DE2550425C2

DE2550425C2 - Verfahren zur Gewinnung eines Koagulationsmittels vom Aluminiumsulfat-Typ aus Alunit zur Reinigung des Wassers von mechanischen Beimengungen

Info

Publication number: DE2550425C2
Application number: DE2550425A
Authority: DE
Inventors: Abram Ilji&ccaron; Moskva Lainer, (verstorben); Jurij Abramovi&ccaron; Moskva Lainer; Gakif Sakirovi&ccaron; Leningrad Nasyrov; Valentina Ivanovna Moskva Sacharova; Eldar Ismail ogly Baku Tagiev
Original assignee: Institut Metallurgii Imeni Aa Bajkova Akademii Nauk Sssr Moskva Su; MOSKOVSKIJ INSTITUT STALI I SPLAVOV
Current assignee: Institut Metallurgii Imeni Aa Bajkova Akademii Nauk Sssr Moskva Su; MOSKOVSKIJ INSTITUT STALI I SPLAVOV
Priority date: 1975-11-10
Filing date: 1975-11-10
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE2550425A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung eines Koagulationsmittels vom AIuminiumsuIfat-Typ aus Alunit zur Reinigung des Wassers von mechanischen Beimengungen.

Das erwähnte Koagulationsmittel stellt ein Gemisch von schwefelsauren Salzen dar, bei denen schwefelsaures Aluminium als Koagulationskomponente auftritt, und kann zur Reinigung von Gebrauchswasser (Trinkwasser) sowie von industriellen und häuslichen Abwässern Verwendung finden.

Die größte Verbreitung finden gegenwärtig Verfahren zur Herstellung eines Koagulationsmittels, In denen Aluminiumhydroxid als Ausgangsstoff verwendet wird (siehe beispielsweise OE-PS 2 13 375).

Nach diesem Verfahren wird Aluminiumhydroxid in der Schwefelsäure aufgelöst, wobei die Masse durch direkten Dampf vermischt und die Temperatur auf 110 bis 120° C aufrechterhalten wird Danach wird die Reaktionsmasse, die 13.5 bis 15« ΑΙ·Ο· enthält, bis auf 95° C abgekühlt und das Koagulationsmittel, d. h. schwefelsaurer Aluminium abgeschieden.

Der Hauptnachieil dieses Verfahrens ist die Verwendung eines Mangelstoffes, d Ii des Alumlniumhydro· xids.

Deswegen wird in der let/ten Zelt ausreichend vorhandenen Rohstoffarten, wie Nephelinkonzentrat, Kaoline, Lehme. Alunlte und hochsilizlumhaltige Bauxite Beachtung geschenkt, Fine aussichtsreiche Rohstoffart zur Gewinnung eines Koagulationsmittels stellen Alunlte dar. Da sie Sulfat enthalten, wird dadurch der Schwefelsiiureverbrauch gegenüber dem Verfahren unter Verwendung von Aluminiumhydroxid etwa um '/.ι verringert. So ist beispielsweise ein Verfahren zur Gewinnung eines Koagulationsmittels /ur Reinigung von Wasser von mechanischen Beimengungen aus Alunlt durch Zwelstufensulfatisierung (SU-PS 3 52 840) bekannt. Das Verfahren besteht darin, daß Alunit zerkleinert, mit einem Teil der Umlauflösung und der Schwefelsäure vermischt, von der 10 bis \5% von der stöchiometrischen Menge genommen sind, und in Form einer Trübe zum Sintern den Wirbelschichtapparaten zugeführt wird, das in zwei Stufen durchgeführt wird. Die erste Stufe erfolgt bei 200 bis 250° C unter Gewinnung von granuliertem Material, und in der zweiten Stufe erfolgt das Rösten von Granulationskörnern bei 560 bis 580° C. Die gerösteten Granulationskömer werden bei 96 bis 103° C mit einer 10- bis 15°„igen Schwefelsäurelösung (90 bis S5% von der stöchiometrischen Menge) zusammen mit Wasser ausgelaugt. Nach der Auslaugung wird aus der Trübe durch Filtration ein unlöslicher Rest abgetrennt, und aus der Lösung, die das Endprodukt enthält, wird durch Verdampfen und Granulation in Wirbelschichtapparaten das Koagulationsmittel abgeschieden.

Das bekannte Verfahren ist durch einen komplizierten Sulfatlslerungsvorgang gekennzeichnet, da er aus mehreren Stufen besteht. Vom Gegenstand der Erfindung unterscheidet sich das Verfahren insbesondere dadurch, daß nicht Alunit, sondern ein Schwefelsäure-Alunit-Gemisch der Röstung unterworfen wird. Außerdem führt die Wärmebehandlung des AlunUs, die in Anwesenheit der Schwefelsäure durchgeführt wird, zu starken Schwefelsäureverlusten, wobei Schwefelverbindungen in die Gasphase übergehen und wiedergewonnen werden müssen. Die apparative Gestaltung des Sinterprozesses ist sehr platzraubend, weil zwei Wirbelschichtanlagen vorhanden sind.

Die Qualität des Produktes, das nach dem beschriebenen Verfahren gewonnen wird, wird nach dem Gehalt an freier Schwefelsäure und nach der Granulationszusammensetzung nicht garantiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Koaguiationsmittels zur Reinigung des Wassers von mechanischen Beimengungen zu schaffen, das es erlaubt, die Qualität des Endproduktes zu verbessern, die Verluste an Schwefelsäure zu verringern und die apparative Gestaltung sowie die Reaktionsführung des Prozesses zu vereinfachen.

Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur Gewinnung eines Koagulationsmittels vom Aluminiumsulfat-Typ aus Alunit zur Reinigung des Wassers von mechanischen Beimengungen, bei dem man

a) Alunit röstet.

b) den gerösteten Alunit mit verdünnter Schwefelsäure bei erhöhter Temperatur auslaugt.

c) aus der erhaltenen Suspension den Feststoff abtrennt.

J) aus der verbleibenden Lösung das Endprodukt abtrennt.

das dadurch gekennzeichnet Ist, daß man

a) den Alunlt bei einer Temperatur von 520 bis 620° C röstet.

b) zum Auslaugen eine 20- bis 35\.ige Schwefelsäure verwendet,

b|> diese Säure In einer Menge einsetzt, die 70 bis 90% von der stöchiometrisch erforderlichen Menge entspricht,

bj) bei einer Temperatur von 80 bis 100° C eine Stunde lang auslaugt und

bi) 10 min vor Beendigung des Laugens gerösteten Alunlt In einer Menge von IO bis 15". vom Gewicht des Ausgangsalunits zusetzt.

Die Trennung der Lösung vom unlöslichen Rest erfolgt durch Filtration der Trübe unter Vakuum oder unter Druck, Absetzen oder Zentrifugieren.

Zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Trennung der Lösung vom unlöslichen Rest werden der Trübe zweckmäßigerweise Flockungsmittel, und zwar m einer Menge von 10 bis 40 g/m^J zugesetzt, wonach die Trübe zentrifugiert, zum Absetzen gebracht oder unter Vakuum bzw. unter Druck filtriert wird.

Als Flockungsmittel werden vorzugsweise Polyacrylamide verwendet. Je nach dem Weg, auf dem das Endprodukt aus der Lösung abgeschieden wird, kann das Koagulationsmittel in Form von Alaun oder in Form eines Gemisches von Alaun und schwefelsaurem Aluminium erhalten werden.

Zum Abscheiden des Alauns aus der Lösung wird die Lösung auf 30 bis 50° C abgekühlt.

Zum Abscheiden des Koagulationsmittels in Form eines Gemisches von Alaun und schwefelsaurem Aluminium wird zweckmaßigerweise zwecks Erhöhung der Ausbeute die Lösudg vor dem Abkühlen auf 30 bis 50° C um !0 bis !5% vom Anfangsvclurnen eingedampft.

Zur Erhöhung des Gehalts an Aluminiumoxid im Koagulationsmittel wird das Abscheiden desselben aus der Lösung vorzugsweise durch Trocknen der Lösung durch einen gasförmigen Wärmetiäger durchgeführt, der eine Anfangstemperatur von 500 bis 600° C besitzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt folgende Vorteile gegenüber den bekannten. Im Unterschied zu dem bekannten ist in dem nach dem erfindungsgemäßen Varfahren gewonnenen Koagulationsmittel der Gehalt an freier Schwefelsäur garantiert. Dies wird dadurch erreicht, daß die Auslaugung bei eineni bestimmten Verbrauch und einer bestimmten Konzentration der Schwefelsäure mit einem Zusatz von gerOsftem Alunit zur Neutralisierung der freien Schwefelsäure durchgeführt wird. Die Behandlung mit Schwefelsäure bei einer Temperatur von 80 bis 100° C läßt Verluste an Schwefelsäure vermeiden.

Nach der AT-PS 2 13 375 wird Aluminiumhydroxid in « Schwefelsäure durch Umrühren der Masse mit scharfem Dampf und Halten der Temperatur auf UO bis 120° C gelöst. Danach wird die Reaktionsmasse mit einem Gehalt an 13,5 bis 15% AIjO, auf 95° C abgekühlt und Aluminiumsulfat als Koagulationsmittel abgetrennt. «5 Nach der SU-PS 3 52 840 wird Alunit zerkleinert durch umgekehrte Lösung mit Schwefelsäure und als Trübe in einen Apparat mit einer siedenden Schicht zum Zusammenbacken gegeben. Dies wird !n zwei Stadien bei 200 bis 250° C und bei 560 bis 580° C durchgeführt Nach der so SU-PS wird der Umsatz zwischen Schwefelsäure und dem alumlniumhaltlgen Rohstoff bei 110 bis 120° C und 200 bis 250° C sowie bei 560 bis 580° C durchgeführt, was zu einem Verlust an Schwefelsäure Im Verhältnis zu dem erfindungsgemäßen Verfahren, das bei 80 bis 100° C erfolgt, führt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann gleichzeitig mit der Verarbeitung des Alunits zur Tonerde, zur Schwefelsäure und zu Kalidüngemitteln unter Anwendung von Schwefelsäure zur Gewinnung des Koagulationsmittels durchgeführt werden. Hierbei können die Anforderungen an die Schwefelsäure im Hinblick auf den Gehalt an Beimengungen und die Konzentration verringert werden. So kann beispielsweise 65%ige Schwefelsäure (Kammersäure) und sogar Säure mit einer noch geringeren Konzentratlon verwendet werden.

Dos erflndungsgemäße Verfahren gestattet es. ein neutrales Koagulationsmittel zu gewinnen, das zur Reinigung nicht nur von Abwasser und Industriewasser, sondern auch von Trinkwasser verwendet werden kann. Das Verfahren zur Herstellung des Koagulationsmittels zur Reinigung des Wassers von mechanischen Beimengungen wird auf folgende Weise durchgeführt:

Aluniterz wird gebrochen, zerkleinert und bei einer Temperatur von 520 bis 620° C in einem Drehofen oder in einem Wirbelschichtofen geröstet. Der geröstete Alunit wird zur Auslaugung geleitet, die in Reaktoren mit Mischern bei einer Temperatur von 80 bis 100° C 1 bis 2 Stunden lang durchgeführt wird. Alunit wird mit einer 20- bis 35%igen wäßrigen Schwefelsäure vermischt, von der 70 bis 90% von der stöchiometrischen Menge genommen sind, was zum Binden des ganzen Aiuminiumoxids. dis im Erz enthalten ist, bis zum Aluminiumsulfat erforder:ich Ist.

Wird zur Auslaugung eine starke (92%ige) Schwefelsäure verwendet, so wird aus dem gerösteten Alunit vorher eine Wasserpulpe bereitet. Anschließend wird starke Schwefelsäure in der Menge dosiert, die zum Erhalten einer 20- bis 35%igen Lösung erforderlich ist.

Zur Neutraiisierung der freien Schwefelsäure wird i0 bis 20 Minuten vor der Beendigung der Auslaugung der zubereiteten Trübe gerösteter Alunit, und zwar in einer Menge von 10 bis 15% vom Gewicht des Ausgangsalunits, zugesetzt.

Nach der Auslaugung wird die Lösung, die das Endprodukt enthält, vom unlöslichen Rest getrennt, was nach beliebigen bekannten Verfahren - durch Absetzen, Filtration oder Zentrifugieren - durchgeführt werden kann.

Zur Erhöhung der Trennungsschwierigkeit können der Trübe Flockungsmittel, d. h. wasserlösliche Polymere, wie Polyacrylamide zugesetzt werden. Die Zusetzung von Flockungsmitteln in einer Menge von 10 bis 40 g/m' führt zu einer 2- bis 5fachen Erhöhung der Trennungsgeschwindigkeit.

Nach der Trennung der Lösung vom unlöslichen Rest wird das Endprodukt aus der Lösung abgeschieden, und der unlösliche Rest, der Schlamm, wird tvil heißem Wasser gewaschen und dann in der Bauindustrie zur Keramikerzeugung verwendet. Das Waschwasser wird zweckmäßigerweise zur Trübenzubereitung dem Prozeßanfang wieder zugeführt.

Das Abscheiden des Koagulationsmittels aus der Lösung geschieht durch Kristallisieren oder Trocknen.

Beim Kristallisieren wird die Lösung von 80 bis 100° ( auf 30 bis 50° C abgekühlt, wobei als feste Phase Alaun abgeschieden wird, der als Koagulationsmittel verwendet werden kann.

Vordem Abkühlen der Lösung kann sie um 10 bis 15% vom Anfangsvolumen eingedampft werden. Hierbei wird das Koagulationsmittel in Form eines Gemisches von Alaun und schwefelsaurem Aluminium abgeschieden. Danach wird das Koagulationsmittel von der Mutterlösung nach einem beliebigen bekannten Verfahren abgetrennt, beispielsweise durch Zentrifugleren.

Zur Erhöhung des Gehalts an Aluminiumoxid Im fertigen Produkt wird das Abscheiden des Koagulationsmittels durch Trocknen der Lösung durch einen gasförmigen Wärmeträger, beispielsweise Rauchgasen, die eine Anfangstemperatur von 500 bis 600° C besitzen, durchgeführt.

Das Trocknen der Lösung kann In Zerstäubungstrocknern, In Wlrbelschlchtapparaten durchgeführt werden. Im Endergebnis wird das Koagulationsmittel gewonnen, das einen Gehalt an Aluminiumoxid von 18,5 bis 19,5% besitzt. Der Grund Ist die Trocknung der Lösung und Entfernung der Feuchtigkeit.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachstehend konkrete Ausführungsbeispiele des Verfahrens angeführt.

Beispiel 1

Alunit mit der Zusammensetzung in Gew.-%:

Al₂O SiO₂ SO₃ K₂O Na₂O Fe₂O₃ V₂O₅ übriges 21,7 43,0 20,0 4,5 2,0 4,5 0,05 4,3

wird gebrochen und bis zum Erhalten von Teilchen mit einer Größe von 1 bis 3 mm zerkleinert. Danach wird Alunit bei 520 bis 540° C in einem Drehofen geröstet. Np.ch dem Abkühlen auf 90° C wird der geröstete Alunit mit der Umlauflösung vcm Schlammwaschen vermischt und eine Trübe mit iinem Gehalt an fester Phase von 300 bis 350 g/l erhalten. Dann wird die Auslaugung mit einer 20%igen Schwefelsäure durchgeführt, von der 90% der zum Binden des ganzen Aluminiumoxids zum Aluminiumsulfat stöchiometrisch erforderlichen Menge genommen sind und die beim Zusetzen der Trübe zu einer starken (92%igen) Schwefelsäure erhalten wurde.

Die Auslaugung wird bei 95 C eine Stunde lang durchgeführt. 10 Minuten vor der Beend'.»ung der Auslaugung wird der Trübe gerösteter Alunit in einer Menge von 10% vom Gewicht des Ausgangsalunits zugesetzt. Danach wird in die Trübe ein Flockungsmittel, d. h. trockenes, granuliertes Carbonatpolyacrylamid mengenmäßig 20 g/m', zugegeben, wonach die Trübe zu einem Filter gepumpt wird, das bei einem Druck von 6 at arbeitet, und die Trennung der Lösung, die das Endprodukt enthält, vom unlöslichen Rest erfolgt. Dieser wird mit heißem Wasser gespült, am Filter getrocknet und in eine Vorlage geleitet. Das Spülwasser wird zur Zubereitung der Trübe benutzt.

Die Lösung mit der Zusammensetzung - in g/l -: AI₂O, - 108; Fe,O, - 5,0; Na₂O - 2,8; K₂O - 6,2; unlöslicher Rest - 0,8, wird danach getrocknet.

Es wird das Koagulationsmittel folgender Zusammensetzung (in Gew.-%) erhalten; _4Q

Al₂O₃ freie H₂SO₄

18,5 bis 19,5 0 bis 0,005

Kornverteilung des Produktes:

Fraktion in mm +4 -4+3 -3+2 -2+1 -1

Gehalt, in % 0,4 3 42 40 3

bis 1 bis 7 bis 48 bis 47 bis 7

Die obigen Werte bedeuten, daß die Fraktion durch das Sieb -1 durchgeht u^d auf dem Sieb mit dem +-Zeichen verbleibt. Beispielsweise bedeutet der Gehalt an Produkt -2+1 rnm, daß die Teilchen durch das Sieb -2 mm durchgehen und auf dem Sieb +1 mm verbleiben.

Beispiel 2

Alunit derselben Zusammensetzung wie im Beispiel 1 wird gebrochen, bis zum Erhalten von Teilchen mit einer Größe von 1 bis 3 mm zerkleinert und bei 600 bis 620° C in einem Drehofen geröstet. Nach dem Abkühlen wird der geröstete Alunit mit einer 35%igsn Schwefelsäure ausgelaugt in einer Menge von 70% der zum Binden des ganzen Aluminiumoxids aus dem Alunit zum Aluminiumsulfat stöchiometrisch erforderlichen. Die Auslaugung wird bei 80° C eine Stunde lang durchgeführt. 10 Minuten vor der Beendigung der Auslaugung wird der Trübe gerösteter Alunit, in einer Menge von 15% vom Gewicht des Ausgangsalunit, zugesetzt. Danach wird die Lösung vom unlöslichen Rest durch Zentrifugieren (Umdrehungszahl der Trommel - 1200 U/min, Gehalt an fester Phase in der Lösung - 0,5 g/l) getrennt. Die Lösung wird einem Kristallisator zugeleitet, «vo beim Abkühlen der Lösung auf 40° C das Koagulationsmittel in Form von Aluminiumkaliumalaun ausgeschieden wird.

Das Alaun wird von der Mutterlauge durch Zentrifugieren getrennt.

Das gewonnene Koagulationsmittel besitzt folgende Zusammensetzung (Gew.-%):

AI₂O₃ Fe₂O₃ freie H₂SO₄ unlöslicher Rest 13,5 0,8 keine keiner

Beispiel 3

Alunit derselben Zusammensetzung wie im Beispiel 1 wi'd bei 580 bis 600° C geröstet. Der geröstete Alunit wird durch eine 25%ige Schwefelsäure ausgelaugt, in einer Menge von der 80% von der stöchiometrisch erforderlichen. Die Auslaugung wird bei 100⁰C eine Stunde lang durchgeführt. 10 Minuten vrr der Beendigung der Auslaugung wird der Trübe gerösteter Alunit, und zwar 10% vom Gewicht des Ausgangsalunits, zugesetzt. Danach wird der Trübe ein Flockungsmittel, d. h. trockenes, granuliertes Carbonatpolyacrylamid, mengenmäßig 25 g/m¹, zugesetzt. Danach erfolgt die Filtration der Trübe unter einem Vakuum von 500 bis 600 Torr mit einer Durchsatzleistung von 300 bis 400 kg/mVh.

Das gewonnene Produkt besitzt dieselbe Zusammensetzung wie im Beispiel I.

unlöslicher Rest	Fe_;	.O₃	Alunit.	mit	der	Beispiel 4	In	Gew	.-%:
0,8	0,7					Zusammensetzung

45 AI₂O₃ SiO₂ SO₃ K₂O Na₂O Fe₂O₃ V₂O₅ übriges 18,8 50,6 18,6 4,0 0,6 1,5 0,05 5,9

wird analog dem Beispiel 1 behandelt, aber die Trennung der Lösung vom unlöslichen Rest erfolgt unter Zusetzen eines Flockungsmittels, d. h. trockenes, granuliertes Su!- fatpolyacrylamid in einer Menge von 30 g/m'.

Es wird das Koagulationsmittel mit der Zusammensetzung erhalten, die der aus dem Beispiel 1 analog irt.

Das Koagulationsmittel wird auf folgende Weise aus uijr Lösung abgeschieden. Zuerst wird die Lösung um 10% vom Anfangsvolumen eingedampft und dann bis auf 40° C abgekühlt. Das abgeschiedene Koagulationsmittel wird von der Mutterlauge durch Zentrifugieren (Umdrehungszahl der Trommel - 1200 U/min, Gehalt an fester Phase im Fiitrat - 0,5 g/l) getrennt.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Gewinnung eines Koagulationsmittels vom Aluminiumsuifat-Typ aus Alunit zur Reinigung das Wassers von mechanischen Beimengungen, bei dem man

a) Alunit röstet,

b) den gerösteten Alunit mit verdünnter Schwefelsäure bei erhöhter Temperatur auslaugt,

c) aus der erhaltenen Suspension den Feldstoff abtrennt,

d) aus der verbleibenden Lösung das Endprodukt abtrennt,

dadurch gekennzeichnet, daß man

a) den Alunit bei einer Temperatur von 520 bis 620° C röstet,

b) zürn Auslaugen eine 20- bis 35%ige Schwefelsäure verwendet,

bi) diese Säure in einer Menge einsetzt, die 70 bis 90% von der stöcniometrisch erforderlichen Menge entspricht,

bj) bei eine.· Temperatur von 80 bis 100° C eine Stunde lang auslaugt und

bi) 10 min vor Beendigung des Laugens gerösteten Alunit in einer Menge von 10 bis 15% vom Gewicht des Ausgangsalunits zusetzt.