Как получить сульфат алюминия – Как получить алюминий сульфат 🚩 получение сульфата алюминия 🚩 Наука 🚩 Популярное

Как получить алюминий сульфат | Тайны и загадки истории

Сульфат алюминия – соль с химической формулой Al2(SO4)3. Внешний вид – белые кристаллы, имеющие оттенки разных цветов. Хорошо растворим в воде. Обычно существует в виде кристаллогидрата, где одна молекула соли «удерживает» целых 18 молекул воды – Al2(SO4)3 х 18 Н2О. Как можно получить сульфат алюминия?

Кристаллогидрат сульфата алюминия при нагревании легко теряет воду. При последующем сильном нагреве, произойдет распад соли на оксид алюминия и серный ангидрид:
Al2(SO4)3 = Al2O3 + 3SO3Соответственно, серный ангидрид при температуре свыше 770 градусов разлагается на сернистый ангидрид и кислород:
2SO3 = 2SO2 + O2

Главный способ получения этого продукта в промышленности – обработка серной кислотой какой-либо алюминиевой руды, например, бокситов. В бокситах содержится гидроксид алюминия, наряду с существенными примесями других веществ, главным образом – оксидов кремния и железа. В упрощенном виде, реакцию можно записать так:
3h3SO4 + 2Al(OH)3 = Al2(SO4)3 + 6h3O

При использовании этого способа, образуется «загрязненный», технический сульфат алюминия. Разумеется, кроме бокситов, подойдет и другая руда, например, каолиновая или нефелиновая. Можно получать сульфат алюминия и из некоторых промышленных отходов, содержащих гидроксид алюминия (травильных растворов и т.д.).

Если же необходим достаточно чистый продукт, то сначала получают гидроксид алюминия любым подходящим способом, а уж потом воздействуют на него горячей концентрированной серной кислотой. Реакция идет по той же вышеописанной схеме:
3h3SO4 + 2Al2(SO4)3 = Al2(SO4)3 + 6h3O

tayni.info

Способ получения сульфата алюминия

 

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности, к производству сульфата алюминия, который может быть использован в качестве коагулянта для очистки питьевых и сточных вод, а также в производстве катализаторов и адсорбентов. Способ получения сульфата алюминия включает разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой при молярном отношении Al2O3: SO3= 1: (2-2,6), содержании в реакционной массе 18-20% Al2O3. Серную кислоту дозируют в две стадии: на первой стадии дозируют 10-20% от общего количества серной кислоты со скоростью 0,1-0,3 л/мин на 10 кг Al

2O3, а остальное количество дозируют на второй стадии со скоростью 0,6-0,9 л/мин Al2O3, после окончания дозировки реакционную массу выдерживают в течение 20-30 мин, затем проводят кристаллизацию. Данное изобретение позволяет сократить длительность процесса и обеспечивает получение сульфата алюминия высокого качества. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности к производству сульфата алюминия, который может быть использован в качестве коагулянта для очистки питьевых и сточных вод, а также в производстве катализаторов и адсорбентов.

Известен способ получения сульфата алюминия путем обработки пульпы гидроксида алюминия серной кислотой с образованием плава, кристаллизации плава за счет его охлаждения (М.Е. Позин. Технология минеральных солей, т. 1, л.: Химия, 1974, с. 645). Недостатком этого способа является низкое содержание основного вещества ~ 14% в пересчете на оксид алюминия. Кроме этого на стадии кристаллизации используют для охлаждения плава дополнительные реагенты. Известен способ получения кристаллогидрата сульфата алюминия - патент РФ 2152356, МПК 7 C 01 F 7/74, 2000), который включает репульпацию гидроксида алюминия в воде, смешение пульпы с серной кислотой с образованием плава, выдержку последнего при 100-120
o
С для полного разложения гидроксида алюминия, введение в плав мелкодисперсной затравки, отверждение охлажденного воздухом плава путем его кристаллизации на охлаждаемой и смачиваемой водой движущейся поверхности. Выдержку плава ведут при 100-120oС, а в качестве затравки используют кислую соль сульфата алюминия с мольным отношением Аl2О3: H2SO4 диапазоне 2:1-1:1, содержащую 35-50% кристаллизационной воды. Предлагаемый способ позволяет интенсифицировать процесс на всех стадиях, однако недостатком является длительность процесса и необходимость ввода на стадии кристаллизации в качестве затравки кислой соли сульфата алюминия, при этом способе содержание основного вещества - оксида алюминия не превышает 16,7 мас.%. Известен способ получения сернокислого алюминия (а.с. СССР 1135715, MПK 4 C 01 F 7/74, 1985), который включает обработку водной суспензии гидроокиси алюминия серной кислотой, перемешивание полученного плава острым паром и его кристаллизацию. Перед обработкой серной кислотой в водную суспензию гидроокиси алюминия вводят 0,01-0,1% олеиновой кислоты или силиката натрия от веса гидроокиси алюминия и подвергают размолу. Недостатком способа являются повышенные энергозатраты, т.к. используется острый пар и вводятся дополнительные вещества для повышения стабильности суспензии гидроксида алюминия. Наиболее близким техническим решением является способ получения коагулянта основного сульфата алюминия (а. с. СССР 1789508, МПК 5 C 01 F7/74, 1993), который реализуется следующим образом: в автоклаве готовят водную суспензию гидроксида алюминия с плотностью 1,6-1,8 г/см
3
, затем добавляют концентрированную техническую серную кислоту (92-95%) исходя из молярного отношения SO3:Аl2О3, равного 2,0-2,6. Процесс осуществляют без внешнего подвода тепла при 125-150oС и постоянном интенсивном перемешивании реакционной смеси. Взаимодействие завершается за 30-70 мин. Полученный расплав основного сульфата алюминия при температуре 95-100oС разбавляют холодной водой до содержания в нем 16,8-17,5% Аl
2
О3 и кристаллизуют полученный продукт в течение 40-70 мин. Недостатком этого способа является дополнительное использование холодной воды на стадии кристаллизации и длительность процесса. Задачей, решаемой настоящим изобретением, является разработка способа получения сульфата алюминия с высоким содержанием основного продукта с наименьшими тепловыми затратами, без введения дополнительных реагентов и охлаждающей воды. Поставленная задача решается с помощью способа получения сульфата алюминия, который включает разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой при молярном отношении Аl2О3:SO3=1:(2-2,6), содержании в реакционной массе 18-20% Аl2О3, кристаллизацию продукта, серную кислоту дозируют в две стадии: на первой стадии дозируют 10-20% от общего количества серной кислоты со скоростью 0,1-0,3 л/мин на 10 кг Аl2О3, а остальное количество дозируют на второй стадии со скоростью 0,6-0,9 л/мин на 10 кг Аl2О3, после окончания дозировки реакционную массу выдерживают в течение 20-30 минут, затем проводят кристаллизацию. Гидроксид алюминия предпочтительно подвергают предварительному размолу в дисмембраторе до размера частиц 40-50 мкм. Для приготовления водной суспензии гидроксида алюминия используют подогретую воду до температуры 60-70
o
С, дозировку серной кислоты на первой стадии проводят, предпочтительно, со скоростью 0,2 л/мин на 10 кг Аl2О3, а на второй стадии со скоростью 0,8 л/мин. на 10 кг Аl2О3. Дозировку серной кислоты, предпочтительно, осуществляют автоматически. Отличие заявляемого способа получения сульфата алюминия от известного состоит в том, что проводят дозировку серной кислоты в две стадии, при этом создаются оптимальные условия взаимодействия суспензии гидроксида алюминия с концентрированной технической серной кислотой (92-97%). На первой стадии при медленном добавлении до 20% от расчетного количества серной кислоты к водной суспензии гидроксида алюминия при перемешивании за счет сильного разбавления серной кислоты и реакции нейтрализации реакционная смесь разогревается до 100-110oС. Затем проводят вторую ускоренную стадию подачи серной кислоты. На этой стадии реакция нейтрализации проходит также с подъемом температуры до 140
o
С. После прекращения дозировки серной кислоты реакционную смесь выдерживают 20-30 минут и затем проводят кристаллизацию. Такое разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой позволяет не добавлять перед кристаллизацией дополнительно холодную воду в реакционную массу в отличие от известного способа, в котором перед кристаллизацией реакционную массу разбавляют водой до содержания основного вещества Аl2О3 в количестве 16,8-17,5%. Предлагаемый способ получения сульфата алюминия имеет минимальные тепловые затраты за счет исключения подвода тепла извне, нет расхода дополнительных реагентов, процесс разложения гидроксида алюминия протекает быстро и получаемый сульфат алюминия имеет высокое содержание основного вещества и малое количество нерастворимых примесей, при этом образуется реакционная масса с теплопроводностью, приводящей к ускорению кристаллизации. Для дозировки серной кислоты предпочтительно использовать датчики для автоматической подачи серной кислоты в реакционную массу. Способ получения сульфата алюминия реализуется следующим образом. В эмалированный аппарат из мерника загружают необходимое количество воды с температурой, равной 60
o
С, включают мешалку, загружают гидроксид алюминия и проводят дозировку серной кислоты в две стадии. На первой стадии серную кислоту дозируют с меньшей скоростью. Температура на этой стадии поднимается до 100-110oС. На второй стадии ускоряют дозировку серной кислоты, температура при этом повышается до 140oС. После окончания дозировки серной кислоты реакционную массу выдерживают в течение 20-30 минут и затем сливают на противни или конвейер, где происходит кристаллизация. Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение. Пример 1 В аппарат из мерника заливают воду в количестве 300 л с температурой 60-70oС, включают якорную мешалку и загружают гидроксид алюминия 319,5 кг с размером частиц 40 мкм. Далее начинают дозировку концентрированной серной кислоты 94% в количестве 300 л, 60 л дозируют со скоростью 0,17 л/мин на 10 кг Аl2О3, на второй стадии со скоростью 0,75 л/мин на 10 кг Аl2О3. Мольное отношение Аl2О3/SO3 составляет 1:2,4. Содержание Аl2О3 в реакционной массе составляет 18,2%. Пример 2 Аналогичен примеру 1, только мольное отношение Аl
2
О3/SO3=1:2,6 и скорость приливания серной кислоты на первой стадии составляет 0,27 л/мин на 10 кг Аl2О3, а на второй стадии составляет 0,6 л/мин на 10 кг Аl2О3 Пример 3 Аналогичен примеру 1, только мольное отношение Аl2О3/SO3=1:2,3 и скорость приливания серной кислоты на первой стадии составляет 0,2 л/мин на 10 кг Аl2О3, а на второй стадии 0,7 л/мин на 10 кг Аl2О3. содержание Аl2О3 в реакционной массе составляет 20%. Пример 4 Аналогичен примеру 1, только мольное отношение Аl2О3/SO3=1:2,0 и скорость приливания 0,1 л/мин на 10 кг Аl2О3, а на второй стадии 0,85 л/мин на 10 кг Аl2О3 Пример 5 Аналогичен примеру 1, только размер частиц гидроксида алюминия составляет 80 мкм и используют холодную воду для приготовления суспензии гидроксида алюминия. Пример 6 (по прототипу) Аналогичен примеру 1 из прототипа по а.с. СССР 1789508. Таким образом, как видно из представленных примеров и таблицы в предлагаемом решении за счет оптимизации разложения (нейтрализации) гидроксида алюминия серной кислотой получается реакционная масса с теплопроводностью, обеспечивающей быструю кристаллизацию сульфата алюминия без добавления воды. При этом получается сульфат алюминия с высоким качеством.

Формула изобретения

1. Способ получения сульфата алюминия, включающий разложение водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой при молярном отношении Al2O3:SO3= 1: (2-2,6), содержании в реакционной массе 18-20% Al2O3, кристаллизацию продукта, отличающийся тем, что серную кислоту дозируют в две стадии: на первой стадии дозируют 10-20% от общего количества серной кислоты со скоростью 0,1-0,3 л/мин на 10 кг Al2O3, а остальное количество дозируют на второй стадии со скоростью 0,6-0,9 л/мин на 10 кг Al2O3, после окончания дозировки реакционную массу выдерживают в течение 20-30 мин, затем проводят кристаллизацию. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидроксид алюминия подвергают предварительному размолу в дисмембраторе до размера частиц 40-50 мкм. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для приготовления водной суспензии гидроксида алюминия используют подогретую воду до температуры 60-70
o
С. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дозировку серной кислоты на первой стадии проводят со скоростью 0,2 л/мин на 10 кг Al2O3, а на второй стадии 0,8 л/мин на 10 кг Al2O3. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что дозировку серной кислоты осуществляют автоматически.

РИСУНКИ

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Общая характеристика cульфата алюминия (октадекагидрата)

Синонимы: соль алюминия серной кислоты, Aluminum sulfate, Al2(SO4)3*18H2O, пищевая добавка E-520 Сложное неорганическое вещество. Существует в виде белого порошка, гранул, кристаллов (кристаллического порошка). При нагревании теряет воду, при этом не плавится, при прокаливании происходит распад на Al2O3 и SO3. Хорошо растворимое в воде вещество.

Получение cульфата алюминия (октадекагидрата)

Алюминиевый сульфат иногда упоминается как двойная соль - квасцы. Квасцы представляют собой класс родственных соединений, который выражен характерной формулой AB(SO4)2.12H2O. Безводная форма встречается в природе как редкий минерал, который можно найти, например, в вулканических породах и при сжигании угольных отходов. Алюминиевый сульфат очень редко встречается в виде безводной соли. Он образует множество различных гидратов, из которых гексадекагидрат Al2(SO4)3•16H2O и октадекагидрата Al2(SO4)3•18H2O являются наиболее распространенными. Гептадекагидрат, формула которого может быть записана как [Al(H2O)6]2(SO4)3•5H2O, встречается в природе в виде минерального ресурса – природного сульфата алюминия – алюногена.
Алюминиевый сульфат может быть синтезирован путем добавления гидроксида алюминия Al(OH)3 в серную кислоту H2SO4:
2Al(OH)3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3•6H2O

Применение cульфата алюминия (октадекагидрата)

Сульфат алюминия может быть использован в самых разных областях. Применяется для окраски тканей, в дублении кожи, при уничтожении некоторых видов слизняков и насекомых.
Используется как очиститель и фильтрующее вещество сточных вод. Сульфат алюминия связывает и собирает примеси в воде вместе, так что их можно легко удалить. Используется в кулинарии в смесях для выпечки.
Октадекагидрат сульфата алюминия выступает в качестве источника ионов алюминия и может быть использован, чтобы исследовать роль алюминия в таких патологиях как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Также в медицине используется как болеутоляющее.
Используется в текстильной и бумажной промышленности.
Алюминиевый сульфат иногда применяется для снижения рН почвы, увеличения кислотности почвы, так как он гидролизуется с образованием осадка гидроксида алюминия и разбавленного раствора серной кислоты.

Примечание

Вдыхание сульфата алюминия вызывает кашель и, возможно, одышку; при контакте с кожей или глазами, возникает раздражение, покраснение, зуд и боль. Глотание сульфата алюминия ведет к сильному раздражению кишечника и желудка. У пострадавшего могут возникнуть рвота, тошнота и диарея. LD50 для крыс составляет 9000 мг/кг.
Не использовать с бикарбонатом - взрывоопасно.

Характеристики cульфата алюминия (октадекагидрата)

Характеристики Показатели
CAS - номер 7784-31-8
Молекулярная формула Al2(SO4)3 18H2O
Молекулярный вес , г/моль 666.43
Плотность, г/см3 1.69
Температура плавления, °C 87
Растворимость в воде (КТ), г/л 364

Автор: Виктор Епифанов


unibrom.ru

Способ получения сульфата алюминия

Изобретение относится к технологии получения сульфата алюминия, который используют в качестве коагулянта при очистке хозяйственно-питьевых, промышленных и сточных вод, в промышленных и технологических процессах, и может быть использовано на предприятиях, занимающихся переработкой первичных отвальных алюмосодержащих шлаков. Способ получения сульфата алюминия включает предварительную отмывку шлака, содержащего оксид алюминия, от солей, затем обработку его серной кислотой, отделение фильтрацией полученного раствора от песка. Песок промывают, а очищенный раствор после фильтрации подают в кристаллизатор и охлаждают. Отделяют кристаллы сульфата алюминия от маточного раствора, в состав которого входит серная кислота. Кристаллы сульфата алюминия промывают органическим растворителем, сушат и расфасовывают в мешки. После их промывки из оставшейся смеси органического растворителя, воды и серной кислоты отделяют отгонкой органический растворитель при температуре его кипения. Сжиженный органический растворитель используют в последующих промывочных операциях, а маточный раствор, в состав которого входит серная кислота, используют на последующих стадиях обработки шлака. Изобретение позволяет эффективно реализовывать универсальную безотходную, экологически безопасную технологию получения сульфата алюминия. 1 ил.

 

Изобретение относится к технологии получения коагулянтов, которые используются при очистке хозяйственно-питьевых, промышленных и сточных вод, в промышленных и технологических процессах, и может быть использовано на предприятиях, занимающихся переработкой первичных отвальных алюмосодержащих шлаков.

Известен способ переработки отходов алюминиевого производства (варианты) (см. патент RU №2137852, кл. С22В 7/04), заключающийся в том, что отходы алюминиевого производства обрабатывают соляной кислотой или ее солью, которые используют в виде 1-10% водного раствора, выдерживанием при температуре рабочего помещения для полного протекания реакции обезвреживания.

Недостатком известного способа является то, что он не решает проблемы улучшения экологической обстановки, т.к. отходы подлежат дальнейшему хранению.

Наиболее близким аналогом по количеству общих существенных признаков является способ получения сульфата алюминия из шлака, содержащего оксид алюминия, включающий предварительную отмывку шлака от солей, затем обработку его серной кислотой, фильтрацию полученного раствора от песка (см. RU №2220098, 27.12.2003).

Недостатками указанного способа получения сульфата алюминия является загрязнение окружающей среды промышленными отходами, низкая степень конверсии, высокая энергоемкость, низкое качество продукта вследствие загрязненности его различными примесями.

Задачей изобретения является улучшение экологической обстановки за счет переработки отходов алюминиевого производства.

Технический результат заключается в повышении выхода сульфата алюминия с высокой степенью чистоты.

Указанный технический результат достигается способом получения сульфата алюминия, включающий предварительную отмывку шлака, содержащего оксид алюминия, от солей, затем обработку его серной кислотой, отделение фильтрацией полученного раствора от песка, при этом песок промывают, а очищенный раствор после фильтрации подают в кристаллизатор и охлаждают, отделяют кристаллы сульфата алюминия от маточного раствора, в состав которого входит серная кислота, кристаллы сульфата алюминия промывают органическим растворителем, очищенные кристаллы сульфата алюминия сушат и расфасовывают в мешки, после их промывки из оставшейся смеси органического растворителя, воды и серной кислоты отделяют отгонкой органический растворитель при температуре его кипения, сжиженный органический растворитель используют в последующих промывочных операциях, а маточный раствор, в состав которого входит серная кислота, используют на последующих стадиях обработки шлака.

На чертеже показана установка для реализации заявленного способа получения сульфата алюминий.

Установка состоит из реактора 1, вакуум-фильтра 2, кристаллизатора 3, центрифуги 4, промывной центрифуги 5, сушильного барабана 6, испарителя 7, конденсатора 8.

Способ реализуется следующим образом.

Шлак, содержащий оксид алюминия, отмытый от солей, загружают в реактор 1, добавляют воду и серную кислоту, проводят варку 1,5 ч. Полученный раствор отфильтровывают в вакуум-фильтре 2, оставшийся песок промывают водой и используют в качестве строительного материала. Очищенный раствор подают в кристаллизатор 3 и охлаждают. Для сокращения времени кристаллизации добавляют затравку в виде кристаллов готового сульфата алюминия. Образовавшиеся кристаллы сульфата алюминия отделяют от маточного раствора, в состав которого входят серная кислота и вода с растворенными сульфатами железа и других материалов на центрифуге 4. Затем кристаллы сульфата алюминия промывают в промывочной центрифуге 5 органическим растворителем (ацетон, спирт и т.п.). При промывке кристаллов вместе с ацетоном удаляются остатки маточного раствора. Очищенные кристаллы сульфат алюминия сушат в сушильном барабане 6 и расфасовывают в мешки. Промывную смесь ацетона, воды и серной кислоты далее разделяют отгонкой ацетона при температуре кипения ацетона в испарителе 7. Образующиеся пары ацетона с испарителя 7 и сушильного барабана 6 попадают в конденсатор 8. Сжиженный ацетон используется в последующих промывочных операциях. Маточные растворы используются в качестве оборотных в последующих варках сульфата.

Способ позволяет увеличить выход сульфата алюминия до 80% и выше за счет содержания серной кислоты во время варки в два и более раз, по сравнению со стехиометрическим. Увеличение степени конверсии соответственно приводит к уменьшению количества отвала в виде песка и в результате к уменьшению расхода воды на его промывку. При высокой степени конверсии большая часть нежелательных примесей в виде сульфата железа и пр. замещается на сульфат алюминия и переходит в песок. Накопления примесей в маточном растворе не происходит. Используя кристаллизацию, как способ выделения сульфата алюминия из его раствора, с последующей промывкой кристаллов ацетоном, позволяет получить продукт высокой степени чистоты. Задавая в два и более раз соотношение кислоты, по сравнению со стехиометрическим во время варки, с последующим разбавлением водой до содержания в растворе Al2(SO4)3×36Н2О позволяет:

- получить раствор сульфата алюминия после фильтрации с низким содержанием растворимых примесей;

- максимально высадить кристаллы из раствора до 92-95%;

- исключить из схемы упаривание излишней воды;

- исключить из схемы загрязненные стоки.

Заявляемый способ не является энергоемким, так как реакция взаимодействия шлака с серной кислотой является экзотермической(с выделением тепла), это тепло, в свою очередь, поддерживает реакцию при Т 110-160°С.

Все последующие операции, включая сушку кристаллов и испарение ацетона, происходят при низких плюсовых температурах и не требуют больших энергетических затрат.

Способ позволяет получить кристаллы сульфата алюминия от Al2(SO4)×18Н2O до безводного и соответствовать ГОСТу 12966-85 (протокол результатов анализа прилагается).

Полученный сульфат алюминия соответствует санитарным нормам и правилам, (санитарно-эпидемиологическое заключение №63.сц.06.214.П.001858.05.06 от 03 мая 2006 г. прилагается)

Предлагаемый способ позволяет эффективно реализовывать универсальную безотходную, экологически безопасную технологию получения сульфата алюминия.

Способ получения сульфата алюминия, включающий предварительную отмывку шлака, содержащего оксид алюминия, от солей, затем обработку его серной кислотой, отделение фильтрацией полученного раствора от песка, отличающийся тем, что песок промывают, а очищенный раствор после фильтрации подают в кристаллизатор и охлаждают, отделяют кристаллы сульфата алюминия от маточного раствора, в состав которого входит серная кислота, кристаллы сульфата алюминия промывают органическим растворителем, очищенные кристаллы сульфата алюминия сушат и расфасовывают в мешки, после их промывки из оставшейся смеси органического растворителя, воды и серной кислоты отделяют отгонкой органический растворитель при температуре его кипения, сжиженный органический растворитель используют в последующих промывочных операциях, а маточный раствор, в состав которого входит серная кислота, используют на последующих стадиях обработки шлака.

www.findpatent.ru

ПРИМЕНЕНИЕ СУЛЬФАТА АЛЮМИНИЯ — СМОЛЫ

Представляет собой сложное химическое неорганическое соединение - соль белого цвета с розовым, голубым или серым оттенком.

В нейтральных условиях - кристаллогидрат Al2(SO4)3·18h3O — прозрачные бесцветные кристаллы. При термическом нагревании испаряет воду не расплавясь, при высокотемпературном прокаливании распадается на Al2O3 и SO3.

Отлично растворяется в воде. Сульфат алюминия технический получают путем обработки боксита или глины раствором серной кислотой , а особо чистое соединение, — погружая Al(OH)3 в нагретую концентрированную h3SO4.

Сульфат алюминия используется для водоподготовки при очистки воды технического, хозяйственно-питьевого и технологического назначения.

Используется в кожевенной, бумажной, текстильной и других промышленных отраслях. Не химикам он известен как пищевая добавка E-520.

Применение сульфата алюминия

В процессе коагуляции в промышленные обрабатываемые сточные воды вводятся сульфат алюминия, при взаимодействии сернокислого алюминия с водными растворами образуется новое химическое соединение - практически нерастворимая высокопористая субстанция - гидроксид алюминия.

Паралелльно проходит осаждение солей тяжелых металлов, по химическим свойствам близких к вводимому сульфату алюминия. Этот самый распространненый метод в водоочистке и в таком процессе, как водоподготовка.

Осажденные хлопья размером от 0,5 до 3,0 мм и плотностью 1001–1100 г/л большую поверхность с высокой сорбционной способностью. При образовании и формировании хлопьев в структуру их включаются взвешенные химические и оргпнические вещества (микроорганизмы, ил, планктон, остатки водорослей), коллоидные частицы и небольшая масса ионов загрязнений, в свою очередь ассоциированые на внешней части этих веществ.

Сернокислый алюминий - соль слабого основания алюминия – и сильных кислот: Fe2(SO4)3, FeSO4, Al2(SO4)3. При растворении в процессе водоподготовки они гидролизуются, вступая в реакцию с ионами гидроксильных групп, которые содержатся в обрабатываемом водном растворе.

Результатом электролитической диссоциации, является то, что соли образуют мало растворимые фазы. В водном растворе накапливаются ионы водорода, при этом раствор становится кислотным.

При водоподготовке сульфатом алюминия в водном растворе образуется избыточное количество ионов водорода. Это легко измерить через отбор проб воды.Из-за наличия в обрабатываемой воде буферной зоны HCO3– – h3CO3 со значением рН равным 7, рН водного раствора при гидролизе сернокислого алюминия практически не изменяется.

При щелочности воды более 1,0–1,5 мг-экв/л нет проблем с устранением данного избытка. Щелочность водного раствора уменьшается эквивалентно введенному количеству сернокислого алюминия: H+ + HCO3– ® h3O + CO2­. При недостатке щелочности (в паводковый период), необходимо в водоподготовительных мероприятиях включить этап подщелачивания воды для эффективного гидролиза всего количества вводимого коагулянта.

Степень эффективности полноты гидролиза имеет важное значение не только для самого процесса коагуляции, но и для химического качества очищенных сточных вод, поскольку наличие положительных ионов железа и алюминия в воде строго регламентировано.

smoly.ru

способ получения сульфата алюминия - патент РФ 2355639

Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способам переработки высококремнистого алюминиевого сырья с получением сульфата алюминия. Способ включает обработку алюминийсодержащего сырья - каолина 95%-ной серной кислотой и термообработку полученной реакционной массы. Используют каолин с массовой долей оксида алюминия, равной 20-27%, который перед смешиванием с серной кислотой увлажняют. Термообработку реакционной массы проводят при 320-350°С в течение 3-х часов, после этого сульфатный продукт выщелачивают водой при соотношении Т:Ж, равном 1:3, и температуре 80-90°С до конечной величины рН, равной 3,5-4,0. Полученную пульпу фильтруют, фильтрат упаривают до плотности 1,45 г/см3 и кристаллизуют сульфат алюминия. Изобретение позволяет повысить степени извлечения оксида алюминия в раствор. 2 з.п. ф-лы.

Область техники

Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способам переработки высококремнистого алюминиевого сырья с получением сульфата алюминия.

Предшествующий уровень техники

Известен способ получения алюминийсодержащего коагулянта из нефелиновых отходов (см. аналог - а.с. 1399268, кл. C01F 7/74, публ. 30.05.1988 г.). В данном способе в качестве нефелиновых отходов апатитового производства используют пульпу хвостов апатитовой флотации с содержанием 15-25 мас.% твердого. Для повышения качества коагулянта отходы апатитового производства смешивают с 15-25%-ной серной кислотой, твердый остаток отделяют от серно-кислотного раствора. Серно-кислотный раствор разбавляют водой до концентрации 10-30 г/л Al2O3, нагревают до 40-80°С и выдерживают при этой температуре в течение 0,5-0,6 ч. Недостатком данного способа является сложность аппаратурной схемы и невысокая степень извлечения Al2O3 в раствор.

Известен способ получения коагулянта на основе сульфата алюминия из геленитового шлака (см. аналог - а.с. 1742214, кл. C01F 7/74, публ. 23.06.1992 г.). Способ включает выщелачивание шлака серной кислотой с последующим отделением фильтрата. Для повышения степени извлечения оксида алюминия в раствор для выщелачивания используют 35-45%-ную серную кислоту и процесс выщелачивания ведут при 75-80°С в течение 45-60 мин. Недостатком данного способа является необходимость измельчения шлака, что значительно удорожает процесс.

Известен способ получения алюмосодержащего коагулянта из золы (ближайший аналог - RU 2053200, кл. C01F 7/74, C02F 1/52, публ. 1996.01.27), включающий обработку золы от сжигания углей концентрированной серной кислотой в количестве 80-85% от стехиометрически необходимого при 300-350°С в течение 60-80 мин. Полученный спек выщелачивают водой при 80°С в течение 30 мин в соотношении Ж:Т=3,5-4,0. Затем смесь фильтруют, упаривают и подвергают сушке. Извлечение в раствор оксида алюминия Al 2O3 составляет 80-84%. Недостатком данного способа является относительно невысокая степень извлечения Al2 O3 в раствор.

В качестве ближайшего аналога принят способ получения сульфата алюминия из алюминийсодержащего сырья - каолина (патент BG 51038, кл. C01F 7/74, опубл. 29.01.1993), включающий обработку каолина 95%-ной серной кислотой в количестве 100% от стехиометрически необходимого количества, а затем термообработку реакционной массы с переработкой на очищенный сульфат алюминия. Недостатком данного способа является относительно невысокая степень извлечения Al2O3 в раствор.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения направлена на повышение степени извлечения оксида алюминия (Al2 O3) в раствор.

Для решения поставленной задачи в способе получения сульфата алюминия, включающем обработку алюминийсодержащего сырья - каолина 95%-ной серной кислотой и термообработку полученной реакционной массы, предлагается по изобретению использовать каолин с массовой долей оксида алюминия, равной 20-27%, который перед смешиванием с серной кислотой увлажняют, термообработку реакционной массы проводят при 320-350°С в течение 3-х часов, после этого сульфатный продукт выщелачивают водой при соотношении Т:Ж, равном 1:3, и температуре 80-90°С до конечной величины рН, равной 3,5-4,0, полученную пульпу фильтруют, фильтрат упаривают и кристаллизуют сульфат алюминия.

Фильтрат упаривают до плотности 1,45 г/см3.

Выщелачивание осуществляют в течение 3 часов.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Исходный предварительно увлажненный каолин с массовой долей оксида алюминия, равной 20-27%, смешивают с серной кислотой 95%-ной концентрации в количестве 100% от теоретически необходимого количества (далее по тексту - ТНК). После этого реакционную массу нагревают до 320-350°С и выдерживают при этой температуре приблизительно 3 часа. Получают сульфатный продукт и небольшой объем газов, состоящий в основном из паров воды и незначительного количества сернистого (SO2) и серного (SO3) ангидрида. Затем сульфатный продукт выщелачивают водой при соотношении Т:Ж=1:3, 80-90°С в течение 3 часов и до достижения конечной величины рН до 3,5-4,0. Для доведения рН до 4,0 пульпу нейтрализуют прокаленным каолином в заданном количестве при перемешивании в течение 1 часа. После этого пульпу фильтруют - отделяют нерастворимый остаток от фильтрата. С нерастворимым остатком отделяется основное количество железа и сульфат кальция. А фильтрат упаривают до плотности 1,45 г/см3 и кристаллизуют сульфат алюминия (технический, очищенный) химической формулой Al2(SO4) 3*nH2O, где n - количество молекул воды.

Таким образом, при перемешивании предварительно увлажненного каолина с серной кислотой 95%-ной концентрации в количестве 100% от ТНК и последующем прогреве реакционной массы разрушается основной минерал - каолинит, при этом высвобождаются оксиды алюминия и кремния и образуется водорастворимый сульфат алюминия по реакции:

,

где n - количество молекул воды.

Варианты осуществления изобретения

Пример 1. В качестве исходного алюминийсодержащего сырья используют навеску увлажненного каолина массой 1 кг состава, %: Al2 O3 22,0; Fe2O3 2,1; SiO 2 63,0; СаО 0,45; MgO 0,05; TiO 0,57; K2O+Na 2O 2,1, которую смешивают до тестообразного состояния с 310 мл серной кислоты 95%-ной концентрации в количестве 100% от ТНК. Затем реакционную массу помещают в нагревательную печь, доводят температуру до 320-350°С и выдерживают в течение 3 часов до исчезновения белых паров (сернистого (SO2 ) и серного (SO3) ангидрида). Токсичных компонентов в газах не обнаружено. По окончании процесса продукт выгружают из печи, охлаждают и направляют в реактор на выщелачивание. В реактор заливают воду из расчета Т:Ж=1:3 и выдерживают при перемешивании и 80-90°С в течение 3 часов до достижения конечной величины рН 3,5-4,0. Для достижения рН до 4,0 (при необходимости) в реактор загружают прокаленный каолин в расчетном количестве для связывания свободной серной кислоты. При величине рН 4,0 (примерно) создаются условия для выведения железа в осадок. После этого пульпу отстаивают и фильтруют на вакуум или нутч-фильтре с отделением фильтрата от нерастворимого остатка. Фильтрат с первоначальной плотностью 1,24-1,27 г/см3 (90 г/л Al2SO3 ) упаривают до плотности 1,45 г/см3. Затем плав сульфата алюминия выгружают на стол-кристаллизатор, где за счет естественного охлаждения происходит кристаллизация сульфата алюминия. Продукт взвешивают и анализируют на содержание оксида алюминия и присутствующих примесей.

В данном примере получен образец сульфата алюминия химической формулой Al2(SO4) 3 * nH2O, n - количество молекул воды. По внешнему виду - соль в виде плотных кусков мелкокристаллического строения, имеет белый цвет с голубым оттенком.

Образец имеет состав (массовая доля, %):

Оксид алюминия - 15,6

Нерастворимый остаток в воде - 0,5

Железо в перерасчете на оксид железа - 0,15

Свободная серная кислота (H2SO4) - 0,1

Мышьяк в перерасчете на оксид мышьяка - не обнаружен

Извлечение оксида алюминия в раствор составило 91,8%.

Пример 2. В качестве исходного алюминийсодержащего сырья используют каолин с массовой долей Al2О3 25,0%; Fe 2О3 1,5%, который увлажняют до влажности 10-12% и смешивают с (расчетным количеством) 353 мл серной кислоты 95%-ной концентрации в количестве 100% от ТНК. Затем реакционную массу нагревают в печи и выдерживают при 320-350°С в течение 3 часов до исчезновения белых паров (сернистого (SO2 ) и серного (SO3) ангидрида). Токсичных компонентов в газах не обнаружено. Полученный сульфатный продукт засыпают в реактор и выщелачивают водой из расчета Т:Ж=1:3 при перемешивании и температуре 80-90°С в течение 3 часов до достижения конечной величины рН 3,5-4,0. В конце перемешивания замеряют конечную величину рН, наличие свободной серной кислоты определяют титрованием. При наличии свободной серной кислоты проводят нейтрализацию прокаленным каолином до достижения конечной величины рН 4,0. Для этого в реактор вводят при перемешивании заданное количество прокаленного каолина.

По окончании перемешивания пульпу отстаивают и фильтруют с отделением нерастворимого остатка. Фильтрат упаривают до плотности 1,45 г/см3, затем плав сульфата алюминия кристаллизуют на кристаллизационном столе.

В данном примере получен образец белого цвета с розовым оттенком в количестве 1420 г.

Образец имеет состав (массовая доля, %):

Оксид алюминия - 15,8

Нерастворимый остаток в воде - 0,7

Железо в перерасчете на оксид железа - 0,15

Свободная серная кислота (H 2SO4) - 0,1

Мышьяк в перерасчете на оксид мышьяка - не обнаружен

Извлечение оксида алюминия в раствор составило 92,0%.

Пример 3. Опыт проведен аналогично примеру 1. Исходный каолин в количестве 1 кг с массовой долей Al2О3 27,0%; Fe 2О3 1,0% смачивают водой и смешивают с (расчетным количеством) 382 мл серной кислоты 95%-ной концентрации в количестве 100% от ТНК. Затем реакционную массу нагревают и выдерживают при 350°С в течение 3 часов. После этого сульфатный продукт выщелачивают водой из расчета Т:Ж=1:3 при 80-90°С в течение 3 часов до достижения конечной величины рН 4,0. Пульпу фильтруют на нутч-фильтре. Получают фильтрат объемом 2,40 л с содержанием Al2O3 101 г/л, Fe2O3 0,59 г/л. Фильтрат упаривают до плотности 1,45 г/см3 и кристаллизуют сульфат алюминия. В данном примере получен образец, имеющий состав (массовая доля, %):

Оксид алюминия - 16,5

Железо в перерасчете на оксид железа - 0,1

Свободная серная кислота (H2SO 4) - 0,1

Мышьяк в перерасчете на оксид мышьяка - не обнаружен

Извлечение оксида алюминия в раствор составило 92,0%.

В предлагаемом способе получения сульфата алюминия в качестве алюминийсодержащего сырья использован каолин с массовой долей Al2О3 20-27,0%. Применять каолин с содержанием оксида алюминия (Al2 O3) ниже 20% не экономично, а выше 27% - каолин-сырец нужно обогащать, что ведет к удорожанию процесса. В конкретных вышеописанных примерах использован каолин, который является дешевым отходом угледобычи.

Расход серной кислоты 95%-ной концентрации в количестве 100% от ТНК обусловлен тем, что выше этого предела в фильтрате появляется свободная серная кислота, наличие которой в целевом продукте нежелательно, так как может вызвать коррозию аппаратуры, а ниже этого предела не достигается заданная степень извлечения оксида алюминия в раствор.

Термообработка реакционной массы при 320-350°С является оптимальной и достаточной для протекания и завершения реакции образования сульфата алюминия. Если температура будет выше 350°С, возрастут энергозатраты, а переход оксида алюминия в раствор остается на том же уровне, если ниже 320°С, падает извлечение оксида алюминия в раствор.

Продолжительность термообработки реакционной массы 3 часа является оптимальной, поскольку за ее пределами, например, меньше 3 часов - степень сульфатообразования падает, а выше 3 часов - остается на том же уровне.

Аппаратурно-технологическая схема получения сульфата алюминия проста и управляема. Полученный по предлагаемому способу сульфат алюминия, технически очищенный формулой Al2(SO 4)3 * nH2O, соответствует требованиям и нормам ГОСТ № 12966-85 и предназначается для очистки воды хозяйственно-питьевого назначения, а также для использования в бумажной, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности.

Также вышеописанный способ позволяет рационально использовать минеральное сырье за счет комплексной переработки каолина: нерастворимый остаток (кек), содержащий 74-78% SiO2 и 2,5-3,6% Al 2O3, после выщелачивания, промывки и сушки может быть направлен в цементную промышленность или стройиндустрию.

Использование изобретения по сравнению с ближайшим аналогом обеспечивает высокую степень извлечения оксида алюминия (Al2О3) в раствор.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения сульфата алюминия, включающий обработку алюминийсодержащего сырья - каолина 95%-ной серной кислотой и термообработку полученной реакционной массы, отличающийся тем, что используют каолин с массовой долей оксида алюминия, равной 20-27%, который перед смешиванием с серной кислотой увлажняют, термообработку реакционной массы проводят при 320-350°С в течение 3-х ч, после этого сульфатный продукт выщелачивают водой при соотношении Т:Ж, равном 1:3, и температуре 80-90°С до конечной величины рН, равной 3,5-4,0, полученную пульпу фильтруют, фильтрат упаривают и кристаллизуют сульфат алюминия.

2. Способ получения сульфата алюминия по п.1, отличающийся тем, что фильтрат упаривают до плотности 1,45 г/см3.

3. Способ получения сульфата алюминия по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание осуществляют в течение 3 ч.

www.freepatent.ru

Раствор сульфата алюминия - применение, вред

Сульфат алюминия как пищевая добавка представляет из себя соль, цвет которой может быть голубоватым, серым, белым либо розовым. Имеет вид кристаллического порошка либо кристаллов. Выраженным запахом не обладает.

Сульфат алюминия характеризуется хорошей степенью растворимости в воде. Иногда он упоминается как алюмоаммиачные квасцы, серная кислота, пищевая добавка Е520. Безводная форма вещества в природе встречается как редкий минерал под названием Миллозевичит, который содержится в вулканических средах и образуется при сжигании угольных отходов.

Сульфат алюминия способен поглощать, а также удерживать молекулы воды из окружающей среды. Кроме того, вещество легко воспламеняется, не летучее. Обладает очень кислым вкусом.

Сферы применения

Применение сульфат алюминия находит как химический разрыхлитель теста, аналог дрожжей химического происхождения. Может также использоваться в качестве отвердителя. Им обрабатывают мелкие кусочки маринованных фруктов, овощей, мяса лосося, крабов, тунца, омаров, что уплотняет их ткани. Добавка Е520 также применятся во время глазирования в сахаре овощей и фруктов. Может использоваться в качестве модификатора крахмала и отвердителя во время обработки яичного белка.

Раствор сульфата алюминия находит применение в мероприятиях по очистке воде, а также в качестве красителя во время обработки текстиля. В ходе очистки воды раствор ведет к коагулированию: на дно оседают загрязненные частицы, нежелательные примеси, вследствие чего они потом с легкостью отфильтровываются.

В случае соединения с большим количеством немного щелочной или нейтральной воды раствор сульфата алюминия образует осадок гидроксида алюминия. Последний применяется во время окрашивания, печати тканей, поскольку обладает свойствами нерастворимого пигмента.

Применение сульфат алюминия нашел также как вещество, снижающее кислотность почвы в садах, что приводит к повторному цветению во время выращивания некоторых видов цветов.

В строительстве вещество используется как ускоритель во время производства бетона и гидроизолятор. Сульфат применяется также в борьбе с насекомыми, моллюсками, слизняками. Используется во время производства добавок для почвы, удобрения, огнетушителей, жиров, мыла, косметических средств, лекарственных препаратов.

В медицине это вещество включают в состав лекарств, которые облегчают дискомфорт и боль, спровоцированные укусами насекомых. Он помогает в разрушении химических токсичных веществ, которые содержатся в укусах, способствует сокращению их влияния на кожные покровы. Данные препараты выпускаются в форме спреев, которые непосредственно наносятся на пораженный кожный участок и проявляют максимальную эффективность в случае использования сразу же после укуса.

Другими областями применения являются кожевенная и целлюлозно-бумажная промышленность.

Сульфат алюминия: вред

В небольших концентрациях добавка Е520 безопасна для человека. Однако она способствует ухудшению степени усвоения витаминов.

Регулярное потребление сульфата алюминия в составе пищевых продуктов может спровоцировать неблагоприятные последствия для человеческого здоровья и организма.

В основном, при поступлении больших доз вещества наблюдается нарушения в функционировании и повреждения нервной системы. Это выражается в развитии таких заболеваний, как паркинсоническое слабоумие, боковой амиотрофический склероз, болезнь Альцгеймера. Кроме того, добавка неблагоприятно влияет на печень, приводит к развитию анемии.

vesvnorme.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о