Спосіб одержання водних розчинів основних солей алюмінію

Спосіб одержання водних розчинів основних солей алюмінію із загальною формулою Аl2(ОН) mХn , де: Х - аніони Сl- або NО3-; m+n=6, а n може приймати значення від 1 до 4, де частина кислотних радикалів X може бути заміщена кисне 3 77924 4 Відомо також спосіб одержання водних розчи10-6м. При зниженні градієнта до 1000с-1 і менше нів основних солей алюмінію із загальною формусистема стає гетерогенною, в якій навіть візуально лою А1а(ОН) b Х3a- b-2k(SO4)к , де: Х - іон Сl" або NО3-, і "на дотик" виявляються крупинки, процес розчи"а", "b" та "k" - позитивні числа, причому 3a>b+2k, нення яких у кислому середовищі йде повільніше, який включає змішування розчину А, що має осноніж процес "старіння" свіжоосадженого гідроксиду вність нижчу, ніж у го товому продукті, аж до нуля, з алюмінію з втратою ним хімічної активності. Тому у масовою часткою Аl2О3 5-15%, і розчину В алюмівідомих способах процес проводять при темперанату лужного металу, в якому масова частка Аl2О3 турах нижче 40-50°С, що на практиці означає пристановить 1-15% при співвідношенні лужного мемусове охолодження суміші, яка екзотермічне роталу та алюмінію 1,1-2:1 в присутності сульфатзігрівається, а це означає уповільнення основної іонів при температурі нижче 40°С. Суміш витриреакції утворення кінцевого продукту. Для того аби мують при 50-80°С протягом часу, необхідного для під час нагрівання вище 50°С аж до температури розчинення гелю, що утворився, [див., наприклад, кипіння швидкість розчинення А1(ОН)3 суттєво патент Німеччини №2418416, МПК: C01F7/74, oп. переважала над швидкістю «старіння», диспергу7.10.76p.]. вання повинно забезпечити колоїдний розмір часЗа технічною суттєвістю та результатом, що тинок, тобто менше 10-7м. Авторами було встанодосягається, відомий спосіб є найбільш близьким влено, що це досягається при градієнті швидкості до того, що заявляється. 7000с-1 і більше. Аби збільшити швидкість взаємоНедоліком відомого способу є невисока інтендії середньої (або низькоосновної) солі алюмінію із сивність процесу, обумовлена порівняно низькою свіжоосадженим гідроксидом алюмінію з утворентемпературою, що призводить не тільки до втрати ням високоосновної солі алюмінію треба знижувапродуктивності, але й не дає можливості досягти ти в'язкість системи нижче 0,01Па.с. Це досягаєтьступеня основності вище 70%. ся пульсаційним режимом роботи змішувача з В основу винаходу покладено завдання ствочастотою пульсацій від 0,8×104 до 5×105Гц. При цих рити спосіб одержання водних розчинів основних частотах активується тверда фаза, зростає рухосолей алюмінію, який дає змогу підвищити інтенмість та реакційна спроможність розчинених речосивність процесу і досягти високого ступеня основин, а зниження в'язкості рідкої фази забезпечує вності. "живучість" колоїдного золю, попередження схопПоставлене завдання розв'язується в способі лювання його в гель. За цих умов підвищена темодержання водних розчинів основних солей алюпература реакційної суміші благотворно діє на мінію із загальною формулою Аl2(ОН) mХn, де: швидкість процесу одержання кінцевого продукту; X - аніон Сl- або NO3-, "m+n"=6, a "n" може ефективно використовується як фізичне тепло приймати значення від 1 до 4, причому частина початкових розчинів, так і екзотермічний ефект кислотних радикалів "X" може бути заміщена кисенейтралізації кислого розчину алюмінієвої солі ньвмісними аніонами багатоосновних кислот, нарозчином лужного алюмінату. приклад, сульфат-іонами або фосфат-іонами при При цьому, якщо температуру змішування підмасовій частці їх у готовому продукті до 4%, який тримувати нижче, ніж 50°С, то інтенсивність проздійснюється шляхом змішування в швидкісному цесу не висока (термокінетичний фактор). змішувачі розчину хлориду або нітрату алюмінію, в Якщо частота пульсацій менш 0,8×104Гц, то якому можуть міститися ОН-групи у кількості від швидкість взаємодії компонентів є не досить висонуля до меншої, ніж у готовому продукті основноскою через загущення середовища. ті, з розчином алюмінату лужного металу і шляхом Частоту пульсацій вище 5×105Гц не досягали. витримки гарячої реакційної суміші в ємкісному Якщо градієнт швидкості менше 7000c-1, то не апараті до одержання прозорого продукційного досягається колоїдний розмір частинок твердої розчину; згідно з винаходом, температуру під час фази. змішування підтримують вище 50°С, але нижче Спосіб здійснюють таким чином. температури закипання суміші, причому змішуванРозчини середніх або низькоосновних хлориду ня здійснюють у роторному апараті з пульсаційним або нітрату алюмінію, в яких частина кислотних переміщенням середовища при частоті пульсацій радикалів може бути заміщена сульфат-іонами від 0,8×104 до 5×105Гц і при градієнті швидкості не або фосфат-іонами із розрахунку забезпечення їх менш 7000с-1. масової частки в готовому продукті від 0 до 4% і Відмінними ознаками способу, що заявляєтьрозчин алюмінату лужного металу з витратних ся, є: ємкостей подають на змішування до швидкісного - температуру під час змішування підтримують роторного апарату з пульсаційним переміщенням вище 50°С, але нижче температури закипання середовища, в якому здійснюють змішування реасуміші; гентів при температурі >50°С. Змішування здійс- змішування здійснюють у роторному апараті нюють при частоті пульсації від 0,8×104 до 5×105Гц і з пульсаційним переміщенням середовища при при градієнті швидкості не менше 7000с-1. 4 5 частоті пульсацій від 0,8×10 до 5×10 Гц і при граДалі гарячу суміш витримують у ємкісному дієнті швидкості не менш 7000 с-1. апараті до одержання прозорого продукційного Виходячи з описаного рівня техніки випливає, розчину. що вказані відміни є новими. Сульфати та фосфати можуть уводитися як У процесі досліджень авторами було встановбезпосередньо до готового продукту, так і до роз-1 лено, що при градієнті швидкості 2000±1000с чину початкового реагента. досягається диспергування свіжоосадженого гідСпосіб пояснюється такими прикладами. роксиду алюмінію до розміру частинок порядку 5 77924 6 Приклад 1 12.2% Аl2О3 при ступені основності 67%, що відпоІз витратних ємкостей на вхід роторного змівідає формулі продукту Al2(OH)4Cl2. шувача подають 6,3±0,2м 3/год розчину хлориду Через 3 години роботи змішувача одержано алюмінію з 8,8% Аl2О3 і 18,4% Сl, розчин алюміна56т продукційного розчину. ту натрію 2,3±0,1м 3/год з 18,7% Аl2О3 та 18,9% Приклад 4 Na2O. Температура суміші на виході із змішувача На вхід роторного змішувача протягом 50хв. коливалася від +74°С до +83°С. Режим роботи подавали розчини сульфонітрату алюмінію (9,6% змішувача: мінімальна частота пульсацій на перАl2О 3, 32,8% NO3 та 2,3% SO4) у кількості 490кг та алюмінату натрію (12% Аl2О3 та 10,1% Na2O) у шому ступені – 0,8×104¸1,2×104 Гц, на другому стукількості 116кг. Температур А суміші 60-68°С. Репені - 2,2×104Гц; градієнт швидкості відповідно жим роботи змішувача: частота п ульсацій 16000 с-1 та 46000 с-1. Суміш доводили до одер4,61×105Гц, градієнт швидкості 11800с-1. Після нажання прозорого розчину в реакторі-розчиннику, гріву суміші в реакторі до 90±5°С одержано 615кг де підтримували температуру 90±5°С. Після 4,5 прозорого розчину з 9,9% Аl 2O3 та 1,4% SO4 при годин роботи змішувача одержано 50т прозорого ступені основності 34%, що відповідає формулі розчину гідроксихлориду алюмінію з 11,8% Аl2О3 продукту Аl2(ОН) 2(NО3)3,7(SO 4)0,15 . при ступені основності 75%, що відповідає формуПриклад 5 лі Продукту Ад 2(ОН)4,5С1.5 . На вхід роторного змішувача подавали розчин Приклад 2 низькооснов-ного гідроксихлориду алюмінію з Із витратних ємкостей на вхід роторного змі16,2% Аl2О3 при ступені основності 41% (хімічна шувача подавали 2,1±0,1м 3/год розчину хлорсуформула Аl2(ОН)2,46С13,54) У кількості льфату алюмінію з 8,8% Аl2О3; 15% СІ та 4,7% 4,8±0,15м 3/год та розчин алюмінату натрію з 12,1% SO4, розчин алюмінату натрію 0,30-0,35м 3/год з Аl2О 3 і 10,7% Na2O у кількості 4,45±0,15м 3/год. Те24,7% Аl2О3 та 20,2% Na2O. Температура суміші на мпература суміші на виході із змішувача коливавиході зі змішувача 65-72°С. Режим роботи змішулася в межах 90±5°С. Режим роботи змішувача: вача: частота пульсацій 49-58кГц, градієнт швидчастота пульсацій 20кГц, градієнт швидкості кості 7300-8800с-1. Після нагріву суміші в реакторі 41000с-1. Суміш доводили до одержання прозородо 90±5°С одержано прозорий розчин гідроксисуго розчину, витримуючи при 90±5°С. Після 5 годин льфохлориду алюмінію з 11,2% Аl2О3 та 4% SO4 роботи змішувача отримано 61 т прозорого розчипри ступені основності 50%, що відповідає формуну гідроксихлориду алюмінію з 14,3% Аl2О3 при лі продукту Аl2(ОН) 3Сl2,24(SO4) 0,38. ступені основності 83%, що відповідає формулі Через 8 годин роботи змішувача одержано 25т продукту Al2(OH) 4,98Cl1,02. продукційного розчину. Дані стосовно описаних і решти прикладів наПриклад 3 ведено в таблиці. На вхід роторного змішувача подавали Техніко-економічні переваги способу, що заяв10±0,2м 3/год розчину хлориду алюмінію з 10,5% 3 ляється, у порівнянні зі способом-прототипом поАl2О 3 та 21,8% Сl; 4,9±0,1 м /год розчину алюміналягають у підвищенні інтенсивності процесу одерту натрію з 15,5% Аl2О3 та 16,6% Na2O. Темперажання водних розчинів основних солей алюмінію з тура суміші 54-64°. Режим роботи змішувача: часвисоким ступенем основності. тота пульсацій 25-30кГц, градієнт швидкості 7500с-1. Після нагріву суміші в реакторі до 90±5°С одержано прозорий розчин гідроксіхлориду алюмінію з Таблиця Приклади здійсненн я способу № при кла ду Розчини початк ов их реагентів Соль алюмінію Алюмін атний ро зчин Витрата, 3 м /час АІ 2О3; % Основ ний аніон, % SO4, % Витрата, 3 м /час Аl2O3; % Na2O, % Режим змі шу в ання Температу ра, °С Частота пу льсацій, 4 f ×10 Гц 14-17 40-46 11,8 0,1 75 я 1 6,3±0,2 8,8 2 2,1±0,1 8,8 3 10±0,2 10,5 4 5 490кг/ 50хв . 4,8±0,1 5 9,6 16,2 6 420кг 10,5 7 449кг 13,4 Cl-18,4 0,1 2,25±0 ,15 0,300,35 4,9±0, Cl-21,8