СУЛЬФАТ АЛЮМИНИЯ


 

Сульфат алюминия

Сульфат алюминия: химическая формула

Общие

Систематическое наименование

Сульфат алюминия

Химическая формула

Al2(SO4)3

Физические свойства

Молярная масса

342,15 г/моль

Плотность

1,62—2,672 г/см³

Рисунок 3. Физические свойства сульфата алюминия.

Сульфат алюминия – это соль белого цвета с серым, голубым или розовым оттенком, при обычных условиях существует в виде кристаллогидрата Al2(SO4)3·18H2O – бесцветных кристаллов. При нагревании теряет воду не плавясь, при прокаливании распадается на Al2O3 и SO3. Хорошо растворяется в воде. Технический сульфат алюминия можно получить, обрабатывая серной кислотой боксит или глину, а чистый продукт, — растворяя Al(OH)3 в горячей концентрированной H2SO4 (рисунок 3).

Химические свойства

Сульфат алюминия разлагается при температурах от 770 до 860 °C:

770-860 0C

2Al2(SO4)3                                          2Al2O3 + 6SO3 + 3O2

Получение

Сульфат алюминия получают взаимодействием гидроксида алюминия с серной кислотой:                       

2Al(OH)3 + 3H2SO4                                                Al2(SO4)3 + 6H2O  

Также сульфат алюминия получают при соединении алюминия с серной кислотой:

     2Al + 3H2SO4                               Al2(SO4)3 + 3H2

Рисунок 4. Принципиальная технологическая схема получения сульфата алюминия.

Производство коагулянтов

Получения алюминий содержащих коагулянтов для очистки воды и осаждения минеральных взвесей из водных суспензий. Для получения коагулянта используют нефелин содержащее сырье, которое обрабатывают водным раствором, содержащим 1 170 г/л свободной серной или соляной кислоты, при температуре 20-80°С и расходе кислоты 50-85 г/л от теоретически необходимой нормы для взаимодействия с кислоторастворимыми компонентами сырья. Нефелин содержащее сырье перед кислотной обработкой измельчают до крупности 120 мк и менее. При использовании чистого раствора кислоты используют раствор, содержащий 50-170 г/л серной или соляной кислоты. Коагулянт может быть приготовлен также путем обработки нефелина кислым водным раствором сульфата или хлорида алюминия, или железа, содержащим 1 100 г/л свободной серной или соляной кислоты. Способ позволяет получать комплексный реагент, обладающий коагулирующими, флоккулирующими, замутняющими и нейтрализующими свойствами, что обеспечивает повышенную эффективность его при очистке воды.

 ОПИСАНИЕ

Способ производства коагулянтов относится к технологии неорганических веществ и может быть использовано при получении алюминий содержащих коагулянтов для очистки воды и осаждения минеральных взвесей из водных суспензий.

Известны способы получения алюминий содержащих коагулянтов путем обработки нефелина кислотами. Эти способы имеют общую физико-химическую основу и отличаются лишь аппаратурным оформлением технологии. Сущность их заключается в разложении нефелина 35-73% H2SO4 при расходе кислоты 100-105% от стехиометрически необходимой для взаимодействия с кислоторастворимыми компонентами сырья.

Недостатки этих способов многооперационность, сложность аппаратурного оформления, наличие вредных выбросов и очень низкое качество получаемого коагулянта, т.к. он содержит не только нерастворимые примесные минералы, но и скоагулированную гелеобразную кремнекислоту.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения алюминий содержащего коагулянта (основного хлоридоалюминия) из нефелина. Согласно этому способу коагулянт готовят путем нейтрализации растворов хлорида алюминия нефелиновым концентратом при температуре 80-110оС при расходе нефелинового концентрата 0,15-0,8 моль окиси алюминия на 1 моль растворенного хлористого алюминия.

Сущность способа заключается в том, что нефелиновый концентрат разлагают в две стадии: на первой стадии половину нефелина разлагают 27%-ной HCl при температуре 90-100 оС, а на второй полученную суспензию, содержащую скоагулированную кремнекислоту и хлорида алюминия, смешивают со второй половиной нефелинового концентрата при температуре 90-100 оС с получением сухого продукта, который подвергают дозреванию в специальной камере. Этот продукт является товарным неочищенным коагулянтом.

Для получения очищенного коагулянта продукт из камеры дозревания сушат при температуре 160-170 оС, сухой продукт выщелачивают водой, фильтруют с получением раствора коагулянта и нерастворимого остатка, состоящего из геля кремнекислоты и неразложившихся минералов.

Способ характеризуется многостадийностью, сопровождается вредными выбросами вследствие необходимости проведения высокотемпературных операций с использованием концентрированной летучей соляной кислоты. Высокая концентрация кислоты и повышенная температура процесса приводят к коагуляции кремнекислоты, входящей в состав нефелина, вследствие чего она не только бесполезно теряется вместе с нерастворимым остатком, но и ухудшает качество получаемого коагулянта.

Цель изобретения повышение комплексности использования сырья, упрощение процесса приготовления коагулянта, усиление его осветляющих свойств.

Поставленная цель достигается тем, что коагулянт получают путем одностадийной обработки нефелинсодержащего сырья водным раствором, содержащим 1-170 г/л свободной серной или соляной кислоты, при температуре 20-80 оС и расходе кислоты 50-85% от теоретически необходимой нормы для взаимодействия с кислоторастворимыми компонентами сырья, с последующим непосредственным использованием полученной суспензии, состоящей из растворенных солей алюминия, коллоидной кремнекислоты и твердой взвеси частиц недоразложенного нефелина и нерастворимых минералов в качестве коагулянта.

Для интенсификации процесса приготовления коагулянта, улучшения технологических и осветляющих свойств суспензии коагулянта нефелинсодержащее сырье перед кислотной обработкой целесообразно измельчать до крупности 120 мкм и менее или использовать пылевидные фракции нефелинсодержащего сырья, например шламы от сгущения хвостов апатитовой флотации и нефелинового концентрата, пыль циклонов и электрофильтров печей сушки нефелинового концентрата и т.д.

Коагулянт может быть получен как путем обработки нефелинсодержащего сырья водным раствором, содержащим только серную или соляную кислоту при концентрации ее 50-170 г/л, так и водным раствором сульфата или хлорида алюминия или железа, содержащим 1-100 г/л свободной серной или соляной кислоты.

Способ имеет следующие преимущества

Использование для разложения нефелина разбавленных растворов кислот при низкой температуре процесса позволяет предотвратить коагуляцию и выделение в нерастворимый осадок кремнекислоты, выделяющейся при кислотной обработке нефелина. Последняя переходит в коллоидном виде в раствор, где выполняет роль флокулянта (активная кремнекислота), усиливающего осветляющее действие реагента.

Использование измельченного нефелина и обработка его недостатком кислоты способствует более легкому получению основных солей алюминия, которые обладают лучшими коагулирующими свойствами.

Отсутствует необходимость проведения сложных операций по отделению нерастворимого остатка и его утилизации. Более того, этот остаток используется в качестве замутнителя, способствующего интенсификации процесса отстаивания коагуляционных хлопьев, и уменьшает влажность осадков. Кроме того, активные мелкодисперсные частицы недоразложившегося нефелина способствуют нейтрализации выделяющейся при коагуляционном гидролизе солей алюминия и железа свободной кислоты. Это снижает закисление очищаемой воды и позволяет использовать коагулянт для очистки воды с малым запасом щелочности.

Таким образом, заявленный способ позволяет получать комплексный реагент, обладающий одновременно коагулирующими (соли алюминия и железа), флокулирующими (растворенная активная кремнекислота), замутняющими и нейтрализующими (взвесь недоразложенного нефелина и кислотонерастворимых минералов) свойствами.

Приготовление коагулянта осуществляют практически за одну операцию при низкой температуре и использовании разбавленной кислоты, что предотвращает возможность вредных выбросов. Использование измельченного нефелина позволяет осуществлять разложение нефелина менее чем за 5 мин, т.е. реагент может быть приготовлен не только в специальных реакторах, но и непосредственно в потоке при перекачке смеси нефелина с разбавленной кислотой. Интенсивность и простота аппаратурного оформления процесса приготовления коагулянта позволяют организовать его производство непосредственно на местах потребления.

Предложенный способ также может быть использован и для повышения осветляющих свойств стандартных коагулянтов растворов солей алюминия и железа, т. к. добавка тонкоизмельченного нефелина нейтрализует содержащуюся в них свободную кислоту и придает растворам флокулирующие и замутняющие свойства.

Электрокорунд

Искусственный абразивный материал (искусственный корунд).

Состав. Закристаллизованный глинозём, окислы кремния, титана, кальция и железа, содержит  88-99% Al2O3.

Получение. Получают плавкой глинозёмсодержащего сырья в дуговых печах с последующей кристаллизацией расплава. Плотность (кроме сферокорунда) 3,9-4,0 г/см3, микротвердость 19-24 кг/мм2.

В зависимости от содержания глинозема и особенностей технологии плавки различают электрокорунд:

·  Нормальный, состоящий из корунда (до 95%) с небольшой примесью шлаков и ферросплава, широко используется для обработки металлов.

·  Белый, получают путём переплава чистой окиси алюминия. Содержит 98-99% корунда и сравнительно мало примесей. По свойствам и химическому составу белый электрокорунд более однороден, чем нормальный. Микротвердость его несколько выше, чем у нормального. Применяется для обработки высокопрочных сплавов, при скоростном и прецизионном шлифовании.

·  Легированный (хромистый, титанистый, циркониевый), имеет свойства, зависящие от состава и содержания примесных элементов. Абразивные инструменты из легированного электрокорунда применяются для обработки деталей из конструкционных и некоторых инструментальных сталей.

·  Монокорунд, состоящий из плоскогранных изометричных зёрен монокристаллического корунда с небольшим содержанием примесей (2-3%), получают путём сплавления боксита с сернистым железом. Абразивные инструменты из монокорунда используются для шлифования труднообрабатываемых жаропрочных, конструкционных и других легированных сталей и сплавов.

·  Сферокорунд получают из глинозёма в виде полых корундовых сфер (плотность его 2,2 г/см3); содержит небольшое (<1%) количество примесей. Абразивные инструменты из сферокорунда применяют для обработки мягких и вязких материалов (цветных металлов, пластмасс, резины, кожи).

Характеристики. Высокая огнеупорность, стойкость в кислотах и щелочах, хорошая теплопроводность, малое термическое расширение, низкая электропроводность.

Применение. Применяется для производства абразивных материалов, для изготовления огнеупорных, кислотостойких изделий, керамических деталей электровакуумных приборов, изоляторов; используют и как наполнитель в жароупорных бетонах и массах для набивки тиглей индукционных печей. Применяется в черной металлургии (получение синтетических шлаков для рафинирования жидкой стали). Используется при изготовлении абразивного инструмента различных фасонов и профилей, шлифовальной шкурки, при производстве абразивных паст, для свободного шлифования поверхностей вязких металлов и легированных сталей, при обработке стекла, кожи, дерева, как наполнитель в керамической промышленности, а также для противопригарного покрытий.

Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции

Пульпа,дымовой газ, грануляция, коагулянты, электрокорунд

Вопросы для самоконтроля

1. Физические и химические свойства сульфата алюминия

2. Как получают сульфат алюминия

3. Что представляет собой получение коагулянтов

4. Производство коагулянтов.

5. Что представляет собой электрокорунд и его применение