Спосіб одержання водних розчинів солей алюмінію на основі гідроксихлоридів алюмінію

Винахід належить до способів одержання гідроксихлоридів алюмінію і може знайти застосування як коагулянтів для очищення питних та стічних вод, а також як алюмовмістних реагентов у паперовій, текстильній, шкіряній та інших галузях промисловості. Відомо спосіб одержання гідроксихлоридів алюмінію із загальною формулою АІ 2(ОН)m СІ n, де m = 1-4, n = 5-2, який здійснюється шляхом взаємодії гідроксиду алюмінію, наприклад, байєриту, з хлористоводневою кислотою при 160-270°С під тиском в автоклаві (Див., наприклад, пат. Німетчини №2513786, МПК: CO1F, оп. 02.10.75) Хоч ступінь розчинності байєриту, який являє собою хімічно активну кристалічну модифікацію гідроксиду алюмінію, є високим, на сьогодні він не може застосовуватися як сировина для крупнотонажних виробництв. Крім того, відомий спосіб може здійснюватися лише за лабораторних умов, оскільки не існує промислових автоклавів, що дають змогу проводити процес за температур до 270° у високо агресивній концентрованій соляній кислоті з перемішуванням абразивної твердої фази. Відомо також спосіб одержання гідроксихлоридів алюмінію із загальною формулою {Al (OH)m Cln (SO4)z/2}, де m+n+ z=3, n+z - має значення від 1 до 2, z - має значення від 0,02 до 0,3, причому від 1,2 до 11,1% іонів хлору може бути заміщено еквівалентною кількістю сульфат-іонів, який включає взаємодію концентрованої соляної кислоти з гідроксидом алюмінію при підвищеній температурі, обробку розчину хлориду алюмінію, що утворився, в автоклаві гідроксидом алюмінію і концентрованою сірчаною кислотою. (Див., наприклад, пат. СССР №450780., MПК C01F7/02, oп. 74 г.) За технічною суттєвістю та ефектом, що досягається, відоме технічне рішення є найбільш близьким до того, що заявляється. Недоліком способу-прототипу є низький ступінь розчинності гідроксиду алюмінію (від 54 до 65%), що ускладнює технологічний процес за рахунок необхідності відокремлення і утилізації великої кількості нерозчиненого залишку у вигляді шламу. В основу винаходу покладено завдання винайти спосіб одержання гідроксихлоридів алюмінію, який дає змогу за рахунок підвищення ступеня розчинності гідроксиду алюмінію зменшити кількість шламів і спростити технологічний процес. Поставлене завдання розв'язується у способі одержання гідроксихлоридів алюмінію із загальною формулою Al2(OH)mСІ n, де m+n=6, а «n» може приймати значення від 2 до 4, причому до 10% іонів хлору в продукті може бути заміщено еквівалентною кількістю сульфат-іонів, який включає взаємодію гідроксиду алюмінію із соляною кислотою і з хлоридом алюмінію за температури 130 - 200°С під власним тиском парів реакційної суміші в автоклаві; при цьому взаємодію гідроксиду алюмінію із соляною кислотою суміщають із взаємодією з хлоридом алюмінію при співвідношенні в завантаженій в автоклав реакційної суміші кількості хлору в складі соляної кислоти до кількості хлору в складі хлориду алюмінію, яке складає (1-4):1. Гідроксид алюмінію уводять в реакційну суміш у кількості, що на 3-18% перевищує розраховану, виходячи з формули готового продукту. Відмінною ознакою способу, що заявляється, є те, що взаємодію гідроксиду алюмінію із соляною кислотою суміщають із взаємодією з хлоридом алюмінію при співвідношенні в завантаженій в автоклав реакційній суміші кількості хлору в складі соляної кислоти до кількості хлору в складі хлориду алюмінію, що складає (1-4): 1. Додатковою відміною є те, що гідроксид алюмінію уводять в реакційну суміш у кількості, що на 3 - 18% перевищує розраховану, виходячи з формули готового продукту. Виходячи з описаного рівня техніки випливає, що вказані відміни є новими. Авторами було встановлено, що, якщо процес взаємодії гідроксиду алюмінію, соляної кислоти та хлориду алюмінію сумістити в автоклаві і при цьому додержувати в реакційній суміші співвідношення кількості хлору в соляній кислоті до кількості хлору в складі хлориду алюмінію, що дорівнює (1-4):1, то ступінь розчинності гідроксиду алюмінію зростатиме до 85-97%. Підвищена розчинність сприяє тому, що гідроксид алюмінію уводиться в реакційну суміш у кількості, що на 3-18% перевищує необхідну за розрахунком, виходячи із загальної формули продукту. При цьому, якщо у співвідношенні (1-4): 1 кількість хлору в складі соляної кислоти менша 1, то помітно падає ступінь розчинності гідроксиду алюмінію, збільшується кількість шламу, зі шламом губиться готовий продукт, різко збільшується надлишок сировинного гідроксиду алюмінію. Якщо у співвідношенні (1-4): 1 кількість хлору в складі соляної кислоти більша 4, то процес попадає в область максимальної агресивності соляної кислоти, термін служби емалевого покриття автоклава різко скорочується. Якщо надлишок гідроксиду алюмінію буде менше 3%, то утворюється надто дисперсний нерозчинний залишок, відокремити який від готового продукту дуже складно. Якщо надлишок гідроксиду алюмінію перевищує 18%, збільшиться кількість нерозчиненого залишку і зростуть втрати готового продукту зі шламом. Спосіб здійснюють таким чином. До автоклава подають суміш, яка містить соляну кислоту, розчин хлориду алюмінію та гідроксид алюмінію, узятий в кількості, що перевищує на 3-18% розраховану за формулою продукту. Співвідношення хлору, уведеного з кислотою, до хлору, уведеному з хлоридом алюмінію (хлоридне співвідношення) складає (1-4): 1. Якщо це є необхідним, то в реакційну суміш уводять сірчану кислоту у кількості, що забезпечує заміщення в загальної формулі готового продукту до 10% іонів СІ на еквівалентну кількість іонів SO42- час перемішування та подачі пари до рубашки суміш підігрівають і витримують протягом декілька годин за температури від 130 до 200°С і максимальному тиску парів реакційної суміші у автоклаві. Розчин гідроксихлориду алюмінію відділяють від нерозчиненого осаду відомими заходами. Приклад 1. У лабораторному емальованому автоклаві з мішалкою та паровою рубашкою готували суміш, що містить 14.0 кг соляної кислоти з 29.8 % НСІ; 5.8 кг розчину хлориду алюмінію з 8.8% АІ 2О3 та 18.4% Сl; 6.6 кг технічного гідроксиду алюмінію (гідраргіліту ) з 9% вологи. Співвідношення уведеного хлору з кислотою та хлоридом алюмінію (хлоридне співвідношення) складає 4:1. Під час перемішування та подачі пари до рубашки суміш підігрівали до 150°С і витримували 5 годин при коливанні температури реакційної суміші від 147 до 152°С і максимальному тиску парів у автоклаві 0.32МПа. Вміст охолоджували водою крізь рубашку до 100°С, мішалку зупинили, автоклав роз-терметизували і дали відстоятися нерозчиненому залишку протягом 12 годин. Освітлений розчин продукту (майже 10 літрів ) при 55±3° зливали крізь сифон, шлам мутили у залишковій рідині і стисненим повітрям видавлювали на лабораторний фільтрпрес з фільтруючою поверхнею 2дм2. Загальна кількість продукційного розчину (злив плюс фільтрат ) - 25.1кг. Густина розчину - 1,35г/см3. Склад :15.0 % АІ2О3 20,0 СІ; ступінь основності - 36%, що відповідає умовній хімічній формулі АІ 2(ОН)2,16 СІ 3,84. Надлишок гідроксиду алюмінію, уведений в процес понад необхідне за формулою -18%. Ступінь розчинності гідроксиду алюмінію - 85%. Продукційний розчин задовольняє ТУУ 19155069.001-1999 із зміненням №1 до низькоосновного гідроксихлориду алюмінію, що застосовується як коагулянт для очищення води. Шлам нерозчиненого залишку в кількості 1.3кг містить 0.8кг гідроксиду алюмінію та 0.4кг рідкої фази наведеного вище складу. Шлам використовують як добавка до технічного гідроксиду алюмінію у процесі варіння розчину хлориду алюмінію шляхом обробки соляною кислотою. Приклад 2. Кількість та склад компонентів суміші в автоклаві, режим обробки і параметри процесу, характеристика рідкої фази (розчину гідроксихлориду алюмінію) наведено в таблиці. Хлорідне співвідношення 1.8:1. В реакційну суміш уведено 0.6 кг концентрованої сірчаної кислоти (частка іонів СІ, заміщених на SO4, становила 8.2% ).Масляний підігрів дав можливість підвищити більш ніж до 180°С температуру автоклавної обробки, а також ступінь основності й концентрацію кінцевого продукту, склад якого відповідає хімічній формулі АІ 2(ОН)3.06 CI 27(SO4)0,12. Після зливу відстояного за 12 годин розчину (майже 11 літрів), шлам мутили і одержану суспензію відфуговували на центрифузі ЦЛС-31м при факторі поділу 2000 протягом 10 хвилин. Одержаний фугат об'єднували зі зливом. Продукційний розчин містить 0.2% завислих високодисперсних частинок нерозчиненого залишку. Маса відфугованого шламу - 0.4кг. Ступінь розчинності гідроксиду алюмінію -95.5%. Приклад 3.Хлоридне співвідношення 2.3:1, концентрація соляної кислоти -33.6% НСІ. частка іонів СІ; заміщених на SO4-2.8 %. Більш „м'який" температурний режим варіння, мінімальний надлишок (3%) гідроксиду алюмінію проти стехіометрично необхідного, виходячи з хімічної формули кінцевого продукту, - АІ 2(ОН)2.4 СІ 3.5 (SO4)0.5 Маса відфугованого шламу - 0.3кг. Ступінь розчинності гідроксиду алюмінію -96.5%. Приклад 4 В емальованому автоклаві типу СЕрнв 4.0-2-2-12-01 готували суміш, що містить соляну кислоту та розчин хлориду алюмінію при хлоридному співвідношенні 1:1, а також гідроксид алюмінію при 10%-ному надлишку понад необхідного для одержання продукту з хімічною формулою АІ 2(ОН)25.2 СІ 3 48. Варіння суміші здійснювали при підігріванні парою, і після завершення процесу охолоджували водою до 80°С Вміст автоклава видавлювали стисненим повітрям (0.4МПа ) на фільтрпресі ЕДМ 1.5-2500 Т з поверхнею фільтрації 1.5м2 .Одержали 3.4м3 фільтрату, що задовольняє вимогам ТУУ 19155069.001-1999 із зміненням №1 до низькоосновного гідроксихлоридного коагулянту. Шлам після промивки водою завантажували разом із свіжим гідроксидом алюмінію на виготовлення пульпи у виробництві сульфату алюмінію. Ступінь розчинення гідроксиду алюмінію - 91%. Дані за цими та іншими прикладами, а також приклади щодо способу-прототипу наведено в таблиці. Техніко-економічні переваги способу, що заявляється, у порівнянні зі способом-прототипом , полягають у підвищенні ступеня розчинності гідроксиду алюмінію з 63 % (у прототипу )до 85-96.5% , що дає можливість зменшити кількість шламу і спростити технологічний процес.