Изобретение относится к химической промышленности и цветной металлургии, может быть применено при получении смешанного коагулянта на основе хлоридов и сульфатов алюминия и железа.
Известны способы получения коагулянтов на основе алюминия из различных видов алюминийсодержащего сырья: алюминиевых отходов, гидроксида алюминия, металлического алюминия путём взаимодействия их с соляной кислотой [1].
Основными недостатками данных способов являются низкая степень извлечения алюминия в раствор, низкие коагулирующие свойства продукта, многостадийность процесса и сложность аппаратурного оформления.
Известен способ получения гидроксохлорида алюминия из технического алюминия и соляной кислоты [2] путём взаимодействия технического гидроксида алюминия с раствором соляной кислоты при атмосферном давлении.
Недостатками этого способа являются применение в качестве сырья технического гидроксида алюминия, дорогого и дефицитного реагента по сравнению с низкокачественным глинозёмсодержащим сырьём, также низкие коагулирующие способности.
В качестве наиболее близкого аналога выбран способ получения смешанного коагулянта из минерального сырья [3] путём растворения бемит-каолинитового боксита в автоклаве соляной кислотой концентрацией 220 г/л при соотношении Т:Ж=1:6 в течение 1-3 часов в интервале температур 150-180°C.
Недостатком способа является низкий выход коагулянта в случае использования серной кислоты, а также необходимость применения содержащей хлор-ион соляной кислоты, как уже отмечалось, неудобной в обращении из-за токсичности летучих паров и коррозионного воздействия на аппаратуру.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в разработки способа получения смешанного коагулянта из минерального сырья.
В качестве минерального сырья были выбраны нефелиновые сиениты месторождения Турпи Таджикистана. Состав пробы представлен в таблице 1.
Сущность изобретение заключается в том, что низкокачественное глинозёмсодержащее сырье (нефелиновые сиениты и каолиновые глины), измельчённое до крупности 0,1 мм, обжигают при температуре 800-1000°C и растворяют в соляной кислоте концентрацией 10-35% или серной кислоты 40% в интервале температур 80-100°C, при соотношение 1:2 в течение 1-3 часа. По завершению опыта жидкую фазу отделяют от не растворившегося остатка фильтрацией. Полученные растворы непосредственно использовали для очистки вод.
Повышение коагулирующей способности происходит за счёт использования нефелиновых сиенитов и каолинитовых глин, в состав которых помимо соединений алюминия входят соединения железа и при растворении в соляной кислоте или H2SO4 данные соединения также переходят в раствор и улучшают коагулирующие способности продукта.
Из приведённые данные следует, что использование нефелиновых сиенитов позволяет получить раствор концентрации 5.5% Al2O3 и 0.5-1.0% Fe2O2, который может быть использован в качестве высокоэффективного смешанного коагулянта.
Далее проводят эксперименты по определению эффективности коагуляции. Основными параметрами были расход реагента (доза), мутность, цветность. Дозы коагулянтов выражались в мг/л.
Во всех экспериментах использовалась вода поверхностного водоисточника – вода рек Душанбинки и Варзоб. Испытания проводились при низких температурах, так как при повышении температуры процессы гидролиза и коагуляции идут быстрее и отличие в результатах может быть менее явным.
В составе нефелиновые сиениты и каолиновые глин месторождения Турпи Таджикистана соединений алюминия – более 20 мас% и железа – более 10 мас%.
Высокий эффект коагулирующего действия смешанного коагулянта наблюдается при большой мутности воды.
Сравнительный анализ коагулирующей способности сернокислого алюминия (стандартного коагулянта) со смешанным алюмо- железосодержащим коагулянтом, полученным нами, показан в таблице 1.
Как видно из таблицы 1, главными факторами, влияющими на коагуляцию, являются доза коагулянта и продолжительность взаимодействия коагулянта с водой.
Таблица 1
Сравнительный анализ коагулирующей способности сернокислого алюминия (стандартного коагулянта) и смешанного алюмо-железосодержащего коагулянта
|
№
|
Доза коагулянта,
г/дм3
|
τ, мин
|
Остаточное содержание в воде взвешенных веществ, мг/дм3
|
|
Серно-кислый алюминий по ГОСТу
|
Смешанный коагу-лянт
|
Серно-кислый алюминий по ГОСТу
|
Смешан-ный коагулянт
|
|
1
|
1
|
1
|
6
|
28.2
|
39.3
|
|
2
|
2
|
2
|
6
|
15.8
|
20.5
|
|
3
|
3
|
3
|
6
|
27.2
|
15.5
|
|
4
|
4
|
4
|
6
|
22.5
|
9.0
|
|
5
|
5
|
5
|
6
|
23.9
|
8.3
|
|
6
|
1
|
1
|
12
|
23.4
|
35.2
|
|
7
|
2
|
2
|
12
|
10.9
|
15.5
|
|
8
|
3
|
3
|
12
|
21.5
|
13.6
|
|
9
|
4
|
4
|
12
|
14.3
|
6.4
|
|
10
|
5
|
5
|
12
|
15.3
|
5.9
|
|
11
|
1
|
1
|
18
|
21.5
|
32.5
|
|
12
|
2
|
2
|
18
|
8.6
|
14.5
|
|
13
|
3
|
3
|
18
|
19.1
|
10.0
|
|
14
|
4
|
4
|
18
|
13.4
|
5.1
|
|
15
|
5
|
5
|
18
|
13.4
|
5.0
|
|
16
|
1
|
1
|
24
|
19.1
|
30.6
|
|
17
|
2
|
2
|
24
|
8.1
|
13.8
|
|
18
|
3
|
3
|
24
|
17.2
|
8.3
|
|
19
|
4
|
4
|
24
|
12.9
|
3.8
|
|
20
|
5
|
5
|
24
|
11.95
|
4.7
|
|
21
|
1
|
1
|
30
|
18.6
|
29.6
|
|
22
|
2
|
2
|
30
|
7.1
|
12.2
|
|
23
|
3
|
3
|
30
|
15.3
|
8.1
|
|
24
|
4
|
4
|
30
|
11.95
|
3.9
|
|
25
|
5
|
5
|
30
|
11.5
|
3.4
|
При увеличении дозы коагулянта от 1 до 5 г/л содержание взвешенных примесей в воде уменьшается от 39,3 до 8,3 мг/л при продолжительности 6 минут. Из проведённых исследований видно, что при повышении дозы коагулянта и продолжительности процесса степень коагуляции увеличивается максимально. Так, при увеличении дозы коагулянта до 5 г/л в течение 30 минут остаток взвешенных веществ в воде составлял всего 3,4 мг/л.
Смешанный коагулянт проявляет положительный эффект для вод с высокой мутностью, например, если мутность воды составляет 410 мг/л и более, для эффективной очистки до 99.2% необходимо дозировать коагулянт в количестве 10-40 мг/л (по Аl2O3 и Fe2O3). Смешанный коагулянт способен осаждать тяжёлые металлы, его использование даёт возможность получения максимально чистой воды, в которой содержится минимальное количество примесей, вредных для организма человека [4].
На фиг.1 представлены результаты исследования смешанного коагулянта и стандартного коагулянта - сульфата алюминия на эффективность коагуляции, опыты проводились в широком диапазоне температур и времени взаимодействия коагулянтов с водой, а также показана зависимость степени коагуляции от температуры (а) и продолжительности процесса (б). 1 - смешанный коагулянт, 2 - сульфат алюминия, соотношение Аl2О3 и Fe2О3 в смешанном коагулянте =10:1.
Из фиг.1а видно, что при температурах от 5 до 10°С смешанный коагулянт проявляет наибольшую эффективность коагуляции по сравнению со стандартным коагулянтом - сульфатом алюминия.
Для очистки питьевой воды использование смешанного коагулянта в дозах от 10 до 150 мг/л не вызывает опасности для человеческого организма, поскольку содержание алюминия и железа в воде находится в пределах ПДК.
Из фиг.1б видно, что коагулирующая способность смешанного коагулянта зависит от его продолжительности взаимодействия с мутной водой, а также видно, что он обладает большими коагулирующими возможностями по сравнению со стандартным коагулянтом - сульфатом алюминия.
Показано, что смешанного алюможелезосодержащего коагулянта требуется в 2-3 раза меньше при очистке воды в течение 30 мин, чем стандартного сульфата алюминия, степень очистки воды при использовании смешанного коагулянта равна 99.2%, а сульфата алюминия при тех же условиях равна 97.2%.
На фиг. 2 показана принципиальная технологическая схема получения смешанного коагулянта из нефелиновых сиенитов месторождения Турпи и каолиновых глин месторождения Чашма-Санг Таджикистана.
Таким образом, предложенный способ существенно улучшает коагулирующие способности смешанного алюможелезосодержащего коагулянта, является более эффективным для очистки воды по сравнению с сернокислым алюминием.
Пример 1. Подготовку образцов осуществляют следующим образом: навеска сырья алюмосиликатов (нефелины, каолиновые глины) в количестве 100 г обжигается при температуре 800-1000°С в течение 1 часа, после обжига смешивают с необходимым количеством серной или соляной кислоты при температуре 80-100°С в соотношении 1:2 в количестве по 100 мл. Общая концентрация серной кислоты 40% или соляной кислоты 20%, время разложения 1-3 часа.
