Спосіб отримання пентагідроксохлориду алюмінію

пентагідроксохлориду

Власники патенту UA 2280615:

Винахід відноситься до способів одержання коагулянтів на основі основних хлоридів алюмінію Пропонований коагулянт може бути використаний для очищення природних вод з метою підготовки води господарсько-питного призначення, а також для очищення промислових та господарсько-побутових стічних вод від суспензії, нафтопродуктів, жирових та інших забруднень. Спосіб отримання пентахлориду алюмінію полягає в тому, що алюмінієвмісний сплав обробляють розчином соляної кислоти. Причому в реактор, заповнений гранулами алюмінієвмісного сплаву, що знаходяться в шарі води, дозують 35%-ний розчин соляної кислоти, підтримуючи постійну температуру в інтервалі 40-45°С всередині реактора шляхом регулювання швидкості подачі соляної кислоти до утворення хлориду алюмінію температурі 70-90°З отриманням цільового продукту з мольним ставленням Cl - /Al 3+ , рівним 0,46-0,52. Винахід дозволяє отримати коагулянт у м'яких умовах у герметично закритому реакторі з регулюванням температури реакції та з продуванням реактора інертним газом, що забезпечує безпеку процесу. Отримуваний коагулянт має найвищу активність у ряді оксихлоридів алюмінію. 1 мул, 3 табл.

Винахід відноситься до способів одержання коагулянтів на основі основних хлоридів алюмінію Передбачуваний коагулянт може бути використаний для очищення природних вод з метою підготовки води господарсько-питного призначення, а також для очищення промислових та господарсько-побутових стічних вод від суспензії, нафтопродуктів, жирових та інших забруднень. Передбачуваний коагулянт може також застосовуватися у виробництві паперу та картону, у складах при отриманні спеціальних керамічних виробів, як загущаючогокомпонента в кремових та мазевих композиціях-продуктах косметичної промисловості.

Основні хлориди алюмінію є неповністю гідролізовані хлориди алюмінію і існують у вигляді солей різної основності: 1/3-, 2/3- та 5/6-основності, де 1/3-, 2/3- та 5/6- означає відношення ОН-груп до загального числа ОН - і Cl - аніонів у молекулі солі [G.Klenert, G.Denk. Z. Anorg. und Allg. Chem. 1959. B.301. №3/4. S.171; Е.А.Левицький, В.М.Максимов. Доп. АН СРСР. 1961. Т.141. №4. С.865]. Відповідно до цього 5/6-основного хлориду алюмінію відповідає формула:

Оксихлорид алюмінію такого складу має вищу основність (ставлення Cl - /Al 3+ =0,5), називається пентагідроксохлоридом алюмінію і серед оксихлорид алюмінію має максимальну коагулюючу здатність [В.В.Гончарук, І.М.Соломенцева, Н.Г.Герасименко . Хім. та технол. води. 1999. Т.21. №1. С.52; А.К.Стрєлков, Д.Є.Биков, А.В.Назаров. Водопостачання. та сан. техніка. 2001. №3. С.23].

Існує значна кількість способів одержання основних хлоридів алюмінію [В.В.Образцов, А.К.Запольський. Хім. та технол. води. 1984. Т.6. №3. С.261; А.П.Шутько, В.Ф.Сороченко, Я.Б.Козликовський. Очищення води основними хлоридами алюмінію. Київ. Вид. техніка. 1984. 136 с], проте більшість з них дозволяє одержувати оксихлорид низької основності або їх суміші.

У зв'язку з цим зменшення дози алюмінієвмісного коагулянту при збереженні необхідного ступеня очищення води є важливим не тільки з економічного погляду, але і з позиції збереження здоров'я споживачів води. Вирішення цієї проблеми дозволяє здійснити високоефективний коагулянт - пентагідроксохлорид алюмінію (ПГХА).

Відомий спосіб отримання ПГХА шляхом обробки свіжоосадженого відмитого гідроксиду алюмінію 27%-ною соляною кислотою додосягнення рН=4-6 з подальшим концентруванням солі при випаровуванні розчину [А.с. СРСР 119870. МКІ 12 m 7. БІ №10. 1959]. Недоліком способу є використання концентрованої соляної кислоти та енергетичні витрати при випаровуванні. Крім того, вихідним матеріалом є свіжоосаджена гідроксид алюмінію, що передбачає попереднє проведення цілої технологічної стадії.

Відомий спосіб отримання ПГХА шляхом обробки соляною кислотою мінеральної алюмінієвмісної сировини (боксити, нефеліни) [Пат. 53-18997 Японія. опубл. 17.06.78]. Недоліками цього способу є жорсткі умови процесу (температура до 160°С, тиск до 10 6 Па), пов'язані з цим складності в технологічному устаткуванні, наявність значної кількості відходів, що важко утилізуються. Крім того, у складі продукту є низькоосновні хлориди алюмінію.

Найбільш близьким є спосіб отримання основного хлориду алюмінію шляхом обробки алюмінієвого сплаву 5-15%-ної соляної кислотою [Пат. 2083495. РФ. МКІ 6 С 01 F 7/56. Б.І. №19. 1997]. До недоліків даного способу належать такі:

по-перше, процес розчинення алюмінієвмісного сплаву протікає дуже бурхливо з виділенням газоподібного водню, що утворює з киснем повітря вибухонебезпечні суміші;

по-друге, для підтримки необхідної швидкості реакції в реактор необхідно періодично додавати нові порції алюмінієвих гранул. Передозування гранул може призвести до різкого прискорення реакції з викидом гарячої реакційної маси через отвір завантаження з усіма наслідками;

по-третє, реакція протягом усього періоду проводиться при температурі 90-95°З виділенням парів HCl і H2, що вимагає використання ефективного зворотного холодильника і щебільш ускладнює процес завантаження реактор алюмінієвих гранул;

по-четверте, порційне завантаження алюмінієвих гранул через люк під час протікання реакції не дозволяє герметизувати реактор і створити в ньому "подушку" з інертного газу для забезпечення безпеки процесу;

по-п'яте, необхідність завантаження твердого компонента в реактор в ході реакції, що протікає в ньому, створює значні складності при вирішенні питань автоматизації процесу. Зазначені недоліки призводять до того, що цей спосіб важко реалізується у великомасштабному промисловому виробництві.

Масштаби використання ПГХА, що розширюються, на станціях водопідготовки, практичне використання ПГХА в інших галузях економіки, зокрема у виробництві паперу та целюлози, для керамічних виробів спецпризначення, а також у парфумерній промисловості, де низькоосновні оксихлориди алюмінію не можуть бути застосовані, призводить до необхідності розробки способу отримання високоосновного пентагідроксохлориду алюмінію, який може бути реалізований у великому промисловому виробництві.

У пропонованому винаході вирішується важлива задача отримання високоосновного пентагідроксохлориду алюмінію, який є високоефективним коагулянтом в процесах очищення води госп.питного призначення, може застосовуватися для очищення стічних вод різного походження, а також може використовуватися у виробництві паперу та целюлози, у складах для виготовлення та композиціях, що виробляються парфумерною промисловістю.

При реалізації запропонованого способу одержання ПДГА отримують наступний технічний результат:

по-перше, реакція розчинення алюмінію в розведеній соляній кислоті і гідроліз хлориду алюмінію, що утворюється, до необхідного ступеня основностіпроходять безперервно в одному реакторі. Кінцева реакційна маса являє собою 21-23%-ний (Al2O3) розчин основного хлориду алюмінію, є товарним продуктом і може бути з реактора розфасований в необхідну тару;

по-друге, процес отримання коагулянту проходить у м'яких умовах: реакція розчинення алюмінієвого сплаву в розведеній соляній кислоті протікає при 40-45°С, друга стадія процесу - гідроліз хлориду алюмінію до його основної солі проходить за температури 70-90°С. При цьому перша стадія - розчинення алюмінієвого сплаву - проходить автотермічно за рахунок теплоти реакції, для протікання другої стадії - гідролізу солі - в сорочку апарату необхідно подати агент, що гріє;

по-третє, не потрібно завантаження алюмінієвих гранул в реактор у ході процесу, внаслідок чого реактор у процесі герметизований і продувається інертним газом, що забезпечує безпеку процесу;

по-четверте, можливе регулювання подачі соляної кислоти в реактор і регулювання температури в реакційній зоні шляхом подачі охолоджувальної води або агента, що гріє, в сорочку реактора, що дозволяє уникнути неконтрольованого збільшення швидкості реакції і перегріву реакційної маси;

по-п'яте, контроль за складом реакційної маси може здійснюватися періодичним відбором проб та їх аналізом, при досягненні складу, що відповідає відношенню Cl - /Al 3+ =0,46-0,52 продукт є високоосновним ПГХА;

по-шосте, отриманий коагулянт є високоосновним ПГХА, що володіє найбільшою коагулюючою здатністю в ряді основних хлоридів алюмінію.

Поставлений технічний результат досягається в способі отримання пентагідроксохлориду алюмінію шляхом обробки алюмінієвмісного сплаву розчином соляної кислоти, причому вреактор, заповнений гранулами алюмінієвмісного сплаву, що знаходяться в шарі води, дозують 35%-ний розчин соляної кислоти, підтримуючи постійну температуру в інтервалі 40-45°С всередині реактора шляхом регулювання швидкості подачі соляної кислоти до утворення хлориду алюмінію 7 -90°З отриманням цільового продукту з мольним ставленням Cl - /Al 3+ рівним 0,46-0,52.

Причина високої активності ПГХА пояснюється його здатністю утворювати у водних розчинах аквагідроксокомплекси з великим позитивним зарядом. Ефективність коагуляції колоїдних частинок зростає зі збільшенням заряду коагулюючого іона (правило Шульца-Гарді), а критична концентрація коагулюючого іона, при якій починається коагуляція, обернено пропорційна заряду коагулюючого іона в шостій мірі. Інша причина високої коагулюючої здатності ПГХА полягає в тому, що при підвищенні рН розчину до 4,0 і більше і мольному відношенні Cl - /Al 3+ в молекулі ПГХА 0,46-0,52 коагулянт існує в полімерній формі. Полімерна структура коагулянту призводить до посилення електростатичної взаємодії між його позитивно зарядженими молекулами та негативно зарядженими колоїдними частинками, що супроводжується інтенсифікацією процесу коагуляції.

Винахід ілюструється наведеними нижче прикладами.

Приклад 1. У цьому прикладі обумовлено вплив температури на перебіг процесу отримання ПГХА.

У скляний реактор ємністю 0,5 л, обладнаний зворотним холодильником, завантажують 44 г гранул алюмінієвого сплаву складу (ТУ 48-0107-95-96):