Флокулянты и коагулянты. Коагулянты для очистки воды в частном бассейне Как работает коагулянт

Нет ничего лучше, чем поплавать в бассейне жарким летним днем. Для того чтобы сделать такое времяпрепровождение приятным, следует позаботиться о чистоте бассейна.

Услуги профессионалов стоят довольно дорого, сделать воду кристально прозрачной можно самостоятельно. Качественные средства для очистки бассейнов можно приобрести здесь http://www.watermart.ua/himiya-dlya-basseynov/koagulyanty-flokulyanty/ по приемлемой цене.

Существует огромное количество самых разнообразных веществ, способных очистить воду в бассейне. Самыми популярными из них являются коагулянты и флокулянты. На сегодняшний день эти категории средств включают в себя синтетические полимеры органического происхождения.

До недавнего времени для очистки воды применялись вещества неорганические, а полимеры использовались в качестве добавок. Постепенно органика стала основным коагулянтом.

Применение полимерных очистительных средств имеет следующие преимущества:

• более экономичный расход, необходимая доза снижена более чем в десять раз;
• кислотная и щелочная среда воды не оказывает значительного влияния на их работоспособность, рН очищенной жидкости остается в пределах нормы;
• после их использования в воде не повышается концентрация растворенных металлов;
• способствуют удалению одноклеточных водорослей;
• образуемый осадок легче обезвоживается, обрабатывается и удаляется.

Отличия

Основным отличием коагулянтов от флокулянтов является размер осаждаемых хлопьев, а также механизм действия. Первая группа веществ осаждает загрязнения путем электролитического воздействия. В результате заряд взвешенных частиц нейтрализуется, и они соединяются в более крупные объединения.

Вторая группа реагентов работает по-другому, происходит образование полимерных мостиком между осаждаемыми частицами. При этом процессе изменение электролитического свойства системы не происходит.

Коагулянты способны образовать устойчивый осадок, который отфильтровывается при прохождении воды через очистные сооружения. Однако многие фильтры не способны удерживать мелкие частицы.

Для более качественной очистки воды применяются флокулянты. Эти реагенты объединяют полученные в ходе коагуляции частицы в более крупные хлопья, что значительно облегчает их механическое удаление.

Очистка воды коагулянтами – как это смотрим в видео:

Употребление чистой воды повышает здоровье и иммунитет человека, притом организм сам восстанавливается, используя собственные резервы. Люди испокон веков селились у рек и озер, пользуясь теми источниками, что давала для жизни природа. Самые древние цивилизации уже умели очищать воду для нужд горожан, пропуская ее через слои глины и песка. В те времена люди не использовали коагулянты (это вещества, с помощью которых производится первичная очистка живительной влаги сегодня).

Такая разная чистая вода

В современном мире считается, что в идеале человек должен использовать в своих жилищах три вида воды:

• водопроводную, прошедшую стандартную многократную грубую очистку и фильтрацию в специальных отстойниках;
• бытовую, предварительно умягченную для предотвращения образования накипи в нагревательных приборах, используемую для мытья и стирки;
• питьевую, применяемую исключительно для употребления внутрь и приготовления еды.

Обычной водой квартиры обеспечивает городская система водоснабжения. Для самостоятельной домашней доочистки используются различные фильтры, системы структурирования и признанные полезными некоторые минералы (например, шунгит). Кроме того, существуют коагулянты, обеззараживающие воду, для домашнего использования.

Что происходит с водой перед попаданием в трубы

Перед отстаиванием и фильтрацией производится предварительная грубая очистка воды, предназначенной для подачи в городские водопроводные сети. Сначала в специальных емкостях быстро смешивают воду и коагулянты (это специальные химические реагенты). При коагулировании электростатическое отталкивание растворенных в воде частиц снижается, они слипаются. Это облегчает и ускоряет очистку во время отстаивания и фильтрации.

Процесс в одном резервуаре должен длиться около одной минуты. При меньшем временном интервале не обеспечивается необходимая равномерность смешивания вещества с водой. При более длительном взаимодействии могут разрушиться образовавшиеся флокулы (осадок, слипшиеся инородные частички). Пройдя через несколько резервуаров, где коагулянты для воды смешиваются с ней с постепенно уменьшающейся скоростью, жидкость подвергается отстаиванию.

Что означает красивое слово «флокуляция»

Коагулянты - это химические реактивы. Не все вредные для человека вещества можно вывести обычным фильтрованием за короткое время. Некоторые из них находятся в растворенном состоянии. Если в воде присутствуют примеси или гидрозоли, то коагулянты для очистки воды в момент взаимодействия образуют с ними нерастворимый осадок в виде взвеси. Процесс образования из мелкодисперсных частиц слипшихся, более крупных «кучек» и называется флокуляцией. Размер этих новых частиц может достигать нескольких миллиметров.

Конечно, можно очищать воду от разных примесей обычной фильтрацией, только это будет длиться несколько лет, а ведь вода нужна ежедневно в огромных количествах. Чтобы процесс очистки проходил достаточно быстро, в смесители добавляют коагулянты. Это сокращает время освобождения воды от ненужных вредных веществ всего до 30-45 минут. Благодаря такому ускорению жители больших и малых городов получают возможность бесперебойно пользоваться водой, не выходя из своих жилищ.

Что происходит на очистных сооружениях

В воде, даже прозрачной на первый взгляд, обычно содержится огромное количество примесей. Среди них могут быть следующие вещества:

• гипс и мел;
• песок и глинистые породы;
• ил и планктон;
• малорастворимые гидроокиси металлов;
• бактерии;
• растворенные химические вещества;
• различные взвеси.

Тяжелые и крупные частицы с большой удельной массой довольно быстро опускаются на дно отстойника, за 1-2 минуты. Ускоряя процесс седиментации (образования осадка) мелких частиц, который может длиться до двух лет, в воду добавляют коагулянты. Это сернокислый глинозем, сернокислое железо, гидроксосульфаты и гидроксохлориды алюминия, смеси солей железа и алюминия, глиняные замутнители, различные флокулянты и суспензионные осветлители.

Для очистки и осветления воды в системе вертикальных отстойников на 1 литр расходуется от 50 до 100 мл реагентов. Укрупненные и склеенные под действием химических веществ выпадают в осадок, который легко отделяется дальнейшим отстаиванием и фильтрацией.

Argel

Существуют разные способы очищать жидкости. Касается это очищения как питьевой или бытовой воды, так и .

Простейший способ очистки – это использование фильтров. Фильтры отсеивают все вредные вещества и делают воду чище. В отфильтрованном виде она пригодна для употребления и безопасна для человека.

Однако есть еще один метод очистки воды, который называют коагуляцией, а в работе с ним используют коагулянты.

1 Назначение коагуляции

Коагуляцией называют специальный метод очистки питьевой и сточной воды. Сами коагулянты – это вещества, которые имеют интересные особенности и способны на химическую реакцию.

Если посмотреть на их молекулярную форму, то можно понять, что все они имеют положительный заряд. В то время как большинство загрязнений в воде имеют отрицательный заряд.

Наличие двух отрицательных зарядов в атомах грязных частиц не дает им соединяться вместе. Именно поэтому грязная вода, в большинстве случаев, просто становится мутной.

1.1 Какой принцип работы коагулянтов?

Как мы уже говорили выше, положительный заряд коагулянтов способствует их принципу работы.

При попадании в загрязненную жидкость это вещество начинает активно подтягивать к себе все вредоносные микроорганизмы и другие подобные вещества. Каждая молекула коагулянта способна притянуть к себе несколько молекул других веществ.

Именно поэтому важно точно дозировать его количество. Главное, чтобы вы не использовали слишком мало коагулянта, так как тогда реакция будет протекать вяло. Осадок выпадет медленно и не в тех количествах, в которых должен. А это уже приведет к тому, что жидкость не очистится от вредных примесей должным образом.

После притягивания, молекулы коагулянта вступают в реакцию и превращаются в особенное соединение.

После реакции они становятся похожи на белые хлопья. Эти хлопья выпадают в осадок на дно емкости с жидкостью . От человека затем требуется только убрать осадок посредством любого типа фильтрации.

В крайних случаях пользуются даже методом, который используется при самодельном , когда из емкости просто сливают верхние слои, оставляя на дне железные отложения.

2 Какие виды коагулянтов применяют для очистки воды?

Существует несколько разновидностей коагулянтов. Перечислять все эти вещества и их формулы мы сейчас не будем, так как на это может уйти огромное количество времени. Однако несколько самых популярных групп назвать все-таки стоит.

Коагулянты бывают:

• Органическими;
• Неорганическими.

Органические вещества – это специально выведенные полимеры или другие подобные элементы, которые способствуют очистке жидкости методом коагуляции. Неорганические же, как можно понять из названия, относятся к синтетике и минеральным элементам.

Если же говорить о составах, что чаще всего применяются в быту и промышленности, то они друг от друга мало чем отличаются.

В большинстве случаев пользуются коагулянтами на основе алюминия или железа. Железо применяется для грубой очистки сточных вод и отходов промышленных предприятий. Оно доступно, эффективно и выполняет свою работу качественно.

Самыми популярными из железных составов считаются:

• Сульфат железа;
• Хлорное железо.

Первый образец используется для очистки сточных вод из канализации, а вторым хорошо выводится запах сероводорода и крупные частицы загрязнений.

Из алюминиевых коагулянтов отметить стоит:

• Сульфат алюминия;
• Гидроксохлорид алюминия;
• Гидроксохлоросульфат алюминия (ГСХА)

Первая разновидность встречается чаще всего и используется для очистки питьевой воды. Второй и трети коагулянт больше применим для работы со сточными водами, природными отложениями и т.д.

Совершить выбор коагулянта надо очень осторожно, так как вещество это хоть и безопасное для человека, но довольно узкоспециализированное.

Как и в работе с любыми другими фильтровальными веществам и установками, мы рекомендуем вам обратиться к современной науке. А именно, отдать воду на анализ. После основательных анализов в лаборатории вы будете точно знать, какие проблемы есть в вашем случае и что конкретно нужно предпринимать.

Тогда и подобрать подходящий коагулянт будет намного проще.

Стоит понимать, что коагулянты – это вещи довольно специфические. В одних случаях они отторгают друг друга или определенные элементы в воде, в других же усиливают свое действие или комбинируют его по определенным принципам.

Так, использование простейшего коагулянта из железа и сульфата алюминия позволяет не только быстрее очистить воду, но и существенно умягчить или обезжелезить ее.

Однако здесь нужно не переусердствовать, так как слишком сильно разбавленная питьевая вода тоже не очень полезна, если не сказать вредна. Ведь с ней вы не будете получать всех тех необходимых минералов и полезных веществ, что существуют в необработанной жидкости.

Что же до конкретного применения коагулянтов, то тут советовать что-то излишне. В промышленности этим способом очистки пользуются практически везде. Но там процессы коагуляции можно без особых проблем наладить и поставить на поток.

В быту же придется покупать специальные установки, которые стоят не так дешево. Альтернативой им могут стать отдельные коагулянты бытового типа, что продаются в небольших емкостях.

Их достаточно просто добавить в воду, а затем отфильтровать выпавший осадок. Но, как вы сами понимаете, действовать так постоянно вам вряд ли будет удобно. Ведь этот способ очистки слишком трудоемок и отнимает много времени.

Если выбираете между неорганическими и органическими составами, то предпочтение лучше отдавать второму варианту.

Органика имеет несколько интересных преимуществ, которые никак нельзя игнорировать.

В первую очередь она намного эффективнее. Органические коагулянты действуют быстрее и для получения оптимального результата их нужно меньше. Также органика хорошо борется с хлором и избавляет воду от неприятных запахов. Например, от сероводорода, который часто сопутствует ожелезненной жидкости.

При этом она не изменяют показатель pH в воде и способна взаимодействовать с водорослями.

После применения органические коагулянты существенно уменьшаются в своих размерах. Это приводит к выпадению меньшего количества осадка, который намного проще отфильтровать. Но, при этом, эффективность очистки воды не падает. То есть качественное уменьшение количества осадка никак не сказывается на качестве очистки самой жидкости.

Неорганические коагулянты лучше взаимодействуют с водой. Они умягчают ее, избавляют от избыточного количества солей, железа и грубых примесей. Но здесь нужно учесть один серьезный нюанс. Неорганические составы нуждаются в чрезвычайно точном измерении.

Только так их можно использовать в полной мере. Если с точной дозировкой вы не угадаете (а в бытовых условиях это сделать очень сложно), то эффективность очистки существенно уменьшится.

Именно поэтому неорганические вещества так часто применяются в промышленности, но практически не встречаются в быту.

Впрочем, современные производители уже решили эту проблему, путем продажи минеральных коагулянтов в упаковках с дозаторами и подробной инструкцией.

2.2 Как действует коагулянт для очистки воды? (видео)

Коагуляция (от латинского coagulatio − свертывание, сгущение) − объединение частиц дисперсной фазы в агрегаты при соударениях. Соударения происходят в результате броуновского движения частиц, а также седиментации, перемещения частиц в электрическом поле (электрокоагуляция), механического воздействия на систему (перемешивания, вибрации). Характерные признаки коагуляции − увеличение мутности (интенсивности рассеиваемого света), появление хлопьевидных образований − флокул (отсюда термин флокуляция, часто используемый как синоним коагуляции), расслоение исходно устойчивой к седиментации системы (золя) с выделением дисперсной фазы в виде коагулята (осадка, сливок). При высоком содержании частиц дисперсной фазы коагуляция может приводить к отверждению всего объема системы вследствие образования пространственной сетки коагуляционной структуры. В относительно грубодисперсных системах (суспензиях) при отсутствии броуновского движения первичных частиц о коагуляции можно судить по изменению седиментации − от оседания независимых первичных частиц с постепенным накоплением осадка (бесструктурная седиментация) к оседанию агрегатов сплошным слоем; при достаточно высокой концентрации частиц в системе такой слой образует четкую границу (структурная седиментация). Кроме того, коагуляция приводит к увеличению конечного объема осадка.

Коагулянты − вещества, способные вызывать или ускорять коагуляцию. Введение в систему коагулянтов широко используют для облегчения процессов, связанных с необходимостью отделения вещества дисперсной фазы от дисперсионной среды (осаждение взвешенных частиц при водоочистке, обогащение минерального сырья, улучшение фильтрационных характеристик осадков и др.). Коагуляция играет важную роль в процессах водоочистки для удаления взвешенных коллоидных частиц, которые могут придавать питьевой воде неприятные вкус, цвет, запах или мутность. Под действием коагулянтов дисперсные коллоидные частички объединяются в большие массы, которые затем, после флокуляции, можно удалить такими методами разделения твердой и жидкой фазы, как осаждение, флотация и фильтрация.

Эффективными коагулянтами для систем с водной дисперсионной средой являются соли поливалентных металлов (алюминия, железа и др.). В водоподготовке применяют следующие алюминийсодержащие коагулянты: сульфат алюминия, оксихлорид алюминия, алюминат натрия и, в гораздо меньшей степени, хлорид алюминия.

Сульфат алюминия Al 2 (SO 4) 3 ·18H2O − неочищенный технический продукт, представляющий собой куски серовато-зеленоватого цвета, получаемые путем обработки бокситов, нефелинов или глин серной кислотой. Он должен иметь не менее 9% Al 2 O 3 , что соответствует содержанию порядка 30% чистого сульфата алюминия. В нем также содержится около 30% нерастворимых примесей и до 35% воды.

Очищенный сульфат алюминия (ГОСТ 12966-85) получают в виде плит серовато-перламутрового цвета из неочищенного продукта или глинозема растворением в серной кислоте. Он должен иметь не менее 13,5% Al2O3, что соответствует содержанию 45% сульфата алюминия. В России для обработки воды выпускается также 23−25% раствор сульфата алюминия. При его применении отпадает необходимость в специальном оборудовании для растворения коагулянта, а также упрощаются и удешевляются погрузочно-разгрузочные работы и транспортирование. Помимо водоочистки сернокислый алюминий применяется в больших

количествах в целлюлозно-бумажной промышленности для проклейки бумаги и других целей; его используют в текстильной промышленности в качестве протравы при крашении хлопчатобумажных, шерстяных и шелковых тканей, при дублении кож, для консервирования дерева, в промышленности искусственных волокон. В связи с этим, в настоящем обзоре при оценке объемов производства коагулянтов будет учитываться потребление Al 2 (SO 4) 3 в других областях промышленности, а затем эти данные будут исключены из структуры потребления. Коагулирующие свойства Al 2 (SO 4) 3 обусловлены образованием коллоидной гидроокиси алюминия и основных сульфатов в результате гидролиза. В процессе коагуляции Al(OH)3 коллоидные частицы примесей, находящиеся в воде, захватываются и выделяются вместе с гидроксидом алюминия в виде студенистых хлопьев. Al(OH) 3 имеет повышенную чувствительность к pH и температуре обрабатываемой воды. Изоэлектрическая область для гидроксида алюминия, где у него наименьшая растворимость, соответствует pH = 6,5−7,5. При более низких значения pH образуются частично растворимые основные соли, при более высоких − алюминаты. При температуре исходной воды ниже 4оС в результате возрастания гидратации гидроксида алюминия замедляются процессы коагулирования ее примесей и декантации хлопьев, быстро засоряются фильтры, осадок гидроксида алюминия отлагается в трубах, остаточный алюминий попадает в фильтрат, а хлопья гидроксида образуются в воде уже после подачи потребителям.

В холодное время года при обработке воды с повышенным содержанием природных органических веществ используется оксихлорид алюминия (ОХА). ОХА известен под различными наименованиями: полиалюминий гидрохлорид, хлоргидроксид алюминия, основной хлорид алюминия и др. и имеет общую формулу Al(OH)mCl3n-m. При обработке воды указанные соединения могут образовывать мономерные, полимерные и аморфные структуры.

Неорганический катионный коагулянт ОХА обладает способностью образовывать комплексные соединения с широким спектром органических и неорганических веществ в воде. Принципиально отличается от обычных солей алюминия тем, что имеет так называемую поверхностную кислотную оболочку, что обеспечивает максимально высокую эффективность очистки воды от взвешенных веществ и металлов. Практика применения оксихлорида алюминия продемонстрировала ряд преимуществ, напрямую влияющих на экономические показатели его использования (в том числе и в сравнении с традиционно используемым сульфатом алюминия):

Представляя собой частично гидролизованную соль, оксихлорид алюминия обладает большей способностью к полимеризации, что ускоряет хлопьеобразование и осаждение коагулированной взвеси;

Подтверждена работа оксихлорида алюминия в более широком диапазоне рН по сравнению с сульфатом алюминия;

Снижение щелочности при коагулировании оксихлоридом алюминия существенно меньше. Это, наряду с отсутствием добавления сульфатов, приводит к снижению коррозионной активности воды, исключению стабилизационной обработки, улучшению состояния водопроводов городской распределительной сети и сохранению потребительских свойств воды при транспортировании, а также позволяет полностью отказаться от использования щелочных агентов и приводит к экономии таковых на средней станции водоочистки до 20 тонн ежемесячно;

Низкое остаточное содержание алюминия при высоких вводимых дозах;

Снижение рабочей дозы коагулянта в 1,5 - 2,0 раза по сравнению с сернокислым алюминием;

Поставка в готовом рабочем растворе, что позволяет отказаться от процесса растворения коагулянта, приводя к экономии электроэнергии на размешивании на средней станции до 100 тыс. кВт/час ежегодно;

Снижение трудоемкости и эксплуатационных затрат по хранению, приготовлению и дозированию реагента, улучшение санитарно-гигиенических условий труда.

Алюминат натрия NaAlO 2 представляет собой твердые куски белого цвета с перламутровым блеском на изломе, получаемые растворением гидроксида или оксида алюминия в растворе гидроксида натрия. Сухой товарный продукт содержит 55% Al 2 O 3 , 35% Na 2 O и до 5% свободной щелочи NaOH. Растворимость NaAlO 2 − 370 г/л (при 20 о С). Насыпная масса 1,2−1,8 т/м3. Хлористый алюминий AlCl 3 − белый кристаллический порошок плотностью 2,47 г/см 3 , с температурой плавления 192,4 о С. Растворимость хлорида алюминия в 100 г воды при 20оС составляет 46 г, в горячей воде соединение разлагается. Из водных растворов кристаллизуется Al 2 Cl 3 ·6H 2 O с плотностью 2,4 г/см 3 , расплывающийся на воздухе. При нагревании отщепляет воду и HCl с образованием Al2O3. Хлористый алюминий применяется, главным образом, в качестве катализатора при крекинге нефтепродуктов, а также для ряда органических синтезов. Однако, в ряде случаев, используется как коагулянт. При низких температурах воды в паводковый период в качестве коагулянта возможно использование гидроксида алюминия. В водообработке применяют также железосодержащие коагулянты:

хлорное железо, сульфаты железа (II) и железа (III), хлорированный железный купорос. Хлорное железо FeCl 3 ·6H 2 O (ГОСТ 11159−86) представляет собой темные с металлическим блеском кристаллы, очень гигроскопичные, поэтому транспортируют его в железных герметичных бочках. Получают безводное хлорное железо хлорированием стальной стружки при температуре 700 о С, а также как побочный продукт при производстве хлоридов металлов горячим хлорированием руд. Содержит в товарном продукте не менее 98% FeCl 3 . Плотность 1,5 г/см 3 . Сульфат закиси железа FeSO 4 ·7H 2 O (железный купорос по ГОСТ 6981−85) представляет собой прозрачные зеленовато-голубые кристаллы, легко буреющие на воздухе в результате окисления железа (II). Товарный продукт выпускается двух марок (А и Б), содержащих соответственно не менее 53% и 47% FeSO 4 , не более 0,25 − 1% свободной H 2 SO 4 и не более 0,4 − 1% нерастворимого осадка. Плотность реагента − 1,5 г/см3. Промышленность выпускает также и 30%-ный раствор сульфата железа (II), содержащий до 2% свободной серной кислоты. Транспортируют его в гуммированной таре. Окисление гидроксида железа (II), образующегося при гидролизе железного купороса при pH воды менее 8, протекает медленно, что приводит к неполному его осаждению и неудовлетворительному коагулированию. Поэтому перед вводом железного купороса в воду добавляют известь или хлор, либо оба реагента вместе, усложняя и удорожая тем самым водообработку. В связи с этим, железный купорос используют, главным образом, в технологии известкового и известково-содового умягчения воды, когда при устранении магниевой жесткости значение pH поддерживают в пределах 10,2 − 13,2 и, следовательно, соли алюминия не применимы.

Сульфат железа (III) Fe 2 (SO 4) 3 ·2H 2 O получают растворением оксида железа в серной кислоте. Продукт кристаллический, очень гигроскопичный, хорошо растворяется в воде. Плотность его − 1,5 г/см 3 . Использование солей железа (III) в качестве коагулянта предпочтение по сравнению с сульфатом алюминия. При их применении улучшается коагуляция при низких температурах воды, на процесс мало влияет pH среды, ускоряется декантация скоагулированных примесей и уменьшается время отстаивания (плотность хлопьев гидроксида железа (III) в 1,5 раза больше, чем гидроксида алюминия). К числу недостатков солей железа (III)

относится необходимость их точной дозировки, так как ее нарушение приводит к проникновению железа в фильтрат. Хлопья гидроксида железа (III) осаждаются неравномерно, в связи с чем, в воде остается большое количество мелких хлопьев, поступающих на фильтры. Эти недостатки в значительной мере устраняются при добавлении сульфата алюминия.

Хлорированный железный купорос Fe 2 (SO 4) 3 +FeCl 3 получают непосредственно на водоочистных комплексах обработкой раствора железного купороса хлором, вводя на 1 г FeSO 4 ·7H 2 O 0,160 − 0,220 г хлора. Смешанный алюможелезный коагулянт приготовляют из растворов сульфата алюминия и хлорного железа в пропорции 1:1 (по массе). Рекомендуемое соотношение может изменяться в конкретных условиях работы очистных сооружений. Максимальное отношение FeCl 3 к Al 2 (SO 4) 3 при применении смешанного коагулянта по массе равно 2:1. Вода, обработанная смешанным коагулянтом, как правило, не дает отложений даже при низких температурах, так как формирование и седиментация хлопьев заканчивается в основном до фильтров; хлопья осаждаются равномерно, и достигается более полное осветление воды. Применение смешанного коагулянта позволяет существенно сократить расход реагентов. Составные части смешанного коагулянта можно вводить как раздельно, та и предварительно смешав растворы. Первый способ более гибок при переходе от одного оптимального соотношения реагентов к другому, однако, при втором − проще осуществлять дозирование.

Сульфат алюминия является наиболее распространенным коагулянтом, применяемым в водоочистке для обработки питьевых и промышленных вод. Наиболее простым и наиболее старым способом получения неочищенного сернокислого алюминия является варка непрокаленного, но подсушенного каолина с серной кислотой. Степень превращения Al2O3 глины в сульфат не превышает 70 − 80%.

Получающиеся по этому способу продукты− неочищенный сернокислотный алюминий или коагулянты − после варки затвердевают и не подвергаются дополнительной обработке. Они содержат все примеси сырья.

Для получения очищенного сернокислого алюминия производят отделение нерастворимых примесей, что значительно усложняет производственный процесс. Усовершенствованием этого метода явились разложение каолина избытком серной кислоты для повышения степени извлечения Al2O3 и нейтрализация избыточной кислоты нефелином. Успешное применение нефелина в качестве добавки к каолину послужило основанием для производства нефелинового коагулянта из одного нефелина (без каолина):

(Na, K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 + 4H2SO 4 → (Na, K) 2 SO 4 + Al 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O + 2SiO 2

Нефелиновый коагулянт

При смешении нефелинового концентрата с башенной серной кислотой без последующего разбавления водой смесь быстро загустевает, так как находящаяся в ней вода связывается с образовавшимися солями в твердые кристаллогидраты. Это сопровождается сильным повышением температуры, вызывающим значительное парообразование, что приводит к резкому увеличению объема смеси, которая превращается в твердую пористую массу, легко рассыпающуюся в порошок. Этот продукт, состоящий из смеси сульфата алюминия, калиевых, натриевых квасцов, SiO 2 и прочих примесей, находившихся в нефелине и образовавшихся при обработке его серной кислотой, называется нефелиновым коагулянтом. Его правильней было бы назвать неочищенным нефелиновым коагулянтом в отличие от очищенного нефелинового коагулянта, которым является смесь продуктов, полученная кристаллизацией раствора после отделения от него кремнеземистого осадка. Температура реакции, количество испарившейся воды, выход и свойства коагулянта зависят от концентрации исходной кислоты. В продукте, полученном при разложении нефелина 63-84,5%-ной кислотой, обнаружен бисульфат алюминия. Это объясняется неполной нейтрализацией серной кислоты. Наличие в коагулянте гигроскопичных кислых солей обусловливает поглощение им влаги из воздуха. В результате обводнения продукта происходит дальнейшее разложение непрореагировавшего нефелина. Этот процесс "дозревания" протекает на воздухе медленно около 12 суток, вследствие покрытия зерен непрореагировавшего нефелина кристаллами коагулянта. При растворении кристаллов в воде процесс дальнейшего разложения ускоряется и завершается в холодной воде в течение часа, а в горячей воде - в течение 5 минут. Таким образом, замедление взаимодействия нефелина с концентрированной серной кислотой (выше 63% H 2 SO 4) объясняется недостатком воды в жидкой фазе. С наибольшей скоростью нефелин разлагается 47-73%-ной серной кислотой. Получение неочищенного нефелинового коагулянта производится смешением нефелинового концентрата с башенной серной кислотой в котлах с мешалками и выливанием полученной пульпы до ее загустевания в аппараты для "созревания", т.е. затвердевания массы.

Твердая масса подвергается измельчению. При смешении нефелина с 92% серной кислотой реакция идет очень медленно и незагустевшая пульпа может легко перетекать в желоб со шнеком, куда добавляется вода для разбавления кислоты. После этого реакция идет очень быстро, и масса, интенсивно перемешиваемая шнеком и передвигаемая им вдоль аппарата, быстро затвердевает, превращаясь в мелкие зерна. Процесс смешения ведется в двух аппаратах, соединенных последовательно. В один из смесителей подают непрерывно кислоту и нефелиновый концентрат. Образующаяся пульпа перетекает во второй смеситель, откуда выходит из нижней части его через гидравлический затвор в ковшевой дозатор. В выходящей пульпе должно содержаться от 1,5 до 4% избыточной серной кислоты (в зависимости от качества нефелина). Под избыточной понимают кислоту, содержащуюся в пульпе сверх того количества, которое может прореагировать к концу процесса при гидратации. Из ковшевого дозатора пульпа поступает в шнек реактор, куда добавляют воду из расчета разбавления кислоты до 70−73% H2 S O 4 . Продолжительность пребывания массы в шнеке-реакторе составляет 28−30 сек и степень разложения нефелина за это время достигает 85−88%. Из реактора сухая рассыпчатая масса с температурой 80−100оС поступает на склад, где происходит дозревание и охлаждение продукта в течение 2−4 суток. На производство этим методом 1 т нефелинового коагулянта требуется: 0,32 т нефелиновой муки (до 1% влаги) или 0,105 т Al 2 O 3 (100%), 0,378 т серной кислоты (100%). Технология производства нефелинового коагулянта реализована в ОАО "Святогор", а также в ОАО "Апатит", где получаемый реагент используется при сгущении апатитового и нефелинового концентратов. Промышленный процесс комплексной переработки нефелинов, был разработан советскими специалистами и опробован на "Волховском алюминиевом заводе" в 1952 г. Сущность процесса заключается в спекании нефелина с известняком при температуре 1250-1300 о C. Полученную массу выщелачивают водным щелочным раствором, раствор алюмината натрия отделяют от шлама, затем освобождают от SiO 2 , осаждая его в автоклаве при давлении около 0,6 МПа, а затем известью при атмосферном давлении, и разлагают алюминат газообразным CO 2 . Полученный Al(OH) 3 , отделяют от раствора, а затем используют по назначению: при взаимодействии с серной кислотой получают сульфат алюминия, при прокаливании (t ~ 1200 о С) –глинозем. При таком способе переработки нефелина помимо глинозема и сульфата алюминия получают кальцинированную соду, поташ и цемент. Подобная технология получения сульфата алюминия из нефелина применяется в настоящее время на "Ачинском глиноземном комбинате".

Получение очищенного сульфата алюминия из гидроксида алюминия или оксида алюминия (глинозема)

Большинство российских производителей сульфата алюминия в качестве сырья используют гидроксид алюминия или окись алюминия (глинозем).

2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O

При производстве очищенного сернокислого алюминия растворением в серной кислоте гидроокиси алюминия (или окиси алюминия) процесс осуществляют следующим образом. В реакционный котел (стальной резервуар, футерованный кислотоупорным кирпичом по слою диабазовой плитки) одновременно загружают гидроокись алюминия, серную кислоту и воду в приблизительно стехиометрическом соотношении,соответствующем содержанию в продукте примерно 90% Al 2 (SO 4) 3 ·18H 2 O и 10% свободной воды.

Перемешивание ведут острым паром, поддерживая температуру на уровне 110−120оС, и заканчивают его через 20-30 минут, когда количество свободной серной кислоты в пробе реакционной массы станет меньше 0,1%. Реакционную массу, содержащую 13,5−15% Al 2 O 3 (в виде сульфата алюминия), для ускорения последующей кристаллизации охлаждают в реакторе до 95оС, продувая через нее в течение 10 мин воздух. Затем ее сливают на кристаллизационный стол, оборудованный автоматической машиной для срезки застывшего продукта. Кристаллизация плава на столе продолжается около 50 мин и столько же времени занимает извлечение продукта из кристаллизатора, имеющего площадь 32-34 м2 (емкость примерно 6 т).

Расход материалов на 1 т продукта составляет: 0,142 т гидроокиси алюминия (в пересчете на Al2O3) и 0,40 т серной кислоты (100%). Кристаллизацию ведут также на охлаждаемой изнутри наружной поверхности горизонтального вращающегося барабана – на холодильных или кристаллизационных вальцах. Барабан частично погружен в находящийся в поддоне плав, имеющий температуру 90−100 о С. Кристаллизация на вальцах облегчает условия труда, обеспечивает непрерывный режим производства, улучшает товарные свойства продукта. Снимаемый с вальцев чешуйчатый продукт, содержащий 13,5−14% Al 2 O 3 , при хранении

слеживается. Неслеживающийся продукт получают, повышая содержание Al 2 O 3 до 15,3−15,8% (15,3% соответствует концентрации Al 2 O 3 в кристаллогидрате Al2(SO4)3·18H2O). При длине барабана вальцев 2,2 м и диаметре 1,8 м (поверхность теплообмена 12,4 м2), при выпуске продукта с содержанием 13,5–14% Al 2 O 3 , число оборотов барабана составляет 4,3 в минуту и средняя рабочая производительность вальцев равна 2,4 т/ч; при выпуске продукта, содержащего 15,3−15,8% Al2O3, барабан делает 1−1,2 об/мин и производительность снижается до 1 т/ч.

Для получения неслеживающегося продукта предложено также смешивать пульпу гидроокиси алюминия с 60%-ной серной кислотой, взятой в количестве 95-97% от стехиометрического и образующийся раствор с температурой 100 о С направлять для кристаллизации на холодные вальцы. Продукт содержит примесь основной соли. Запатентован непрерывный способ получения сульфата алюминия, в котором водная суспензия Al(OH) 3 и серная кислота в стехиометрическом отношении подаются с большой скоростью дозирующими насосами в смесительные форсунки реактора, в котором масса находится не менее 30 секунд. Затем она охлаждается до температуры ниже 100 о С в проточном холодильнике и продавливается через сопла или прорези для образования мелкогранулированного продукта.

Получение оксихлорида алюминия

Кристаллы оксихлорида алюминия Al 2 (OH) 5 Cl·6H2O получаются растворением свежеосажденного гидроксида алюминия в 0,5−1% растворе соляной кислоты. Реагент содержит 40−44% Al 2 O 3 и 20−21% NaCl. Выпускается в виде 35%-ного раствора. Кроме того, полиоксихлорид алюминия получают при взаимодействии HCl с чистым алюминием:

2Al(OH)3 + HCl → Al 2 (OH) 5 Cl + H2O

2Al + HCl + 5H 2 O → Al 2 (OH) 5 Cl + 3H2