Алексеева Кафедра «Технология неорганических веществ»

Вид материала

Реферат

Содержание 1 Общие сведения о промышленных коагулянтах Соли алюминия Хлорид железа Соли магния Другие соли Органические коагулянты 2 Методы получения основных промышленных коагулянтов Получение коагулянта (неочищенного сульфата алюминия) Получение очищенного сульфата алюминия

Подобный материал:

• Рабочая программа по дисциплине "Химическая технология неорганических веществ " Направление:, 112.47kb.
• Гоу впо «Московский государственный открытый университет», 483.26kb.
• Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Основные направления, 102.41kb.
• Технология переработки отходов производств, использующих высокочистый кремний 05. 17., 277.13kb.
• Рабочая программа по дисциплине «Основы научных и инженерных исследований» Направление, 83.71kb.
• Реферат по курсу технологии неорганических веществ на тему: Технология неконцентрированной, 289.65kb.
• Задачи урока: Образовательные: Закрепить на практике знания о классах неорганических, 211.06kb.
• Рабочая программа по дисциплине «Математическое моделирование в химической технологии», 77.52kb.
• 6М072000 – Химическая технология неорганических веществ, 31.19kb.
• Получение диметилового эфира из синтез-газа на базе метанольного производства, 269.19kb.

Федеральное агентство по образованию

Нижегородский государственный технический университет

им. Р.Е. Алексеева

Кафедра «Технология неорганических веществ»

Реферат


ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГРАНУЛИРОВАНИЯ СУЛЬФАТА АЛЮМИНИЯ


Выполнил:

Смирнов А.С.

Проверил:

д.т.н., проф.

Михайлов Ю.И.

Н.Новгород 2008

Содержание


Введение 3

1. Общие сведения о промышленных коагулянтах 4

2. Методы получения основных промышленных коагулянтов 14

Заключение 19

Список использованных источников 21

Введение

В связи с ростом промышленного и сельскохозяйственного производства, коммунального водопотребления и усилением внимания к охране окружающей среды следует ожидать роста потребности в реагентах для очистки питьевых и сточных вод.

Вместе с тем, осуществляемый перевод экономики страны на новые условия хозяйствования – хозрасчёт, самоокупаемость, самофинансирование – должен привести к более экономному расходованию коагулянтов, в том числе сульфата алюминия. С одной стороны, не будут заявляться избыточные количества в расчёте на урезание заявок, что всегда имело место в недалёком прошлом. С другой – более эффективное функционирование трудовых коллективов предприятий-потребителей будет способствовать снижению расходных коэффициентов за счёт совершенствования применяемой технологии; уменьшения непроизводительных потерь коагулянтов при их транспортировке, хранении, подаче в производство.

Происходящие перемены требуют пересмотра сложившихся взглядов на перспективу развития производства и технологии коагулянтов, в частности алюминийсодержащих /1/.

В связи с этим была начата поисковая научно-исследовательская работа (НИР) по получению коагулянта – сульфата алюминия в гранулированной форме.


1 Общие сведения о промышленных коагулянтах


Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.

Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км³. При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.

Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное количество воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.

На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды /2/.

Задача обеспечения населения Российской Федерации питьевой водой нормативного качества является в настоящее время одной из самых актуальных. Эта проблема приобрела кризисный характер в Приморском крае, Дагестане, Калмыкии и Бурятии, Архангельской, Калининградской, Ярославской и ряде других областей. В Калмыкии, Мордовии, Астраханской, Волгоградской, Курской, Оренбургской и Ярославской областях существует дефицит доброкачественной питьевой воды.

Сложившаяся ситуация обусловлена следующими причинами:

• несовершенство существующих технологий, их неспособность обеспечить очистку природных вод, сильно загрязнённых веществами антропогенного и природного происхождения (тяжёлыми металлами, биогенными элементами, хлорсодержащими органическими соединениями, фенолам и др.) до требуемых показателей;
  
• аварийное состояние 40% сетей водопровода, что приводит к вторичному микробному загрязнению питьевой воды;
  
• недостаточная мощность (или полное отсутствие) очистных сооружений систем водоотведения городов и предприятий промышленности и сельского хозяйства, приводящая к сбросу ненормативно очищенных (и неочищенных) сточных вод в поверхностные источники воды;
  
• недостаточная мощность (или отсутствие) систем оборотного водоснабжения в отдельных отраслях народного хозяйства, что приводит к завышенному забору природных вод для технологических целей и сбросу большого количества сточных вод;
  
• отсутствие отвечающих современным требованиям хранилищ для жидких и твёрдых отходов сточных вод, что приводит к загрязнениям подземных вод.
  

В настоящее время проводятся фундаментальные, поисковые и прикладные исследования с целью разработки технологий, сооружений и аппаратов нового поколения для приготовления питьевой воды, соответствующей мировым стандартам, и глубокой очистки сточных вод; разработки систем промышленного водопользования, создания технологий и технических средств по защите поверхностных и подземных источников питьевой воды от загрязнения /3/.

Сточные воды любого производства содержат примеси, которые могут быть отнесены к грубодисперсным (суспензии, эмульсии, размер частиц 10^-2 – 10^-5 см), тонкодисперсным (коллоидные растворы, высокомолекулярные соединения, 10^-5 – 10^-6 см), молекулярно-растворимым (10^-6 – 10^-7 см) и ионным (10^-7 – 10^-8 см) /4/. Присутствие двух первых из перечисленных выше примесей обуславливает наличие в воде взвешенных частиц, часто её цветность, химическое потребление кислорода сточной воды.

Удаление из сточной воды наиболее грубодисперсных частиц не представляет значительных трудностей. Для его осуществления широко применяют механические способы очистки (фильтрование, отстаивание, флотация). Более трудную задачу представляет удаление тонкодисперсных примесей. Биологическая очистка, которая широко применяется для удаления низкомолекулярных примесей, не может решить этой задачи.

Проблема очистки сточных вод от тонкодисперсных примесей может быть решена и практически решается при использовании процесса коагуляции. Этот процесс представляет собой укрупнение мелких частиц под действием электролитов. Образовавшиеся в результате этого процесса частицы, имеющие значительно большую по сравнению с исходными частицами гидравлическую крупность (скорость седиментации), легко удаляются обычными механическими способами.

Как известно /5/, в отсутствие дополнительно введённого электролита многие дисперсные системы являются агрегативно-устойчивыми, частицы в которых самопроизвольно не слипаются. Причиной этого является наличие заряда на частицах и обусловленного им двойного электрического слоя, а также часто значительная гидрофильность, препятствующая подходу частиц на близкие расстояния, на которых преобладают молекулярные силы притяжения. Чем больше протяжённость двойного электрического слоя, окружающего частицы, и выше их электрический потенциал, тем больше ионно-электростатические силы отталкивания между одинаковыми частицами. Введение в дисперсную систему (сточную воду) электролита приводит к сжатию двойного электрического слоя и часто к уменьшению электрического потенциала частиц, что в свою очередь вызывает уменьшение ионно-электростатических сил отталкивания и как следствие приводит к потере агрегативной устойчивости – коагуляции.

Так как большинство загрязнений в сточных водах заряжено отрицательно, то коагулирующим действием обладают катионы введённого электролита, причём обычно чем выше заряд катиона, тем выше его коагулирующая способность /6/.

Вещества, способные вызвать коагуляцию частиц, называют в общем случае коагуляторами, а в водоподготовке – коагулянтами или гидролизующимися коагулянтами. Последние не только вызывают коагуляцию частиц загрязнений, но и образуют, гидролизуясь, малорастворимые продукты, способные объединяться в крупные хлопья.

Важная особенность коагулирования состоит в том, что при правильной организации процесса, помимо решения основной технологической задачи – очистка воды от тонкодисперсных примесей и коллоидных загрязнений, с его помощью можно добиться заметного удаления некоторых истинно растворённых примесей /7/.

Для очистки сточных вод применяют различные минеральные коагулянты, способные образовывать аморфные или мелкокристаллические структуры, малорастворимые в воде. Наиболее широкое распространение получили соединения алюминия, железа, магния и кальция.

Соли алюминия. Сульфат алюминия (глинозём) Al₂(SO₄)₃·18H₂O получил широкое распространение в России и за рубежом для очистки природных и сточных вод.

Гидроксид алюминия, образующийся при гидролизе солей алюминия, является типичным амфотерным соединением. В кислой и щелочной среде гидроксид алюминия растворяется. Гидроксид алюминия не растворим в дистиллированной воде, однако растворимость его в сточных водах может быть большой. Растворимость гидроксида алюминия в дистиллированной воде резко возрастает в пределах 4,5>pH>8.

В зависимости от состава примесей сточных вод процесс коагуляции солями алюминия рекомендуется проводить в пределах 4
С увеличением температуры растворимость гидроксида алюминия снижается. Основные соли алюминия также слабо растворяются в воде.

Для быстрого и полного протекания процесса гидролиза необходим некоторый щелочной резерв воды для связывания ионов водорода, выделяющихся при гидролизе. Этим щелочным резервом могут быть бикарбонат-ионы, присутствующие в воде, или специально введённые щелочные реагенты – известковое молоко, кальцинированная или каустическая сода.

В результате применения сульфата алюминия увеличивается степень минерализации сточной воды.

Для сточных вод, имеющих кислую реакцию, целесообразно применять алюминат натрия (NaAlO₂). имеется также возможность проведения процесса коагулирования без подщелачивания с одновременным использованием сульфата алюминия и алюмината натрия.

Очень перспективным коагулянтом является оксихлорид алюминия Al₂(OH)₅Cl. В Японии этот коагулянт применяется с 1966 г. Он получается из гидроксида алюминия и соляной кислоты. Основные преимущества оксихлорида алюминия, по сравнению с глинозёмом, - большое содержание алюминия в продукте, меньшее снижение щёлочности воды и меньшее повышение её солесодержания. Оксихлорид имеет более сильное коагуляционное действие и большую скорость хлопьеобразования. Хорошо растворяется в воде.

Получил также применение полихлорид алюминия [Al₂(OH)_nCl_6-n]_m(SO₄)_x, где 1n5, m10. Этот коагулянт используется в виде растворов 10 или 30%-ной концентрации (по Al₂O₃).

Предложен также коагулянт, получаемый из водорастворимых основных солей алюминия с общей формулой Al_n(OH)_mX_3n-m, в которой Х – анион одновалентной минеральной кислоты (Cl^-, NO₃^- и др.); 3n>m; основность соли, т.е. отношение 100(m:3n), составляет 30 – 83%. Этот коагулянт превосходит оксихлорид алюминия по рабочему диапазону pH, скорости хлопьеобразования и отстаивания, размерам осевших частиц, прозрачности полученной воды. Кроме того образуется меньшее количество осадка.

Для рекуперации белковых веществ из сточных вод предложено использовать в качестве коагулянта лигносульфонат алюминия, получаемый из лигносульфоната натрия или кальция путём ионообменной реакции.

В качестве коагулянтов могут быть применены алюмокалиевые квасцы [AlK(SO₄)₂·12H₂O] или алюмоаммонийные квасцы [Al(NH₄)(SO₄)₂·12H₂O], имеющие меньшую стоимость и менее дефицитные, чем глинозём. Следует отметить, что при использовании алюмоаммонийных квасцов и наличии в очищаемой воде свободного хлора наблюдалось образование токсичных хлораминов.

Дешёвым коагулянтом является хлорид алюминия, который получают на нефтехимических комбинатах термическим гидролизом каталитического комплекса хлорида алюминия, применяемого в процессах изомеризации и при производстве этилбензола. Показана возможность использования этого коагулянта для очистки сточных вод производства синтетического спирта /8/.

Разработан способ получения оксихлоридосульфатов алюминия общей формулы Al_m(OH)_nCl_k(SO₄)_m+2, где m=n+k/2+1, причём m – чётные числа, используемых в качестве коагулянтов /9/. Отличие структуры заявляемых оксихлоридосульфатов алюминия: Al₂(OH)Cl(SO₄)₄, Al₄(OH)5Cl(SO₄)₆, Al₄(OH)₃Cl₃(SO₄)₆, Al₆(OH)₅Cl₅(SO₄)₈, Al₆(OH)₈Cl₂(SO₄)₈ и др. от структуры известных заключается в наличии ковалентной связи между двумя атомами кислорода, обуславливающей образование цепочки, характерной для пероксидов. Заявленные оксихлоридосульфаты алюминия обладают высокой коагулирующей активностью. При их использовании в качестве коагулянтов для очистки бытовых и промышленных сточных вод выявлены следующие преимущества по сравнению с известными: повышение эффективности при низких температурах очищаемой воды; более широкая область оптимальных значений рН среды; повышение степени очистки воды в отношении широкого перечня контролируемых примесей (Zn²⁺, Fe_общ, Cr_общ, F^-, азот аммонийный, нефтепродукты, масла).

Соли железа. Сульфат железа (II) или железный купорос FeSO₄·7H₂O представляет собой прозрачные кристаллы зелёного цвета. Этот коагулянт может применятся при pH>9 – 10. Для уменьшения концентрации растворённого гидроксида железа (II) при более низких величинах pH производят окисление двухвалентного железа в трёхвалентное.

Процессы гидролиза и окисления солей железа (II) протекают эффективно при pH>8,0.

Положительное качество солей железа как коагулянтов – высокая плотность гидроксида, обеспечивающая получение плотных, тяжёлых хлопьев, оседающих с большой скоростью.

Коагуляция с использованием солей железа неприемлема для сточных вод, содержащих фенолы, так как образующиеся растворимые в воде феноляты железа интенсивно окрашены. Кроме того, гидроксид железа является катализатором, способствующим окислению некоторых органических веществ и образующим комплексные окрашенные соединения, растворимые в воде.

Следует отметить возможность использования в качестве коагулянта железного купороса, являющегося отходом производства диоксида титана и травления металла.

Хлорид железа (III) FeCl₃·6H₂O представляет собой тёмные кристаллы с металлическим блеском, очень гигроскопичен.

С целью повышения эффективности очистки сточных вод предложено использовать коагулянт, состоящий из смеси растворов сульфата алюминия и хлорида железа в соотношении 1:1 (по массе). Преимущества смешанного коагулянта: повышение эффективности очистки воды при низких температурах и улучшение седиментационных свойств хлопьев.

Однако трудности, связанные с хранением и приготовлением коагулянта, а также возможность повышения содержания ионов железа в очищенной воде при нарушениях технологического процесса, ограничивают применение смешанного коагулянта.

Соли магния. Хлорид магния предложено использовать для очистки сточных вод производства полистирольных пластмасс, а также вод, загрязнённых эмульгированными маслами. Очистка производится при рН11,0.

Использование солей магния позволяет сократить продолжительность хлопьеобразования. Снижение температуры очищаемой воды практически не уменьшает эффективности её очистки.

В качестве коагулянтов могут быть использованы сульфат магния (MgSO₄·7H₂O) и хлорид магния (MgCl₂·6H₂O).

Для очистки сточных вод может быть использован известковый шлам с добавлением карбоната магния. При этом происходит осаждение Mg(OH)₂ и CaCO₃. Преимущества этого метода: вода в процессе очистки практически не загрязняется минеральными солями, имеется возможность регенерации Mg из осадка путём обработки его диоксидом углерода с образованием растворимого в воде бикарбоната магния, который может быть повторно использован.

Другие соли. Соли кальция используют для обесцвечивания сточных вод производства сульфатной целлюлозы. Предлагается применять в качестве коагулянтов оксихлорид циркония, сульфат циркония или их смесь с кремневой кислотой.

Кроме гидроксидов металлов, для коагуляционной очистки сточных вод используют нерастворимые фосфаты. С помощью фосфатной коагуляции производится эффективная очистка воды от радиоактивных примесей. Высокая степень дезактивации воды обеспечивается при соотношении Na₃PO₄:Ca(OH)₂=2,2 и рН=11,3 – 11,5. Положительные результаты получены при одновременном использовании фосфата кальция и хлорида железа (III).

Использование карбоната кальция позволяет не только разрушать коллоидную систему, но и приводить к улучшению фильтруемости выпавшего осадка. Этот коагулянт может быть образован путём последовательной обработки сточной воды гидроксидом кальция и диоксидом углерода /8/.

Органические коагулянты. В последнее десятилетие в водоочистке наряду с минеральными начинают применяться органические коагулянты – водорастворимые катионные полимеры, которые в основном используются для очистки сточных вод и более полного обезвоживания осадков. Положительно заряженные макромолекулы органических коагулянтов взаимодействуют с отрицательно заряженными коллоидными частицами загрязнений в воде, вызывая их дестабилизацию и слипание частиц с образованием более крупных агрегатов. Стоимость органических коагулянтов выше, чем минеральных, однако при их применении возможна более глубокая очистка воды от коллоидных и взвешенных частиц. Кроме того, отказ от добавления минеральных коагулянтов уменьшает солесодержание в очищенной воде, что снижает нагрузку на ионитовые фильтры и уменьшает минерализацию сточных вод. Достоинством органических коагулянтов по сравнению с минеральными является возможность применения их в значительно меньших концентрациях, использование в широком интервале рН, а также отсутствие влияния их на кислотность среды.

Большой опыт применения органических коагулянтов накоплен в ЮАР. Многолетнее использование органических коагулянтов – полиаминов Zetafloc LP526 выявило значительное улучшение качества питьевой воды и снижение её стоимости. При этом отмечается, что наилучшие свойства органических коагулянтов проявляются в узком интервале их концентраций, тогда как передозировка неорганического коагулянта не сказывается на качестве очищаемой воды.

Хорошие результаты дало применение органического коагулянта Kemazur 4535 на стадии предварительной очистки воды для электродиализной опреснительной установки цементного завода в Тунисе. Исходная вода этой установки характеризовалась резким изменением содержания взвешенных и коллоидных частиц, оптимальная же дозировка органического коагулянта и флокулянта позволила значительно улучшить качество обессоленной воды и увеличить производительность работы фильтров. Следует отметить, что тенденция к использованию в водоочистке органических коагулянтов преобладает в Северной Америке, тогда как в Европе применяют в основном разнообразные неорганические коагулянты /10/.


2 Методы получения основных промышленных коагулянтов


В настоящее время наиболее распространённым, из применяемых коагулянтов, является сульфат алюминия. Область его применения велика: в качестве реагента для очистки питьевой воды в сфере централизованного и питьевого водоснабжения; на станциях водоподготовки топливно-энергетического комплекса (ТЭЦ, котельные); в целюлозо-бумажной промышленности для проклейки бумаги, производства ДВП и консервирования дерева; в текстильной промышленности в качестве протравы при крашении хлопчатобумажных, шерстяных и шёлковых тканей; дубление кож; для очистки бытовых и промышленных сточных вод. /11/.

Основным методом производства очищенного сульфата алюминия в настоящее время является получение его из гидроксида алюминия. Большое распространение этого метода обусловлено относительной его простотой, возможностью получения высококачественного продукта с незначительным содержанием оксидов железа, а также пониженными транспортными расходами. Но использование в качестве сырья для получения сульфата алюминия дорогостоящего и дефицитного гидроксида алюминия, являющегося полупродуктом при получении металлургического глинозёма, нерационально. Поэтому стремятся получать этот продукт из дешёвого и повсеместно распространённого алюминиевого сырья, например каолинов, бокситов, нефелинов, алунитов и др. /12/.

Значительное число способов получения сульфата алюминия связано с различием применяющихся в производстве видов исходного алюминий содержащего сырья и различными требованиями к качеству продукта.

Получение коагулянта (неочищенного сульфата алюминия). Сырьём для получения коагулянта является каолин – тонкодисперсная глинистая порода, состоящая в основном из каолинита Al₂Si₂O₅(OH)₄ (Al₂O₃ – 39,5; SiO² – 46,54; H₂O – 13,96% масс.).

Исходное сырьё – каолин – подвергается термообработке в барабанных вращающихся печах при 700 – 800 ºС. В процессе термообработки исходное сырьё освобождается от исходной воды и после охлаждения до 50 – 80 ºС поступает в реактор, где обрабатывается 65 – 67%-ной серной кислотой при 105 – 110 ºС в течение 6 – 8 ч. В процессе реакции поддерживается 6 – 8 %ный избыток серной кислоты.

Образующуюся в реакторах массу сливают в кристаллизационный лоток, футерованный кислотоупорными плитками. Для облегчения удаления затвердевшей массы коагулянта из кристаллизаторов процесс разложения каолина проводят избытком серной кислоты, нейтрализуемой в конце процесса каолином. Автоматически действующая машина для снятия сульфата алюминия с плоских кристаллизационных столов представляет собой сдвоенную пластинчатую цепь с ножами и гребками. Перемещаясь непрерывно поперёк кристаллизатора, машина срезает целевой продукт слой за слоем и передаёт его на ленточный транспортёр, расположенный вдоль кристаллизатора.

Разработан более совершенный способ получения неочищенного сульфата алюминия практически полным разложением исходного сырья, поддерживая значительный избыток исходной серной кислоты, заметно сокращая тем самым продолжительность реакции с последующей нейтрализацией избытка кислоты нефелиновой мукой.

Разработан и применяется в промышленности способ получения неочищенного сульфата алюминия (коагулянта) из нефелина.

Согласно действующей в производстве технологии, смешение крепкой серной кислоты и нефелинового концентрата производят в двух соединённых последовательно каскадно-расположенных реакторах, снабжённых трёхлопастными мешалками. В первый реактор непрерывно подают серную кислоту и нефелиновый концентрат. Образующаяся в первом реакторе густая реакционная масса непрерывно перетекает во второй реактор, откуда выходит из нижней части реактора через гидравлический затвор в ковшовый дозатор. Из ковшового дозатора реакционная масса поступает в шнек-реактор, куда подают воду из расчёта разбавления серной кислоты до 70 – 73% основного вещества. Продолжительность нахождения реакционной массы в шнеке-реакторе составляет 28 – 30 с, а степень разложения исходного нефелина повышается до 85 – 88%. Из реактора сухая рассыпная масса с температурой 80 – 100 ºС поступает на склад, где целевой продукт охлаждается и дозревает в течение 2 – 4 сут.

Получение очищенного сульфата алюминия. Производство очищенного сульфата алюминия может быть организована с использованием алюминиевого концентрата, получаемого при предварительном обогащении каолина и глин. За основу технологии принято разложение кремнийсодержащих соединений алюминия диоксидом серы. Процесс проводится в присутствии воды. Поэтому первой стадией процесса является образование промежуточного соединения H₂SO₃.

Разложение каолина сернистой кислотой при 25 – 65 ºС и атмосферном давлении протекает медленно. Увеличение скорости процесса разложения каолина и степени перехода Al₂O₃ в водорастворимое состояние достигают повышением давления и температуры в аппарате.

Полученную суспензию фильтруют, освобождают от нерастворимого осадка, представляющего собой в основном кремнезём, а полученные чистые растворы гидролизуют. Экспериментально установлено, что в процессе гидролиза образуются основные сернисто-кислые соли алюминия различного состава.

Процесс упрощается обработкой отфильтрованных растворов сульфит-гидросульфита алюминия серной кислотой.

Сульфат алюминия получают также из растворов, образованных растворением боксита в серной кислоте. Известен также способ получения сульфата алюминия с утилизацией травильных растворов /13/.

Коагулянт может быть получен из золы некоторых углей, содержащей Al₂O₃. Из золы углей получают коагулянт, содержащий до 8 – 10% Al₂O₃. Однако извлечение Al₂O₃ из золы составляет всего в пределах 60 – 80%.

По наиболее распространённому способу очищенный сульфат алюминия получают растворением в серной кислоте гидроксида алюминия /13/.

Процесс ведут в реакторе, футерованном кислотоупорным кирпичом по слою диабазовой плитки загружая в него одновременно исходные гидроксид алюминия, серную кислоту и воду. Перемешивание реакционной массы проводят острым паром, поддерживая постоянную температуру в реакторе 110 – 120 ºС. Процесс заканчивается в течение 20 – 30 мин. Образующуюся реакционную массу, содержащую 13,5 – 15,0% Al₂O₃, для ускорения процесса последующей кристаллизации охлаждают в реакторе до 95 ºС, продувая через массу в течение 10 мин сжатый воздух. После охлаждения массу сливают на кристаллизационный стол, оборудованный автоматической машиной для срезки застывшего продукта /13/.

Разработан способ /14/, включающий репульпацию гидроксида алюминия в воде, смешение пульпы с серной кислотой с образованием плава, выдержку последнего при 100 – 120 ºС для полного разложения гидроксида алюминия, введение в плав мелкодисперсной затравки, отверждение охлаждённого воздухом плава путём его кристаллизации на охлаждаемой и смачиваемой водой поверхности. Предлагаемый способ позволяет в 1,5 раза интенсифицировать процесс получения кристаллогидрата сульфата алюминия в целом.

Известен способ /15/ по которому отработанную серную кислоту производства сульфокатионита КУ-2-8, содержащего 0,5 – 1,5% органических примесей и дихлорэтан, смешивают с гидроксидалюминийсодержащим соединением при 95 – 115 ºС. При этом органические примеси кристаллизуются в виде алюминиевой соли вместе с сульфатом алюминия, а выделившийся дихлорэтан возвращается в производство сульфокатионита. Целью изобретения явилась разработка безотходного способа переработки серной кислоты с получением сульфата алюминия с улучшенной коагулирующей способностью.

По одному из разработанных способов /16/, гидроксид алюминия разлагают серной кислотой при 110 – 120 ºС, сплав охлаждают и распыляют на слой готового продукта в течении 0,4 – 0,8 с. Затем ведут последующую грануляционную кристаллизацию в течение 15 – 25 мин.

Разработан и внедрён в производство способ кристаллизации, согласно которого процесс кристаллизации проводят на охлаждаемой изнутри наружной поверхности горизонтального вращающегося барабана. Барабан частично погружен в находящийся в поддоне плав, имеющий температуру 90 – 100 ºС. Кристаллизаторы облегчают условия труда, обеспечивают непрерывность режима производства и улучшают физические свойства целевого продукта.

Разработан способ непрерывного получения сульфата алюминия /13/, по которому водная суспензия гидроксида алюминия и серная кислота в стехиометрическом отношении подаются с большой скоростью дозирующими насосами в смесительные форсунки реактора, в котором масса находится не менее 30 с, после чего она охлаждается до температуры ниже 100 ºС в проточном холодильнике и продавливается через сопла и прорези для образования мелкогранулированного продукта.

Разработан способ получения кристаллического сульфата алюминия высокой чистоты выдерживанием в отдельном сборнике суспензии, полученной в процессе упарки раствора, до её охлаждения, с целью образования более крупных частиц примесей. После массу охлаждают для кристаллизации /13/.

Известно изобретение /17/, предназначенное для получения гранулированного сульфата алюминия. Способ получения гранулированного сульфата алюминия заключается в том, что плав сульфата алюминия пропускают через перфорированную виброперегородку в гидрофобную жидкость для образования сферических частиц при весовом соотношении гранулированного сульфата алюминия к гидрофобной жидкости в пределах от 1 : 1 до 1 : 3, при этом температуру гидрофобной жидкости поддерживают в пределах 10 - 20^oС, а время пребывания гранул в гидрофобной жидкости составляет 10 - 30 мин, затем разделяют гидрофобную жидкость от образовавшихся гранул. Плав сульфата алюминия пропускают через перфорированную виброперегородку с диаметром отверстий 0,5 - 0,8 мм при поддержании температуры плава 100 - 115^oС. Разделение гидрофобной жидкости и образовавшихся гранул осуществляют на центрифуге с фактором разделения от 300 до 1000 при 25 - 45^oС. Изобретение позволяет удешевить процесс и улучшить качество продукта.


Заключение


Основным методом производства очищенного сульфата алюминия в настоящее время является получение его из гидроксида алюминия. Большое распространение этого метода обусловлено относительной его простотой, возможностью получения высококачественного продукта с незначительным содержанием оксидов железа, а также пониженными транспортными расходами /12/.

Именно таким способом, до настоящего времени, получают коагулянт – сульфат алюминия на ОАО « Капролактам». Продукт получают двух видов: водный раствор и в твёрдой кусковой форме. В эмалированный реактор загружают гидроксид алюминия, серную кислоту и воду. Реакционная масса выдерживается до созревания продукта. Затем для получения жидкого продукта в промежуточном реакторе расплав разбавляют водой, чтобы концентрация сульфата алюминия в растворе в пересчёте на Al₂O₃ была не менее 7%. Для получения твёрдого сульфата алюминия расплав из реактора разливают в формы. Затвердевший коагулянт освобождают от форм и дробят вручную, что приводит к значительным потерям продукта.

Эти две формы не слишком удобны для транспортировки. О применении дозировочно-расфасовочного оборудования в этих условиях говорить не приходится. Многотоннажные потребности в коагулянте – сульфате алюминия для очистки питьевой воды заставляют решать вопрос его получения в такой форме, которая позволила бы применять расфасовочно-дозировочное оборудование при дальнейшем использовании коагулянта в технологических процессах очистки питьевой воды. Наиболее удобной формой твёрдого коагулянта – сульфата алюминия являются чешуйки и сферические гранулы.

Выпуск продукта в гранулированном виде позволит решить ряд важных проблем: обеспечить транспортировку продукта в затаренном виде, что уменьшит потери его при транспортировке, перегрузках, хранении. На водоочистных станциях возможно будет внедрить прогрессивное сухое дозирование коагулянта, широко используемое в мировой практике. Всё это способствовало бы дополнительной экономии дефицитного сульфата алюминия /1/.

Поэтому актуален поиск путей получения гранулированного сульфата алюминия, как коагулянта.


Список использованных источников


1. Смирнов, А.О. Коагулянты / А.О. Смирнов //Сб.: Технология коагулянтов; под ред. Ткачёва К.В. – Л.: «Химия», 1988. С. 3 – 6.

2. Алфёрова, А.А., Нечаева, А.П. Замкнутые системы водного хозяйства примышленных предприятий, комплексов и районов / А.А. Алферова, А.П. Нечаева. – М.: Стройиздат, 1987.

3. Яковлев, С.В., Демидов, О.В. Технологические проблемы очистки природных и сточных вод / С.В. Яковлев, О.В. Демидов // ТОХТ – М., 1999. Т. 33.

№ 5. С. 591 – 592.

4. Кульский, Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды /Л.А. Кульский. – Киев: Наук. думка, 1983. – 527 с.

5. Фридрихсберг, Д.А. Курс коллоидной химии / Д.А. Фридрихсберг – Л.: Химия, 1984. – 368 с.

6. Барышева, И.А. Коагуляционная очистка сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной промышленности / И.А. Барышева, А.Б. Дягилева,

Ю.М. Чернобережский // ЖПХ. 199. Т. 67. № 3. С. 402 – 406.

7. Бабенков, Е.Д. Очистка воды коагулянтами / Бабенков Е.Д. – М.: «Наука», 1977. – 356 с.

8. Проскуряков, В.А., Шмидт, Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности / В.А. Проскуряков, Л.И. Шмидт. – Л.: «Химия», 1977.

9. Пат. 23567 Украина, МПК C 01 F 7/76. Способ получения оксихлоридосульфатов алюминия, используемых в качестве коагулянтов / Кобицька, Л.И., Потанин, В.М., Стрешинский, А.Р. № 97062678; заявл. 06.06.1997; опубл. 31.08.1998, Бюл. № 4.

10. Куренков, В.Ф. Применение катионных полимеров в качестве органических коагулянтов в водоочистке тепловых электростанций. / В.Ф. Куренков [и др.] // ЖПХ. 2003. Т. 76. № 12. С. 2000 – 2003.

11. Позин, М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот) / М.Е. Позин. – Л.: Химия, изд. 4-е, испр., 1974. Ч. 1.

12. Запольский, А.К., Баран, А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: Свойства. Получение. Применение /А.К. Запольский, А.А. Баран. – Л.: Химия, 1987. – 208 с.