Спосіб одержання коагулянта – основного сульфату алюмінію

Изобретение относится к области технологии неорганических веществ, в частности, к производству сульфата алюминия, который может быть использован в коммунальном хозяйстве и промышленности для очистки питьевых и сточных вод, а также в производстве катализаторов и адсорбентов. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения высокоэффективного коагулянта - основного сульфата алюминия [1]. Сущность способа заключается в разложении водной суспензии гидроксида алюминия 30% ной серной кислотой в автоклаве при непрерывной подаче острого пара при 100 120°C с последующей кристаллизацией готового продукта, содержащего 10,4 - 13,5% при охлаждении. Разложение гидроксида алюминия осуществляют в течение 120мин при молярном отношении и перемешивании с окружной скоростью мешалки 1100 - 2400м/ч. Однако применение пара для разложения пульпы гидроксида алюминия серной кислотой приводит к повышенным тепловым затратам (0,4 1,84ГДж на 1т продукта). Большая длительность процесса получения основного сульфата алюминия (270мин) состоит из длительности варки (120мин), обусловленной низкой концентрацией серной кислоты (см. таблицу, пример 27), и кристаллизации плава основного сульфата алюминия с содержанием 13,4% (150мин). Плавы с содержанием 10 - 12,5% оксида алюминия практически не кристаллизуются, что приводит к увеличению длительности процесса и падению производительности. В основу изобретения поставлена задача разработать способ получения коагулянта основного сульфата алюминия путем сульфатизации гидроксида алюминия с последующей кристаллизацией готового продукта, в котором проведение процесса сульфатизации в автоклавных условиях с использованием серной кислоты и разбавление продукта перед кристаллизацией обеспечило бы снижение тепловых затрат, ускорение процесса получения коагулянта при сохранении его выхода. Для решения поставленной задачи предложен способ получения коагулянта основного сульфата алюминия, включающий разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой при молярном отношении с последующей кристаллизацией продукта, отличающийся тем, что с целью снижения тепловых затрат, разложение водной суспензии гидроксида алюминия осуществляется концентрированной серной кислотой в автоклаве при содержании в реакционной масс 18 - 20% в автотермическом режиме и полученный продукт перед кристаллизацией разбавляют водой до содержания 16,8 - 17,5% Установлено, что при использовании реакционной массы с содержанием 18 - 20% оксида алюминия создаются условия, обеспечивающие протекание процесса в области температур 130 - 147°C без подвода тепла извне при одновременном ускорении процесса. Проведение процесса в автотермическом режиме при условиях, указанных в прототипе, практически невозможно из-за низких температур взаимодействия (94 - 113°C), обусловленных низким содержанием оксида алюминия (10,4 13,5%) и серной кислоты (30%) в смеси (таблица, пример 26). Последующим необходимым этапом является разбавление полученного горячего расплава основного сульфата алюминия холодной водой до содержания 16,8 - 17,5% оксида алюминия, что позволяет получить раствор с максимальной теплопроводностью и, таким образом, существенно (40 - 70мин) в 4 - 7 раз уменьшить длительность кристаллизации при любом аппаратурном оформлении процесса, который осуществляется при охлаждении. Способ реализуется следующим образом. В автоклаве готовят водную суспензию гидроксида алюминия с плотностью 1,6 - 1,8г/см 3, затем добавляют концентрационную техническую серную кислоту (92 - 95%), исходя из молярного отношения реакционной смеси, равного 2,0 - 2,6 и содержания в ней 18 - 20% Процесс осуществляют без внешнего подвода тепла при температуре 125 - 150°C и постоянном интенсивном перемешивании реакционной смеси. Взаимодействие завершается за 30 - 70мин. Полученный расплав основного сульфата алюминия при температуре 95 - 100°C разбавляют холодной водой до содержания в нем 16,8 - 17,5% оксида алюминия и кристаллизуют полученный продукт в течение 40 - 70мин. Заявляемая концентрация исходной реакционной смеси 18 - 20% выбрана из условий, обеспечивающих исключение тепловых затрат на получение основного сульфата алюминия при одновременном сокращении длительности процесса взаимодействия и сохранении высокого выхода основного сульфата алюминия (см. табл., примеры 1 - 9, 16 - 18). При уменьшении количества оксида алюминия в исходной реакционной смеси ниже 18% длительность варки основного сульфата алюминия резко увеличивается (табл., примеры 19 - 21) и составляет 110 - 150мин, т.е. удлиняется в 2 - 3 раза. Верхний предел содержания оксида алюминия в реакционной смеси это концентрация насыщенного при 140 - 150°C по раствора основного сульфата алюминия. Полученные расплавы необходимо разбавлять до концентрации 16,8 - 17,5%, что обеспечивает образование растворов с максимальной теплопроводностью и значительное ускорение процессов твердения основного сульфата алюминия, длительность процесса составляет 35 55мин (табл., примеры 10 - 15). Уменьшение концентрации оксида алюминия ниже 16,8% и увеличение ее выше 17,5% приводит к снижению теплопроводности растворов и увеличению длительности кристаллизации до 70мин (табл., примеры 22 - 25). На основании приведенных данных в качестве оптимальных параметров процесса выбраны: содержание оксида алюминия в реакционной смеси 19,1 - 20,0% для и 19,8% для с последующим разбавлением плава водой до содержания 17,0 - 17,5% в продукте. Пример 1. В реактор с мешалкой вместимостью 16л заливают 4,0л водной суспензии гидроксида алюминия плотностью 1,72г/см 3. Для приготовления суспензии использовали гидроксид алюминия Днепровского алюминиевого завода (65,1% оксида алюминия и 34,3% потери при прокаливании). Для разложения суспензии гидроксида алюминия в реактор подают 3,62л 93% - ной серной кислоты, дозируемой из расчета на молекулярное отношение и 2,4л воды. Содержание оксида алюминия в реакционной смеси составляет 19,8%. Реакционная масса за счет теплоты разбавления серной кислоты и реакции нейтрализации разогревается до 130°C, и при скорости вращения мешалки 120об/мин процесс завершается за 60мин. Получают расплав основного сульфата алюминия следующего состава (мас.%): 19,72 31,58 0,3 нерастворимого остатка, свободной нет. Выход продукта составил 98,6%. Расплав основного сульфата алюминия разбавляют 2,44л холодной водой при постепенном перемешивании. Полученный раствор основного сульфата алюминия с содержанием 17,1% оксида алюминия кристаллизуют на столах-кристаллизаторах, при этом длительность кристаллизации составляет 50мин (табл., пример 8). Пример 2. В реактор с мешалкой вместимостью 16л загружают 2,19кг воды и 3,94кг Волховского гидроксида алюминия (60,1% оксида алюминия и 39,3 потери при прокаливании). Для разложения суспензии гидроксида алюминия в реактор подают 3,46л 93% - ной кислоты, дозируемой из расчета на молекулярное отношение Содержание оксида алюминия в реакционной смеси составляет 19,02%. Реакционная масса за счет разбавление серной кислоты и реакции нейтрализации разогревается до 147°C и при скорости вращения мешалки 120об/мин процесс завершается за 25мин. Получают концентрированный раствор основного сульфата алюминия следующего состава (мас.%): 18,86 0,17 нерастворимого остатка, 38,47 свободной нет. Выход продукта составил 99,1%. Расплав основного сульфата алюминия разбавляют 1,5л холодной воды при постоянном перемешивании. Полученный раствор основного сульфата алюминия кристаллизуют на столекристаллизаторе, длительность кристаллизации составляет 40мин. Получают продукт следующего состава (мас.%): 17,1 0,15 нерастворимого остатка, 34,84 (таблица, пример 3). Основными преимуществами предлагаемого способа по сравнению с известным являются экономия тепловых затрат за счет исключения подвода тепла извне 0,4 - 1,94ГДж на 1 тонну продукта; ускорение процесса разложения гидроксида алюминия серной кислотой (в 1,5 - 4 раза по сравнению с прототипом) вследствие высокой температуры взаимодействия, а также ускорение процесса кристаллизации в 1 - 2 раза, обеспеченное получением раствора с максимальной теплопроводностью при разбавлении расплава водой.