Технология минеральных солей (удо­Брений, пестицидов, промышленных со­лей, окислов и кислот)

ПОЛУЧЕНИЕ ОЧИЩЕННОГО СЕРНОКИСЛОГО АЛЮМИНИЯ

При производстве очищенного сернокислого алюминия раство­рением в серной кислоте гидроокиси алюминия (или окиси алю­миния) процесс осуществляют, например, следующим способом. В реакционный котел (стальной резервуар, футерованный кислото­упорным кирпичом по слою диабазовой плитки) одновременно за­гружают гидроокись алюминия, серную кислоту и воду в прибли - зйтельно стехиометрическом соотношении, соответствующем содер­жанию в продукте ~90% A12(S04)3 • I8H2O и ~10% свободной воды. Перемешивание ведут острым паром, поддерживая темпе­ратуру на уровне 110—120°, и заканчивают его через 20—30 мин, Когда количество свободной серной кислоты в пробе реакционной цэссы станет меньше 0,1%. Реакционную массу, содержащую 13,5—15% А1203 (в виде сульфата алюминия), для ускорения по­следующей кристаллизации охлаждают в реакторе до 95°, проду­вая через нее в течение 10 мин воздух. Затем ее сливают на кри­сталлизационный стол, оборудованный автоматической машиной для срезки застывшего продукта (стр. 642). Кристаллизация плава на столе продолжается ~50 мин и столько же времени занимает извлечение продукта из кристаллизатора, имеющего площадь 32— 34 м2 (емкость ~6 т). Расход материалов на 1 т продукта со­ставляет: 0,142 г гидроокиси алюминия (в пересчете на А120з) 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 догружен в находящийся в поддоне плав, имеющий температуру 90—100®. Кристаллизация на вальцах облегчает условия труда, обеспечивает непрерывный режим производства, улучшает товар­ные свойства продукта. Снимаемый с вальцев чешуйчатый про­дукт, содержащий 13,5—14% А120з, при хранении слеживается. Неслеживающийся продукт получают, повышая содержание А1203 до 15,3—15,8% (15,3% соответствует концентрации А1203 в кри­сталлогидрате А12(Б04)з • 18Н20). 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% А1203, число оборотов барабана составляет 4,3 в минуту и средняя рабочая производи­тельность вальдев равна 2,4 т/ч при выпуске продукта, содержа­щего 15,3—15,8% А1203, барабан делает 1—1,2 об/мин и произво­дительность снижается до ~ 1 т/ч.

Для получения неслеживающегося продукта предложено5ба также смешивать пульпу гидроокиси алюминия с 60%-ной серной кислотой, взятой в количестве 95—97% от стехиометрического и образующийся раствор с температурой 100° направлять для кри­сталлизации на холодильные вальцы. Продукт содержит примесь основной соли.

Запатентован56 непрерывный способ получения сульфата алю­миния, в котором водная суспензия А1('ОН)з и серная кислота в стехиометрическом отношении подаются с большой скоростью до­зирующими насосами в смесительные форсунки реактора, в кото­ром масса находится не менее 30 сек. Затем она охлаждается до. температуры ниже 100° в проточном холодильнике и продавлива­ется через сопла или прорези для образования мелкогранулиро - ванного продукта.

Предложено обрабатывать гидроокись алюминия серной кис­лотой во вращающихся автоклавах при 145—165° в течение 5— 20 мин с последующим завершением реакции во вращающейся печи при 175—500°; из печи выходит обезвоженный, гранули­рованный сульфат алюминия, легко транспортируемый и дози­руемый.

Производство сульфата алюминия из каолина заключается в следующем57'68. Обогащенный мокрым способом каолин дробят (а мелочь гранулируют) в частицы 2—7 мм, обжигают при 750— 800°, затем обрабатывают в реакторе циркулирующей через слой крупки серной кислотой для выщелачивания А1203. Процесс начи­нают при 70°, отводя от раствора тепло реакции, а затем подни­мают температуру до 104—105°, т. е. выше температуры плавления в кристаллизационной воде сульфата алюминия, содержащего 13,5% А1203. Полученный плав перекачивают насосами из реак­тора в сборник, откуда он поступает на кристаллизационные валь­цы. Получаемый здесь чешуйчатый продукт, содержащий 13,5% А1203. транспортируется на склад. На 1 т сернокислого алюминия (13,5% А1203) расходуется 0,6 т каолина мокрого обогащения (при 15% влажности) и 0,43 т купоросного масла. После слива из реак­тора плава сульфата алюминия, в оставшемся сиштофе задержи­вается до 40% продукта, который извлекают трехкратной система­тической промьщкой, направляя полученный водный раствор, содержащий ~0,3% А126з, на разбавление купоросного масла; по­лучаемая кислота с концентрацией 31% Н2$04 поступает в реак­тор. Промытый сиштоф, содержащий 0,4% А120з, удаляется гидро­транспортом, отделяется от воды и иепольауется для производства цемента.

Для кристаллизации сульфата алюминия применяют также от­крытые плоские металлические ванны с двойным днищем, где Циркулирует охлаждающая вода и вращающиеся барабанные холо­дильники, в которых плав гранулируется. Непрерывную кристалли­зацию с получением стекловидного сульфата алюминия рацио­нально осуществлять на движущейся конвейерной ленте из нержа­веющей стали (или на горизонтальном диске). В этом случае на кристаллизацию подают раствор (плав), содержащий 17% А120з, и в него вводят в качестве затравки измельченный сульфат алюми­ния. Раствор с температурой 130° поступает на ленту, охлажден­ную до 10—30° и смоченную водой. Нижняя поверхность ленты охлаждается водой (первые 32 м ленты рекомендуют охлаждать водой, подогретой до 70°). Раствор начинает загустевать при 110°. При толщине слоя 5—10 мм его верхняя поверхность отвердевает через 4—6 мин. При проходе ленты вокруг вала твердый слой суль­фата трескается и ссыпается. Затем его охлаждают воздухом и измельчают. Лента длиной 60 м и шириной 0,72 м имеет произво­дительность 3 т сульфата алюминия в час. Этот способ, как и при­менение кристаллизационных вальцев, позволяет полностью механи­зировать процесс, снизив затраты на оборудование, требует малых площадей для его размещения69.

Запатентовано60 и воздушное охлаждение ленты с помощью не­скольких сопел; скорость воздушной струи 40—50 м/сек. В плав предварительно добавляют 2% твердой пыли сульфата алюминия в качестве затравки. В плаве содержится 17,3% А1203; его темпе­ратура 110°. При длине ленты 18 м, ширине 0,8 м, толщине слоя плава 19 мм и скорости движения ленты 3,25 м/мин, ее производи­тельность равна 2,2 т/ч.

Возможно61 использование прорезиненной ленты; в этом. слу­чае плав перед подачей на ленту охлаждают до 83—88°.

Старый способ получения сернокислого алюминия из глин в СССР утратил свое значение. Он заключался в следующем. Обожженную и размолотую до тонкости 1—2 мм глину варили с 65—70%-ной серной кислотой 4—8 ч при кипячении до получения нейтрального раствора сульфата алюминия, что достигалось до­бавлением в котел избытка глины. В конце варки содержание сво­бодной серной кислоты в растворе не превышало 0,3% г/л. Рас­твор содержал около 45°/о A12(S04)3. Из такого раствора уже при 90° начинает кристаллизоваться Al2(S04)3 • 18Н20.

Во избежание кристаллизации сульфата алюминия при даль­нейшей переработке раствор по окончании варки разбавляли водой до плотности 1,2—1,25 г/см3. Получение такого раствора сразу, путем применения более разбавленной кислоты, нерационально, так как'извлечение А1203 из глины при этом ухудшается. После разбавления раствор сульфата алюминия отфильтровывали на фильтрпрессе с деревянными рамами (применение • чугунного

Л

Фильтрпресса привело бы к загрязнению раствора железом). Оса­док на фильтрпрессе промывали водой и удаляли в отвал. Промыв­ные воды возвращали в производство — на разбавление концентри­рованного раствора после варки. Профильтрованный раствор со­держал еще значительное количество мути. После отстаивания его дополнительно фильтровали через контрольный фильтрпресс и вы­паривали до плотности 1,53—1,58 г/см3. Эта плотность соответ­ствует концентрации, при которой раствор при охлаждении пол­ностью закристаллизовывается. Кристаллизацию производили на кристаллизационных столах. Застывший продукт разламывали на куски и отправляли на склад. Расход серной кислоты (моногид­рата) на 1 г стандартного продукта (13,5% А1203) составлял 0,44—0,5 т, а расход прокаленной глины 0,5—0,6 т.

Суммарная потеря А1203 во всех стадиях производства дохо­дила иногда до 40%- Столь высокие потери окиси алюминия объ­ясняются главным образом низкой степенью извлечения А]^03 из глины при ее основной варке, когда процесс ведется почти до ней­тральной реакции, при которой переход А1203 в раствор прекра­щается. Нерастворенная в кислоте А1203 остается при этом втвер - „ дом отвале.

Потери А1203 значительно меньше при двух последовательных варках — кислой и основной, когда нерастворившаяся глина после основной варки, отделенная от раствора, подвергается кислой вар­ке с добавкой к ней кислоты и порции свежей глины. Раствор с кислой варки при этом направляется на основную варку с до­полнительным количеством глины, добавляемым для нейтрализа­ции кислоты.

В дальнейшем были предложены пути рационализации отдель­ных стадий этого процесса 62-67: кальцинация глины, смоченной во­дой и небольшим количеством серной кислоты; более тонкий раз­мол обожженной глины; систематическое выщелачивание окиси алюминия из глин кислотой повышающейся концентрации; исполь­зование для фильтрации слоя листовой целлюлозы; замена фильт­ров отстойниками; замена выпарных к отлов пламенными ванными печами и аппаратами с погруженным горением; замена кристалли­зационных столов конвейерным ковшевым кристаллизатором-, хо­лодильными вальцами, распылительной сушкой и др.

Предложено получать кристаллический сульфат алюминия вы­сокой чистоты выдерживанием в специальном сборнике пульпы, полученной при выпарке раствора, до ее охлаждения, с целью об­разования более крупных частиц примесей. После отделения при­месей массу охлаждают для кристаллизации68.

Был предложен способ получения сернокислого алюминия без выпарки раствора, заключающийся в том, что обожженная глина, раздробленная на зерна величиной 4—7 мм, выщелачивается сер­ной кислотой69. Раствор после выщелачивания сразу застывает в

Другие методы получения коагулянт и пр. 4

Твердый стандартный продукт. Выщелачивание должно вестись при 100° путем заливки крупки горячей кислотой такой концентрации (45—47%), чтобы сразу получался продукт с содержанием 13,5% А1203. После завершения реакции полученный концентрированный раствор сливают через ложное дно, и в аппарат заливают свежую кислоту. Эти операции повторяют до тех пор, пока не будет достиг­нуто почти полное извлечение AI2O3 из глины. По окончании выще­лачивания шлам в том же аппарате промывают водой и промыв­ную воду используют для разбавления концентрированной серной

Кислоты. Полное извлечение кислоторастворимого AI2O3 дости­гается за 20—25 ч. Расчетная производительность 1 мъ выщелачи - вателя 1,5—2 т стандартного продукта в сутки.

Растворимость сульфата алюминия в присутствии серной кис­лоты сильно понижается (рис. 183). Поэтому в некоторых случаях может представить интерес выделение кристаллического сульфата алюминия из растворов высаливанием концентрированной серной кислотой. Имеется указание70, что при этом получается продукт •с малым содержанием железа.

Предложено много способов очистки растворов сульфата алю­миния и квасцов от железа71-72. Большинство из них основано на Добавке окислителей (Мп02, Нг'Ог, С12, Вг2 и др.) для перевода Fe2+ в Fe3+ с последующим выделением Fe3+ в виде нерастворимых соединений (например, Fe(OH)3, Fe4[Fe(CN)6]3) или экстракцией органическими растворителями.