DE2612504A1

DE2612504A1 - Verfahren zur herstellung von basischen aluminiumloesungen und verwendung dieser loesungen

Info

Publication number: DE2612504A1
Application number: DE19762612504
Authority: DE
Inventors: David Berry; William Harold Redmayne
Original assignee: Laporte Industries Ltd
Current assignee: Evonik LIL Ltd
Priority date: 1975-04-05
Filing date: 1976-03-24
Publication date: 1976-10-21
Also published as: FR2306168B1; FR2306168A1; DE2612504C2; GB1531459A; JPS51126396A; IT1058035B; AU1215176A; AU506078B2; JPS59449B2

Description

"Verfahren zur Herstellung von basischen Aluminiumlösungen und
Verwendung dieser Lösungen"

Beanspruchte Priorität: 5· April 1975 , Grossbritannien,Ur.1^038/75

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von basischen Aluminiumlösungen durch Bildung einer basischen nhosphathaltigen Alurniniumchloridlösung und die Verwendung dieser Lösungen zur Behandlung von V/asser.

In der DT-OS 25 35 80S ist ein Verfahren zur Herstellung von basischen Aluiuiniumchlorsulfatlösunpen durch Umsetzen von Calciumchlorid und Calciumcarbonat, Calciumhydroxid oder Calciumoxid mit Aluminiumsulfat bei erhöhten Temperaturen beschrieben.

609843/1205

Es wurde nun festgestellt, dass man durch Verändern dieses Verfahrens basische phcsphathaltige Aluminiumlösungen erhalten kann.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von basischen Aluniniumlösungen durch Bildung einer basischen phosphathaltigen Aluminiumchloridlösung_s das dadurch gekennzeichnet ist, dass man

a) eine Aluminiumsulfatlösung mit Phosphorsäure bei erhöhter Temperatur umsetzt,

b) Salzsäure oder Calciumchlorid zusetzt,

c) Calciumoxid, Calciumhydroxid oder Calciuncarbonat zusetzt, wobei das Gemisch alkalisch wird und vorzugsweise Calciumsulfat ausfällt,

d) die Lösung schnell unter 60 C abkühlt oder abkühlen lässt.

Im erfindungsgemässen Verfahren sind die Verluste von Aluminiumverbindungen aus der Lösung, praktisch ausgeschaltet.

In Stufe a) des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Aluminiumsulfatlösung mit der Phosphorsäure vorzugsweise am Rückfluss erhitzt.

Im erfindungsgemässen Verfahren wird in allgemeinen das Chloranion vorzugsweise vor oder gleichzeitig mit dem Calciuncarbcnat, Calciumoxid oder Calciumhydroxid der Aluminiunlösung bei einer

Temperatur von 80 bis 90⁰C zugegeben. Im allgemeinen wird das Chlorzugeführt anion als wässrige Calciumchloridlösung/und vorzugsweise

Calciumcarbonat als wässrige Aufschlämmung verwer.det. Im allge-

609843/1205

— T. _

meinen bewirkt die Zugabe dieser Verbindungen in entsprechenden Mengen zur am Rückfluss siedenden Aluminiumsulfat/Phosphatlösung eine Temperatur von 80 bis 90°C. "lan kann die Temperatur gegebenenfalls auch auf andere Weise einstellen.

Wichtig ist, dass die Lösung, nach der Zugabe der Calciumsalze nicht zu lange bei erhöhter Temperatur, insbesondere bei einer Temperatur über etwa 60 bis 70⁰C,bleibt. Erhitzen der Lösung unmittelbar nach der Zugabe der Calciumsalze ist nicht angebracht, da das Produkt leicht instabil wird. Im Labormassstab genügt es im allgemeinen,die Lösung unmittelbar nach der Einführung des Calciumcarbonats abkühlen zu lassen. Für die Herstellung im grosstechnischen Masstab ist es zweckmässiger, die Lösung schnell auf eine Temperatur unter 60⁰C abzukühlen. Die Lösung sollte vorzugsweise nicht langer als etwa 30 Minuten nach Zugabe der Calciumsalze auf einer Temperatur über etwa 60⁰C bleiben. Das Abkühlen der Lösung auf niedrigere Temperaturen ist nicht kritisch und kann in herkömmlicher Weise erfolgen. Es wurde festgestellt, dass beim Abkühlen vorzugsweise Calciumsulfat und nicht Calciumphosphat ausfällt.

In der erfindungsgemäss hergestellten Aluminiumlösung beträgt das molare Verhältnis von Phosphat und Sulfat zu Aluminium vorzugsweise 0,05:1 bis 0,3'· 1. Besonders geeignete Lösungen erhält man, wenn man das Sulfat vollständig ausfällt, so dass das Verhältnis von Phosphat zu Aluminium in der Lösung etwa 0,1:1 bis 0,15:1 beträgt. Zweekmässigerweise wird soviel Calciumcarbonat, Calciumoxid oder Calciumhydroxid verwendet, dass die basische Aluminium-

609843/ 1205

Lösung eine Basizität von 33 bis 80 %, vorzugsweise kO bis 75 % hat. Änderungen in der Basizität und somit im Chloridgehalt der Endlösung können durch entsprechende Änderungen der Calciumchlorid- und Calciumcarbonate Calciumoxid- oder Calciumhydroxid-Menge erreicht werden.

Die im erfindungsgemässen Verfahren hergestellten basischen Aluminiumlösungen können für die Reinigung von Wasser, v/ie Trinkwasser, Abwasser oder Abwasserschlamm, verwendet werden. Im allgemeinen werden die erfindungsgemMss hergestellten Lösungen in verdünnter Form, d.h. mit einem Aluniniümgehalt von etwa 1 %₃ berechnet als Al-O.., eingesetzt. Aus Transport- und Lage rungs gründen v/erden vorzugsweise basische Aluminiumlösungen hergestellt mit einem Aluminiumgehalt, berechnet als Al„0,, von 5 bis 20 %. Erfindungsgemäss hergestellte Lösungen können ohne Verlust der Stabilität auf Konzentrationen von 1 bis 2 % AIpO verdünnt werden.

Die erfindungsgemäss hergestellten Lösungen können zur Behandlung von Trinkwasser- oder AbwasserChargen und insbesondere zur Behandlung von Abwasserschlamm eingesetzt werden. Trinkwasser, das auf diese Weise behandelt wurde, wird oft in Behältern gelagert . Aus dem Schlamm extrahiertes Wasser wird in die Schlammkläranlage zurückgeführt, wobei deren Ablauf direkt in nahe Flüsse oder Kanäle abgelassen wird.

Es ist bekannt, dass phosphathaltige Lösungen zur Eutrophierung

609843/1205

fuhren, d.h. sie stimulieren das Wachstun von Pflanzen, das dann zur Verstopfung von freifliessenden Gewässern führt. Deshalb würde nan erwarten, dass die Behandlung von Wasser mit phosphat-

MitteIn
haltigen / zu Eutrophierungsproblemen führt. Es wurde jedoch

des Wassers

festgestellt, dass nach der Behandlung/mit den erfindungsgemässen Lösungen das Phosphat in während der Behandlung gebildeten Flocken zurückgehalten wird und praktisch nicht in die Wasserbehälter gelangt.Tatsächlich führt die Behandlung des Wassers mit erfindungsgemässen basischen Aluminiumlösungen im allgemeinen zu einem niederen Phosphatgehalt.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Eine Aluminiumsulfatlösung und Phosphorsäure in einem molaren Verhältnis von Phosphorsäure zu Aluminium von 0,1:1 werden 1 Stun de am Rückfluss erhitzt. Die Lösung wird dann mit einer wftssrifen Lösung, die 0,7 Mol Calciumchlorid je Hol Aluminium enthält, und

■ ■ ' Mol *-

einer wässrigen Aufschlämmung,die 0,8/calciumcarbonat je Mol Aluminium enthält, gleichzeitig bei einer Temperatur von 80 bis 90°C versetzt. Man lässt die Lösung im Verlauf von 2,5 Stunden unter Rühren abkühlen, dann wird sie filtriert. Man erhält eine basische Aluminiumlösung mit einem AIpO -Gehalt von 10_a4 % und einer Basiaität von 45,5 %» die sogar bei einer Verdünnung bis auf eine Konzentration von 2,0 % AIpO- stabil ist.

60984 3/1205

Beispiel 2

Die Arbeit sxieise von Beispiel 1 wird wiederholt nit dem Unterschied, dass das Gemisch von Aluminiumsulfat und Phosphorsäure 6-Stunden am Rückfluss erhitzt v^ird. Nach der Zugabe des Calciunchlorids und des Calciumcarbonate wird die Lösung unter Rühren abgekühlt, wobei das Calciumsulfat ausfällt. Nachdem die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt ist, wird der niederschlag abfiltriert Man erhält eine basische Aluminiumlösung mit einem Α1_0 -Gehalt von 11,3 % und einer Basizität von 46,1 %, die konzentriert und auch nach der Verdünnung stabil ist.

"Vergleichsversuch 1

Es wird gemäss. Beispiel 1 verfahren mit dem Unterschied, dass die Lösung nach der Zugabe des Calciumchlorids und des Calciumcarbonate weitere 5 Stunden am Rückfluss erhitzt wird. Die entstandene Lösung ist instabil, es fallen Aluminiumverbindungen aus.

Beispiel 3

Die Wirksamkeit der erfindungsgemässen Lösungen, hergestellt gemäss Beispiel 1 und 2, zur Entwässerung von Abwasserschlänmen wird mittels eines Jones-Filtrationstests untersucht. Die Schlämme A, B und C stammen aus verschiedenen Kläranlagen, die gemischte Haushalts-ZTndustrieabwässer behandeln:

609843/1205

A: Unbehandelter Schlamm +.überschuss,

aktiviert auf 3,6 % Peststoffe B: Unbehandelter Schlamm + überschuss,

aktiviert auf-4,8 % Feststoffe Ci Unbehandelter Schlamm + Humus-Schlamm mit einem Gehalt von 3,4 % Feststoffe

Die Menge an Konditionierungsmittel, die notwendig ist, um den spezifischen Widerstand des Schlamms bei der Filtration auf

12 ' 12

Werte von 4,0 χ 10 m/kg bzw. 3,0 χ 10 m/kg herabzusetzen,,öind in Gewichtsprozent Aluminium, berechnet als AIpO , das zu dem Schlamm zugegeben und auf dessen Feststoffgehalt berechnet wurde, angegeben.

Für den Schlamm aus der Kläranlage C wird ein spezifischer

12

Widerstand von 3,0 χ 10 m/kg bzw. 2,0 χ 10 m/kg angestrebt.

Je niedriger die Menge an benötigtem Konditionierungsmittel, umso wirkungsvoller ist das Produkt für die Entwässerung.

Vergleichsversuch 2

Die Arbeitsweise von Beispiel 3 wird wiederholt mit dem Unterschied, dass als Konditionierungsmittel ein basisches Aluminiumchlorid mit einem AIpO -Gehalt von 38,3 % und einer Basizität von 63,0 %_a das in Wasser zu einer Lösung mit etwa 15 % AIpO, gelöst wurde, verwendet wird.

609843/1205

-8- 2617504

Vergleichsversuch 3

Es wird gemäss Beispiel 3 verfahren, mit dem Unterschied, dass als Konditionierungsmittel ein im Handel erhältliches PoIyaluminiumchlorid mit einer Basizität von 49,4 % verwendet wird (das Produkt stammt von der Firma Taki Fertilizer Manufacturing Co. in Japan).

Die Ergebnisse der Beispiele 1 und 2 sowie der Vergleichsversuche 2 und 3 sind in den Tabellen I"bis III zusammengefasst.

Tabellel

Erforderliche Dosis zum Erreichen eines spezifischen Widerstands von 4,0 χ 10"¹²rn/kg."

Vergleichsversuch . 'Beispiel Schlamm C2 C3 1 2_

A 4,05 x - 3,80. 4,00

B 3,80 2,05 2,10 2,20

Der spezifische Widerstand konnte nicht erreicht v/erden.

609843/ 1205

Tabellen Erforderliche Dosis zum Erreichen eines spezifischen Widerstands

von 3»0 χ	10¹²rn/kg.	Vergleichsversuch C2 C3 '	X	1	Beisniel 2	4,20
Schlamm		4,30	2,35	4	,10	2,40
A		.4,25	1,00	2	,70	0,50
B		X		0	■ *5
C

Der spezifische Widerstand konnte nicht erreicht werden.

Tabelle III

Erforderliche Dosis zum Erreichen eines spezifischen Widerstands von 2,0 χ 10¹²m/kg.

Vergleichsversuch Beispiel Schlamm G2 C3 1 ' 2

C χ 1,80 1,00 t»50

U *

Der spezifische Widerstand konnte nicht erreicht vrerden.

Aus den Tabellen ist ersichtlich, dass die erfindungsgemässen Produkte der Beispiele 1 und 2 gleich gut oder besser als die Produkte der Vergleichsversuche 2 und 3 sind, immer innerhalb der Fehlergrenzen des Jones-Filtrationstests.

609843/12QS

Claims

Patentansprüche

■i) Verfahren zur Herstellung von basischen Aluminiumlösungen durch Bildung einer basischen phosphathaltigen Aluminiumchloridlösung, dadurch gekennzeichnet, dass man

a) eine Aluminiumsulfatlösung mit Phosphorsäure bei erhöhter Temperatur umsetzt,

b) Salzsäure oder Calciumchlorid zusetzt,

c) Calciumoxid, Calciumhydroxid oder Calciunicarbonat zusetzt, wobei das Gemisch alkalisch wird und vorzugsweise Calciumsulfat ausfällt,

d) die Lösung schnell unter 6O⁰C abkühlt oder abkühlen lässt.

Z. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in Stufe a) die Aluminiumsulfatlösung und die Phosphorsäure am Rückfluss erhitzt. - .

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,. dass

bzw. Salzsäure

man in Stufe b) das Chlorid/bei einer Temperatur der Losung von 80 bis 9O°C zusetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass man in Stufe c) das Calciumcarbonat, Calciumhydroxid oder Calciumoxid bei einer Temperatur der Lösung- von 80 bis 90 C zusetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis H_x dadurch gekennzeichnet, dass man das Calciumcarbonat, Calciumhydroxid oder Calciumoxid vor oder· gleichzeitig mit dem Chlorid bzw. der Salzsäure zusetzt.

609843/1205

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5_a dadurch gekennzeichnet, dass man die Lösung nach Zugabe der Calciumsalze nicht länger als 30 Minuten auf einer Temperatur von über 60°C hält.

7~. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man genügend Calciumsalze zusetzt, um alle Sulfationen auszufällen und eine Lösung mit einem molaren Verhältnis von Phosphat zu Aluminium von 0,1:1 bis 0,15:1 zu erhalten.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Lösung mit einer Basiaität von 40 bis 75 % herstellt.

9. Verwendung der nach Anspruch 1 bis 8 hergestellten Aluminiumlösung zur Reinigung von suspendierte Substanzen enthaltendem Wasser.

10. Ausführungsform nach Anspruch 9 zur Entwässerung von Abwasserschlamm.

\ ■

609843/1205