0,5 до 0,6;

[0026] основность составляет от 55 до 70%; и средняя молекулярная масса больше или равна 95 и меньше или равна 111; и

[0027] раствор содержит менее 0,1% хлорида натрия по массе и менее 0,1% сульфата натрия по массе.

[0028] В пересчете на сухие массы твердого сульфата алюминия и твердого гидроксихлорида алюминия в сухих смесях, содержащихся в упаковках, можно использовать отношение от 0,75 до 20 частей сухого гидроксихлорида алюминия на 1 часть сухого сульфата алюминия. Примеры диапазонов включают: от 0,75 до 5,0 частей сухого гидроксихлорида алюминия на одну часть сухого сульфата алюминия; от 5,0 до 10,0 частей сухого гидроксихлорида алюминия на каждую часть сухого сульфата алюминия; и от 10,0 до 20,0 частей сухого гидроксихлорида алюминия на каждую часть сухого сульфата алюминия.

[0029] Согласно предпочтительным вариантам реализации изобретения получают растворы, содержащие PACS 1 или 2, параметры формулы (I) которых являются следующими:

[0030] РАСS 1: x=1,8-1,9; 3-х-2у=0,72-0,78; у=0,18-0,22; и х+у/2=1,9-2,0;

[0031] РАСS 2: x=2,0-2,3; 3-х-2у=0,6-1,0; у=0,01-0,10; и х+у/2=2,0-2,4.

[0032] В другом аспекте настоящее изобретение включает способ обработки воды для удаления примесей путем добавления к воде достаточного количества PACS, описанного выше, для коагулирования и флоккулирования примесей и последующего отделения воды от коагулированного или флоккулированного материала. Необходимое количество PACS можно определить, использую процедуры, хорошо известные в данной области техники, при этом отделение можно обеспечить с помощью стандартных процедур, например, процедур, позволяющих осаждать коагулированные или флоккулированные материалы и/или использующих фильтрационные способы.

[0033] Начиная с твердых сухих компонентов, общая процедура включает получение водного раствора из твердого сульфата алюминия и твердого гидроксихлорида алюминия (как описано выше) и затем добавление указанного раствора в сточные воды для коагулирования примесей. Например, согласно предпочтительному варианту реализации изобретения предложенный способ включает: а) растворение твердого сульфата алюминия в воде с получением раствора; b) подмешивание твердого гидроксихлорида алюминия с основностью от 62 до 83% в раствор сульфата алюминия, полученный на стадии а), с образованием молочно-белой суспензии, содержащей PACS; с) поддержание молочно-белой суспензии в течение периода времени, достаточного для образования суспензией прозрачного раствора; и d) добавление прозрачного раствора, полученного на стадии с), в сточные воды для коагулирования или флоккулирования примесей.

[0034] PACS, применяемый в процедурах обработки воды, должен иметь характеристики, описанные выше. В частности, PACS должен иметь формулу: Al(ОН)_xCl_(3-х-2y)(SO₄)_y, (I), где: x больше или равен 1,78 и меньше или равен 2,02; у больше или равен 0,03 и меньше или равен 0,45; х+у/2 больше или равен 1,83 и меньше или равен 2,02; и основность составляет от 55% до 70%. Предпочтительная молекулярная масса PACS больше или равна 95 и меньше или равна 111. Отношения элементов в PACS могут составлять: Al:SO₄=2-34; Al:Cl=0,9-3,0; и Al:ОН=0,5-0,6.

Определения

[0035] Полиалюминия хлориды или основные хлориды алюминия: Полиалюминия хлориды представляют собой продукты гидроксида-хлорида алюминия, AlCl(ОН)₂, AlCl₂(OH) и Al₂Cl(ОН)₅. Типичная формул представляет собой: Al₂Cl_6-n(ОН)_m, где n=1-5,1. Считается, что при разбавлении указанных продуктов образуются полимерные соединения, такие как: Αl₁₃Ο₄ (OH)₂₄(H₂O)₁₂+7Cl.

[0036] Полиалюминия хлорсульфаты или основные хлорсульфаты алюминия: Указанные соединения могут быть наилучшим образом описаны формулой: Al(ОН)_xCl_(3-х-2y)(SO₄)_y, где x=1-2 и у больше 0 и меньше или равен 0,5. Полимерные соединения, образующиеся при разбавлении, можно изобразить как: Al₁₃O₄(OH)₂₄(H₂O)₁₂+5Cl+SO₄.

[0037] Основность в процентах: Как обычно применяют в данной области техники, основность в процентах определяют как (% ОН)(52,91)/(% Al). На молярном уровне основность в процентах можно выразить как ((ОН)/(Al))/3, умноженное на 100. Таким образом, Al(ОН)(H₂O)₅+2Cl имеет основность, составляющую 33%. Основности, обсуждаемые в этом тексте в связи с продуктами, полученными согласно настоящей процедуре, отражают основности, рассчитанные по формуле на основе содержания гидроксида.

[0038] Сухой сульфат алюминия: Сухой сульфат алюминия представляет собой твердое соединение кристаллизованного, гидратированного сульфата алюминия. Его можно получить из тригидрата оксида алюминия, глин или боксита. Как правило, сухой сульфат алюминия содержит 14,3 молекул гидратационной воды, но коммерчески доступными также являются сульфаты с 6,5 и 18 молекулами гидратационной воды. Такие продукты обычно содержат небольшое количество гидроксида алюминия, обычно менее 1% железа (в пересчете на Fe₂O₃) и некоторое количество нерастворимых примесей, варьирующее в зависимости от производителя и марки. Для ограничения количества примесей в продукте PACs предпочтительно использовать сульфат алюминия, произведенный из гидроксида алюминия.

[0039] Растворы сульфата алюминия: Растворы сульфата алюминия представляют собой растворы сухого сульфата алюминия, содержащие примерно 48,5 масс. % сульфата алюминия, содержащего 14,3 молекул гидратационной воды. Они широко доступны на рынке и могут содержать до 0,5% гидроксида алюминия и до 1% Fe₂O₃.

[0040] Твердый гидроксихлорид алюминия: Указанные соединения представляют собой соединения формулы: Al₂(OH)_n(Cl)_6-n-zH₂O, где n больше или равен 3 и меньше или равен 5,1 и z больше нуля и меньше или равен 3. Количество молекул гидратационной воды меняется в зависимости от основности твердого гидроксихлорида алюминия, при этом количество молекул гидратационной воды уменьшается при увеличении основности. Например, соединение с основностью 70% будет содержать примерно 1,2 молекулы гидратационной воды, тогда как соединение с основностью 80% будет содержать примерно 0,5 молекул гидратационной воды. Указанные соединения можно получить при разложении гексагидрата хлорида алюминия до требуемой основности.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Полиалюминия хлорсульфаты

[0041] Настоящее изобретение относится к композициям высокосульфатированного, высокоосновного полиалюминия хлорсульфата (PACS), по существу не содержащим (менее 0,5% и предпочтительно менее 0,1% или 0,05%) побочных продуктов в виде солей. Указанные композиции являются высокоэффективными при удалении примесей из воды и сточных вод. PACS имеют химическую формулу: Al(ОН)_xCl_(3-x-2y)(SO₄)_y, (I), где: 1,78≤x≤2,02; 0,03≤у≤0,45; и 1,8≤х+у/2≤2,1. Отношения предпочтительно составляют: Al:SO₄=2-34 Al:Cl=0,9-3,0; и Al:ОН=0,5-0,6. Основность должна составлять от 55 до 70% по массе (определенная как х/3n) и молекулярная масса предпочтительно составляет по меньшей мере 95 и меньше или равна 111. Конкретные PACSs согласно настоящему изобретению включают: Al(OH)_1,83Cl_0,75(SO₄)_0,21; и Al(OH)_2,01Cl_0,93(SO₄)_0,03.

Способы получения PACSs

[0042] Настоящее изобретение включает способ получения полиалюминия хлорсульфата путем подмешивания сухого твердого гидроксихлорида алюминия в водный раствор сульфата алюминия. Сульфат алюминия можно приобрести на рынке или синтезировать, используя способы, хорошо известные в данной области техники. Сульфат алюминия получают путем обработки источника алюминия (тригидрата оксида алюминия, боксита и т.п.) в растворе, содержащем примерно 50% масс. серной кислоты. Смесь взаимодействует до тех пор, пока в растворе имеется небольшой избыток гидроксида алюминия.

[0043] Растворы жидкого сульфата алюминия, подходящего для получения PACSs, можно приготовить из раствора расплавленного сульфата алюминия путем разбавления его до содержания оксида алюминия примерно 8,3%. Сухой сульфат алюминия, подходящий для получения PACSs, можно приготовить путем охлаждения расплавленного сульфата алюминия и затем измельчения до обеспечения подходящих характеристик помола при концентрации оксида алюминия 17%. Перед добавлением твердого гидроксихлорида алюминия полученное вещество следует разбавить водой до обеспечения конечной концентрации от 1 до 70 масс. % эквивалента жидкого сульфата алюминия в воде. Количество воды зависит от основности твердого гидроксихлорида алюминия и требуемой концентрации PACS. Если PACS собираются использовать на месте, его можно получить настолько разбавленным, насколько это практически возможно, но если его собираются транспортировать в другое место, концентрация раствора должна быть максимальной. Растворы PACS можно получить с содержанием оксида алюминия вплоть до 20% или выше. Согласно первому варианту реализации изобретения перед добавлением твердого гидроксихлорида алюминия сухой сульфат алюминия можно разбавить до концентрации от 70 до 100% эквивалента жидкого сульфата алюминия в воде. Согласно второму варианту реализации изобретения перед добавлением твердого гидроксихлорида алюминия сухой сульфат алюминия можно разбавить до концентрации от 30 до 70% эквивалента жидкого сульфата алюминия в воде. Согласно третьему варианту реализации изобретения перед добавлением твердого гидроксихлорида алюминия сухой сульфат алюминия можно разбавить до концентрации от 4 до 30% эквивалента жидкого сульфата алюминия в воде.

[0044] Твердый гидроксихлорид алюминия, применяемый при получении PACSs, можно получить путем термического разложения гексагидрата хлорида алюминия в сушилке с псевдосжиженным слоем до достижения требуемой основности. Такой способ можно представить с химической точки зрения следующим образом:

2AlCl₃-6Н₂О → Тепло → Al₂(OH)_nCl_(6-n)(H₂O)+H₂O+nHCl

[0045] Конечная основность гидроксихлорида алюминия должна предпочтительно составлять от 62 до 83%, при этом указанный гидроксихлорид алюминия должен содержать молекулы гидратационной воды в количестве от 0 до 1,5, предпочтительно от 0,5 до 1,2 и наиболее предпочтительно от 0,8 до 1,2. Его следует добавлять к раствору сульфата алюминия при перемешивании раствора с помощью любого из устройств, известных в данной области техники для этой цели.

[0046] Перемешивание твердого гидроксихлорида алюминия следует продолжать до тех пор, пока он в основном не растворится и пока конечный раствор не приобретет вид от прозрачного до немного мутного. При выполнении перемешивания при примерно комнатной температуре указанный процесс обычно займет от 3 до 8 часов. При необходимости, раствор можно слегка нагреть для ускорения осветления, но температура предпочтительно не должна превышать 50 градусов Цельсия. В общем, температура от 10 до 40 градусов Цельсия представляет собой хороший диапазон для проведения указанной реакции при атмосферном давлении.

[0047] В качестве альтернативы, PACSs согласно настоящему изобретению можно получить из сухой твердой смеси сульфата алюминия и гидроксихлорида алюминия. Гидроксихлорид алюминия должен иметь основность от 62 до 83% и может присутствовать в смеси, например, при отношении от 40 граммов на грамм сульфата алюминия до 2 граммов на грамм сульфата алюминия. Смесь следует разбавить водой до обеспечения конечной концентрации PACS от 20% до 40% и перемешивать до тех пор, пока весь сульфат алюминия и гидроксихлорид алюминия не растворятся. Все другие параметры и процедуры такие же, как и те, что описаны выше.

[0048] Процедуры, описанные выше, должны привести к получению PACSs с содержанием сульфата по меньшей мере 0,5% по массе (например, от 6 до 8%) и основностью 55% или больше (например, от 58 до 75%). Наиболее типично, раствор PACS добавят к сырой воде или сточным водам для коагулирования и удаления примесей. Как правило, PACSs подмешивают в сырую воду при дозировке от 10 до 100 мг/л. Воду обычно быстро смешивают с PACS и затем медленно перемешивают в течение нескольких минут. Затем перемешивание прекращают и оставляют примеси, которые были притянуты к PACS, осаждаться в нижней части воды. Далее надосадочную жидкость отфильтровывают и продолжают выполнять остальную часть процесса обработки. PACS можно использовать при обработке сточных вод для удаления фосфористых соединений и/или примесей. При применении с этой целью обычно используют от 50 до 300 мг PACS на литр сточных вод.

Преимущества

[0049] Высокосульфатированные PACSs согласно настоящему изобретению являются высокоэффективными в качестве флокулянтов в процедурах обработки воды и должны проявлять меньшую склонность к увеличению уровней свинца в воде, чем PACls или PACS с более низким процентным содержанием сульфатов. Типичные высокоосновные PACSs получают путем расщепления алюмината натрия в растворе основных хлорсульфатов алюминия. Поскольку указанные продукты разлагаются с температурой, PACSs частично разлагаются под действием тепла, выделяющегося при расщеплении, и тепла реакции нейтрализации между щелочным алюминатом и кислыми основными хлорсульфатами алюминия. Напротив, продукты согласно настоящему изобретению получают при низких температурах, что, тем самым позволяет избежать теплового разложения. PACSs предпочтительно получают из твердых компонентов, которые можно транспортировать в сухом состоянии и которые взаимодействуют после получения покупателем. Это должно уменьшить транспортные затраты, минимизировать разложение вследствие тепла и/или хранения и позволяет конечным потребителям сохранять большее количество запасов. PACS, описанный в настоящем документе, должен быть стабильным в течение длительных периодов времени, работать эффективно в холодной или мутной воде и быть эффективным в широком диапазоне рН.

ПРИМЕРЫ

Пример I

[0050] В 600 мл стакане 130 граммов коммерчески доступного жидкого сульфата алюминия (8,3% Al₂O₃) разбавляли 202 граммами воды. Содержимое стакана перемешивали на магнитной мешалке, в стакан добавляли 146 граммов порошка твердого гидроксихлорида алюминия (42% Al₂O₃, основность 71%). Раствор оставляли перемешиваться в течение 24 часов, после чего молочно-белый раствор становился прозрачным. Из указанного раствора получали раствор PACS с основностью 60,5%, содержащий 15% Al₂O₃ и 6,3% сульфата.

Пример 2

[0051] В сосуде емкостью в 1 пинту (0,57 л) смешивали 350 граммов порошка твердого гидроксихлорида алюминия (41% Al₂O₃, основность 70%) с 50 граммами сухих квасцов (17% Al₂O₃). Это позволило получить сухой PACS с основностью 66%, содержащий 38% Al₂O₃ и 6% сульфата. Через шесть месяцев содержимое сосуда переносили в однолитровый стакан, содержащий 600 мл воды, при перемешивании на магнитной мешалке. Раствор оставляли для перемешивания на 24 часа, после чего молочно-белый раствор становился прозрачным. Из указанного раствора получали раствор PACS с основностью 66,1%, содержащий 15,2% Al₂O₃ и 2,4% сульфата.

[0052] Все ссылки, приведенные в настоящем документе, включены в полном объеме посредством ссылки. Теперь, после полного описания настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что предложенное изобретение можно реализовать на практике в пределах широкого и эквивалентного диапазона условий, параметров и т.п., не затрагивая сущность и объем настоящего изобретения или любого варианта его реализации.

Группа изобретений может быть использована при обработке сточных вод в качестве флокулянтов и коагулянтов. Композиции высокосульфатированных, высокоосновных полиалюминия хлорсульфатов (PACS) имеют основность от 55 до 75% и формулу:

Al(OH)_xCl_(3-x-2y)(SO₄)_y, где 1,78≤х≤2,02, 0,03≤у≤0,45 и 1,8≤х+у/2≤2,1; отношение Al:SO₄ составляет от 2 до 34; отношение Al:Cl составляет от 0,9 до 3,0; отношение Al:OH составляет от 0,5 до 0,6 и средняя молекулярная масса PACS больше или равна 95 и меньше или равна 111. Кроме того, соли, присутствующие в композиции PACS, включают от 0 до 1,0% хлорида натрия по массе и от 0 до 1,0% сульфата натрия по массе. Композиции получают путем смешивания твердого гидроксихлорида алюминия, содержащего 1,5 или менее молей гидратационной воды, с водным раствором сульфата алюминия и выдерживания полученной суспензии в течение периода времени, достаточного для превращения суспензии в прозрачный или немного мутный раствор. Упаковку в виде контейнера, содержащую смесь двух компонентов - гидроксихлорида алюминия и сульфата алюминия, используют при обработке сточных вод. Указанная смесь содержит от 0,75 до 20 частей гидроксихлорида алюминия на 1 часть сульфата алюминия в расчете на сухую массу, и указанный гидроксихлорид алюминия содержит менее 3 молей гидратационной воды. Изобретения обеспечивают высокую эффективность и стабильность полученных композиций в качестве устойчивых к нагреванию коагулянтов при работе с холодными или очень мутными водами в широком диапазоне рН. 8 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Композиция, содержащая полиалюминия хлорсульфат (PACS), имеющий основность от 55 до 75% и формулу (I):

где 1,78≤х≤2,02, 0,03≤у≤0,45 и 1,8≤х+у/2≤2,1;

отношение Al:SO₄ составляет от 2 до 34; отношение Al:Cl составляет от 0,9 до 3,0;

отношение Al:OH составляет от 0,5 до 0,6 и

средняя молекулярная масса PACS больше или равна 95 и меньше или равна 111, и при этом соли, присутствующие в композиции PACS, включают от 0 до 1,0% хлорида натрия по массе и от 0 до 1,0% сульфата натрия по массе.

2. Композиция PACS по п. 1, дополнительно включающая сульфат в количестве от 2,0 до 30% по массе в сухом состоянии.

3. Композиция PACS по п. 2, где

a) х составляет от 1,78 до 1,82; 3-х-2у составляет от 0,35 до 1,1; у составляет от 0,065 до 0,45; и х+у/2 составляет от 1,83 до 2,02 или

b) х составляет от 1,95 до 2,02; 3-х-2у составляет от 0,6 до 1,0; у составляет от 0,03 до 0,20; и х+у/2 составляет от 1,95 до 2,1.

4. Композиция PACS по п. 2, где

a) х составляет 1,83; у составляет 0,21; и 3-х-2у составляет 0,75; или

b) х составляет 2,01; у составляет 0,03; и 3-х-2у составляет 0,93.

5. Композиция PACS по п. 1 в сухой форме, в которой содержание Al₂O₃ составляет от 14 до 38% и основность составляет от 55 до 70%.

6. Композиция PACS по п. 1, содержащая от 14 до 15, от 15 до 16, от 17 до 20 или от 20 до 28 мас.% Al₂O₃ в расчете на сухую массу.

7. Композиция PACS по п. 1, в которой отношение Al к SO₄ в расчете на сухую массу составляет от 2 до 34 частей Al на 1 часть SO₄.

8. Композиция, содержащая полиалюминия хлорсульфат (PACS), полученная способом, включающим:

a) смешивание твердого гидроксихлорида алюминия, содержащего 1,5 или менее молей гидратационной воды, с водным раствором сульфата алюминия с получением водной молочно-белой суспензии, при этом отношение гидроксихлорида алюминия к сульфату алюминия в расчете на сухую массу составляет от 0,75 до 20 частей гидроксихлорида алюминия на 1 часть сульфата алюминия; и

b) выдерживание молочно-белой суспензии, полученной на стадии а), в течение периода времени, достаточного для того, чтобы молочно-белая суспензия превратилась в прозрачный или немного мутный раствор;

при этом PACS имеет основность от 55 до 75% и формулу (I):

где 1,78≤х≤2,02, 0,03≤у≤0,45 и 1,8≤х+у/2≤2,1;

отношение Al:SO₄ составляет от 2 до 34; отношение Al:Cl составляет от 0,9 до 3,0;

отношение Al:OH составляет от 0,5 до 0,6 и

средняя молекулярная масса PACS больше или равна 95 и меньше или равна 111; и при этом содержание сульфата в композиции PACS составляет от 2,0 до 30% по массе, и соли, присутствующие в композиции PACS, включают от 0 до 1,0% хлорида натрия по массе и от 0 до 1,0% сульфата натрия по массе.

9. Способ получения композиции, содержащей полиалюминия хлорсульфат (PACS), по п. 1, включающий:

a) обеспечение водного раствора сульфата алюминия и водного раствора гидроксихлорида алюминия;

b) подмешивание водного раствора сульфата алюминия в водный раствор гидроксихлорида алюминия с получением молочно-белой суспензии и

c) выдерживание молочно-белой суспензии, полученной на стадии b), в течение периода времени, достаточного для того, чтобы суспензия превратилась в раствор от прозрачного до немного мутного;

при этом указанная смесь содержит от 0,75 до 20 частей гидроксихлорида алюминия на 1 часть сульфата алюминия.

10. Способ получения композиции, содержащей полиалюминия хлорсульфат (PACS), по п. 1, включающий:

a) обеспечение твердого гидроксихлорида алюминия и водного сульфата алюминия;

b) смешивание твердого гидроксихлорида алюминия с водным сульфатом алюминия с получением водной молочно-белой суспензии, при этом отношение гидроксихлорида алюминия к сульфату алюминия в расчете на сухую массу составляет от 0,75 до 20 частей гидроксихлорида алюминия на 1 часть сульфата алюминия; и

c) выдерживание молочно-белой суспензии, полученной на стадии b), в течение периода времени, достаточного для того, чтобы молочно-белая суспензия превратилась в раствор, содержащий PACS, от прозрачного до немного мутного.

11. Способ получения композиции, содержащей полиалюминия хлорсульфат (PACS), по п. 1, включающий:

a) обеспечение смеси твердого сульфата алюминия и твердого гидроксихлорида алюминия в количестве, достаточном для обеспечения отношения гидроксихлорида алюминия к сульфату алюминия, составляющего от 0,75 до 20 частей гидроксихлорида алюминия на 1 часть сульфата алюминия в расчете на сухую массу;

b) перемешивание смеси, полученной на стадии а), в воде с получением молочно-белой суспензии и

c) выдерживание молочно-белой суспензии, полученной на стадии b), в течение периода времени, достаточного для того, чтобы суспензия превратилась в раствор от прозрачного до немного мутного.

12. Способ по п. 9, 10 или 11, отличающийся тем, что твердый гидроксихлорид алюминия, полученный на стадии а), имеет основность от 62 до 83%.

13. Способ по п. 9, 10 или 11, отличающийся тем, что твердый гидроксихлорид алюминия, полученный на стадии а), содержит от 1 до 3 молей гидратационной воды.

14. Способ по п. 9, 10 или 11, отличающийся тем, что твердый гидроксихлорид алюминия, полученный на стадии а), содержит 1,5 или менее молей гидратационной воды.

15. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что стадии смешивания и выдерживания выполняют при температуре от 5 до 50 градусов Цельсия или от 10 до 40 градусов Цельсия.

16. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что прозрачный раствор получают на стадии с) путем перемешивания молочно-белой суспензии при постепенном увеличении ее температуры до получения прозрачного раствора.

17. Композиция, содержащая PACS, полученная способом по любому из пп. 9-16.

18. Упаковка в виде контейнера, содержащего смесь двух компонентов для получения композиции, содержащей полиалюминия хлорсульфат (PACS), по любому из пп. 1-8 или 17 для обработки сточных вод, при этом указанная смесь содержит от 0,75 до 20 частей гидроксихлорида алюминия на 1 часть сульфата алюминия в расчете на сухую массу, и указанный гидроксихлорид алюминия содержит менее 3 молей гидратационной воды.

19. Способ обработки воды для удаления примесей, включающий: добавление к воде, предназначенной для обработки, композиции PACS по любому из пп. 1-8 или 17 или упаковки по п. 18, что тем самым приводит к удалению примесей из обрабатываемой воды.