СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩЕГО КОАГУЛЯНТА
METHOD FOR OBTAINING A COMPLEX ALUMINUM-CONTAINING COAGULANT

Изобретение относится к технологии переработки природного сырья с получением комплексного алюминийсодержащего коагулянта в форме твердого продукта и его использованием в процессах очистки воды промышленного и хозяйственно-бытового происхождения.
Известны способы получения комплексных коагулянтов-флокулянтов из бокситов, каолинов, глин и других минералов, содержащих алюминий, в процессе их обработки растворами серной или соляной кислоты различных концентраций (Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Л.: Химия, 1987, с. 48-79.).
Недостатком данных способов является низкая концентрация соединений алюминия в растворе, а также проблемы с хранением растворов в связи с их гелированием (полимеризацией кремниевых кислот).
Известен способ получения неочищенного комплексного алюмокремниевого коагулянта при обработке нефелинового концентрата растворами серной кислоты. Раствор самопроизвольно затвердевает и отправляется на дозревание (Равич Б.М., Окладников В.П. и др. Комплексное использование сырья и отходов - М.: Химия, 1988 288 стр. стр. 178-182).
Недостатками способа являются высокое содержание примесей непрореагировавшего кремнезема (сиштофа) в товарном продукте, высокой коррозионной активностью и низким содержанием активного компонента.
Известен способ получения комплексного алюмокремниевого коагулянта в процессе обработки нефелиновой руды водными растворами серной или соляной кислотой, с получением сильно разбавленных растворов (Патент РФ 2039711 C02F 1/52 Захаров В.И.; Петрова В.И. дата публикации 20.07.1995)
Основными недостатками данного способа являются низкое содержание активного компонента в растворе, склонность растворов к мелированию, высокое содержание инертных примесей.
Известен способ получения комплексного коагулянта в процессе обработки алунитов или бокситов серной кислотой (Арлюк Б.И., Лайнер Ю. А., Пивнев А.И. Комплексная переработка щелочного алюминийсодержащего сырья. Москва: Металлургия, 1994. 384 с.).
Существенным недостатком данного метода является низкая скорость процесса и высокие энергозатраты.
Известен способ получения комплексного алюмокремниевого реагента, включающий обработку нефелинового концентрата водными растворами серной кислоты, отделение нерастворимой части, с последующим обезвоживаем упаркой под вакуумом ниже температуры кипения или диспергированием в газе теплоносителе, (пат. РФ 2388693 от 10.05.2010 г.).
Недостатком указанного способа являются низкое содержание активного компонента, значительные энергозатраты на процесс сушки растворов и сложная аппаратурная схема производства.
2
2
3
2
Известен способ получения алюмокремниевого флокулянта-коагулянта, включающий обработку нефелинового концентрата ((Na, K)О⋅АlО⋅2SiO) водным раствором серной кислоты с последующей химической дегидратацией (Пат РФ 2588535 Способ получения алюмокремниевого флокулянта).
Недостатком данного способа является высокое содержание нерастворимой фазы в товарном продукте, а также вторичное загрязнение воды в процессе обработки соединениями натрия и калия (повышение солевого фона).
Известен способ получения алюмокремниевого коагулянта-флокулянта (пат.2225838 РФ) путем обработки алюмосиликатного сырья, в частности нефелина, разбавленной 9% серной или соляной кислотой.
Недостатками данного процесса являются низкое содержание основного компонента процессы полимеризации (гелирования) растворов в процессе хранения, что, значительно усложняет логистику и аппаратурное оформление процесса использования алюмокремниевого коагулянта.
6
Известен способ получения алюмокремниевого коагулянта-флокулянта (см. пат.2039711 РФ, MПK C02F 1/52, C01F 7/26, 7/28, 1995), включающий обработку нефелинсодержащего сырья водным раствором серной или соляной кислоты, или их водным раствором, содержащим соль алюминия или железа.
Недостатками данного процесса являются низкое содержание основного компонента процессы полимеризации (гелирования) растворов в процессе хранения, что, значительно усложняет логистику и аппаратурное оформление процесса использования алюмокремниевого коагулянта. Кроме того, полученные реагенты имеют крайне низкое (менее 3-5%) содержание активного компонента.
Наиболее близким к заявляемому способу (прототип) является способ получения алюминий-содержащего коагулянта в процессе селективного хлорирования оксида алюминия в присутствии угля (Способ получения хлорида алюминия SU 1713890)
Существенным недостатком данного способа является необходимость организации отдельного производства с хлоратором и отсутствие в получаемом продукте активной добавки (например, отрицательно заряженные частицы замутнителя - диоксида кремния или титана) и пониженная эффективность реагента по отношению к нефтепродуктам и взвешенным веществам.
Задачей данного изобретения является разработка технологии получения комплексного алюминийсодержащего коагулянта, с повышенным содержанием (до 20%) активной добавки и повышенной эффективностью по отношению к нефтепродуктам.
Поставленная задача решается способом получения комплексного алюминийсодержащего коагулянта, включающим обработку оксида алюминия хлорирующим реагентом в присутствии твердого восстановителя при повышенной температуре, при этом в качестве хлорирующего реагента используют пары тетрахлорида титана или тетрахлорида кремния или их смесь, а процесс проводят при температуре 1100-1200°С.
Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты более наглядно могут быть проиллюстрированы следующими примерами
ПРИМЕР 1.
Отходящие газы процесса хлорирования кремниевой руды в присутствии кокса (восстановитель), направляют на ректификационную очистку, а отходящие пары тетрахлорида кремния направляют на брикетированный оксид алюминия, при поддержании температуры 1200°С. Степень хлорирования оксида алюминия - 99,9%. Содержание нерастворимой (активной) добавки в продукте - 15,5%.
2
2
4
2
SiO(тв)+С(тв)+2Сl(газ)→SiCl(гaз)+СО(газ)
4
2
3
2
3
SiCl(газ)+АlO(тв)→SiO(тв)+АlСl(газ)
ПРИМЕР 2.
Отходящие газы процесса хлорирования титановой руды в присутствии кокса (восстановитель), направляют на ректификационную очистку, а отходящие пары тетрахлорида титана (некондиционного для производства пигментов) направляют на брикетированный оксид алюминия, при поддержании температуры 1200°С. Степень хлорирования оксида алюминия - 99,2%. Содержание нерастворимой (активной) добавки в продукте - 19,7%.
2
2
4
2
TiO(тв)+С(тв)+2Сl(газ)→TiCl(гaз)+СO(газ)
4
2
3
2
3
TiCl(газ)+А1O(тв)→ТiO(тв)+АlСl(газ)
ПРИМЕР 3.
2
2
Отходящие газы процесса хлорирования кварц-лейкоксеновой руды (SiO*TiO) в присутствии кокса (восстановитель), направляют на ректификационное разделение и очистку, а отходящие пары загрязненного тетрахлоридом кремния (до 15%) тетрахлорида титана направляют на брикетированный оксид алюминия, при поддержании температуры 1100°С. Степень хлорирования оксида алюминия - 98,9%. Содержание нерастворимой (активной) добавки в продукте -18,9%.
2
2
4
2
SiO(тв)+С(тв)+2С1(газ)→SiCl(гaз)+СO(газ)
4
2
3
2
3
SiCl(газ)+АlO(тв)→SiO(тв)+АlСl(газ)
2
2
4
2
ТiO(тв)+С(тв)+2Сl(газ)→ТiСl(газ)+СO(газ)
4
2
3
2
3
TiCl(газ)+АlО (тв)→ТiO(тв)+АlСl(газ)
ПРИМЕР 4.
В сточную воду с содержанием нефтепродуктов 12,3 мг/л вводят эквивалентные (по сумме оксидов) дозы реагентов. Эффективность очистки при использовании реагента с содержанием нерастворимой фазы 15,5% (кремниевая руда) составила 93,2%, для реагента с содержанием нерастворимой фазы 19,7% (титановая руда) - 97,1%, для реагента с содержанием нерастворимой фазы 18,9% (кварц-лейкоксеновая) составила 95,3%, для чистого хлорида алюминия (по прототипу) - 81,4%.
Из приведенных примеров видно, что предлагаемая технология получения комплексного алюминийсодержащего коагулянта (хлорида алюминия) может быть легко внедрена в действующие промышленные производства по переработке кремниевых и титановых руд, а получаемый комплексный алюминийсодержащий коагулянт (смесь хлоридов алюминия, кремния и/или титана) будет обладать повышенной эффективностью по отношению к нефтепродуктам по сравнению с чистым хлоридом алюминия.
К основным достоинствам предлагаемого способа следует отнести, высокую стабильность реагента за счет изменения формы активной добавки (до 20% по оксиду титана или кремния). Оксид титана по своим свойствам полностью эквивалентен соединениям кремния в составе коагулянта, ввиду чего наличие в коагулянте диоксида титана позволит повысить эффективность реагента по отношению к нефтепродуктам заа счет крайне развитой поверхности (адсорбция нефтепродуктов на поверхности диоксидов кремния и/или титана), а также процессы нейтрализационной коагуляции и зардышеобразования (Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Гетманцев С.В. Коагуляция в технологии очистки природных вод. М., Науч. изд. 2005. 576 с.)