FI73402C - Foerfarande foer framstaellning av basiskt aluminium(iii)sulfat. - Google Patents

Description

73402

Menetelmä emäksisen aluminium(III)sulfaatin valmistamiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää emäksisen polynukleaatti-alumiinisulfaatin valmistamiseksi, joka tuottaa vesiliuoksessa positiivisesti varautuneita polynukleaattikomplekseja, joilla on varausta neutraloivia ominaisuuksia systeemeissä, jotka sisältävät suspendoituneita tai kolloidaalisia, negatiivisesti varautuneita hiukkasia.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan rationaalinen menetelmä emäksisen polynukleaattiaiumiinisulfaatin teolliseksi valmistamiseksi.

Alalla tunnetaan lukuisia alumiinituotteitä, jotka sisältävät polynukleaattialumiini-ioneja liuoksessa. Nämä tuotteet ovat tulosta tehokkaampien kemikaalien vaatimuksesta esimerkiksi vedenpuhdistuksen, paperiniilmauksen ja tehtaan vedenpoiston aloilla. Näillä erikoisaloilla käytettäessä polynukleaatti-tuotteilla on paljon paremmat ominaisuudet kuin aikaisemmin käytetyillä yksittäisillä yhdisteillä johtuen metalli-ionien suuremmasta varauksesta. Periaatteessa on kehitetty kaksi erilaista alumiinituotetta pyrkimyksenä parantunut teho edellä mainitussa yhteydessä; nämä tuotteet ovat ensinnäkin kloridipohjäisiä emäksisiä alumiiniyhdisteitä ja toiseksi sulfaattipohjäisiä alumiiniyhdisteitä. Ensin mainitusta ryhmästä kehitettiin ensin polyalumiinikloridi (PAC), jolla on yleinen kaava /ÄlClx(OH)3_x_7n jossa x on < 3, normaalisti 1-2.

Näitä yhdisteitä ja menetelmiä niiden valmistamiseksi on kuvattu esimerkiksi patenttijulkaisuissa SE,B, 7201333-7, SE,B, 7405237-4, SE,B, 7412965-1, SE,B, 7503641-8 ja DE,A, 2630768.

2 73402

Toisella alumiinikloridiliuosten, PALC, lajilia, jotka perustuvat myös samojen polynukleaattikompoleksien sisältöön, on yleiset bruttokaavat, jotka voidaan kirjoittaa (A1C13 · x AOH)n jossa A on alkalimetalli ja /XICI3 · I B(OH)2_7n jossa B on maa-alkalimetalli, n on positiivinen kokonaisluku ja x on arvo välillä 1-2,7.

PALC-tyypin polynukleaattialumiini-kloridiliuoksia kuvataan julkaisussa FR, Ai, 7512975, jonka mukaan liuokset valmistetaan alkaloimalla alumiinikloridiliuoksia alkalihydroksi-liuoksilla. Tämän julkaisun mukaan ei ole kuitenkaan ollut mahdollista tuottaa kirkkaita, stabiileja liuoksia muuta kuin erittäin laimeassa muodossa. "Stabiililla liuoksella" tarkoitetaan tässä ja seuraavassa liuosta, joka ei muuta koostumuksen ja ominaisuuksien suhteen edes varastoitaessa pitkän ajanjakson ajan. Niinpä julkaisussa väitetään, että tietyissä olosuhteissa on mahdollista saada liuos, jossa on jopa 0,40 moolia alumiinia litrassa. Tämän liuoksen stabiilisuus on kuitenkin erittäin rajoitettu ja on välttämätöntä ruiskuttaa liuos suoraan puhdistettavaan veteen. Julkaisusta ja erityisesti suoritusesimerkeistä käy selvästi ilmi, että liuosten, joiden alumiinipitoisuudet ovat yli n.

0,1 moolia/1, ei voida odottaa olevan tehokkaita ja stabiileja julkaisun mukaan tunnetuissa PALC-liuoksissa.

Sulfaattipohjaisia emäksisiä alumiiniyhdisteitä kuvataan julkaisuissa EP, A, 79850039-3; EP,A, 80850033-4 ja SE,A, 8101830-1.

Näillä tuotteilla on suuremmassa tai pienemmässä määrin poly-nukleaattimetalli-ioneja liuoksessa ja ne ovat tämän vuoksi tehokkaita vedenpuhdistusaineita. Sulfaattipohjaisia tuotteita 11 3 73402 voidaan myös käyttää muihin tarkoituksiin kuin vedenpuhdis-tukseen, jossa polynukleaattimetalli-ionien läsnäolo edistää haluttujen vaikutusten saavuttamista.

Tietyissä tapauksissa on kuitenkin toivottavaa ja toisinaan jopa välttämätöntä rajoittaa sulfaatti-ionien syöttöä mahdollisimman suuressa määrin edellä mainituilla aloilla suoritetuissa käytöissä, erityisesti puhdistettaessa juomavettä.

Tämä on erityisen tärkeää systeemeissä, joita käytetään ja puhdistetaan jatkuvasti, jotta vältettäisiin sulfaatin kerään-tymisvaara kudoksiin ja veteen betonin syöpymisen kannalta.

Tämä soveltuu näin ollen tiettyihin vedenpuhdistussysteemei-hin, joissa on puute vedestä, mikä tekee välttämättömäksi käyttää vettä mahdollisimman pitkään välillä tapahtuvin ve-denpuhdistuksin. Kun tällaista vettä on puhdistettu kymmenen kertaa tavanomaisella alumiinisulfaatilla tai seoksilla, joilla on vastaavat sulfaattipitoisuudet (FALS), sen sulfaatti-pitoisuus on niin korkea, että vesi syövyttää vesijohtojärjestelmää johtaen ongelmallisiin vuotoihin. Sulfaatti-ionin rikas tumi s ongelma on nyt ilmennyt myös paperiteollisuudessa, jossa vesijärjestelmä on ympäristöllisistä syistä suuressa määrin suljettu. Liian suuret suolaprosentit paperiraaka-aineessa häiritsevät vakavasti valmistusprosesseja.

US-patentissa 4 238 347 ehdotetaan menetelmää emäksisen alumii-nisulfaatin valmistamiseksi, jossa on niukasti sulfaattia ja jolla on kaava /Äl(0H)x(S04)y(H2P04)z(H20)7w jossa x on 0,75-1,5; y on 0,7-1,07: z on 0-0,2; ja w on 2,0-4,2 , x + 2y + z on 3.

Yhdisteet valmistetaan antamalla alumiinisulfaatin reagoida jauhetun kalsiumkarbonaatin kanssa, valinnaisesti fosfori- 4 73402 hapon läsnäollessa ja suodattamalla reaktioseos muodostuneen kipsin erottamiseksi. On kuitenkin huomattu, että kalsiumkarbonaatin kanssa tapahtuvasta reaktiosta kehittyvä hiilidioksidi yhdessä kipsin kanssa synnyttää valtavia ongelmia mitä tulee prosessitekniikkaan johtuen muodostuneesta vaahdosta, jota varsinkaan suurilla alumiinisulfaattipi-toisuuksilla ei voida hajottaa. On jopa mahdotonta hajottaa vaahto tehokkaasti, kun vaahdonestoaineita on läsnä. Itse asiassa vaahdonestoaineiden käyttöä tulee välttää, koska ne toimivat saastuttavana aineena eri käytöissä, joihin alumii-nisulfaattia pannaan. Kalsiumkarbonaatti huonontaa myös tuotteen stabiilisuutta.

Julkaisussa SE,A, 8104149-3 kuvataan parannettua menetelmää niukasti sulfaattia sisältävien polynukleaattialumiini-hydroksidikompleksien valmistamiseksi, joilla on kaava /Äl(0H)x(S04)y(H20)z_7n jossa n on kokonaisluku x on 0,75-2,0; y on 0,5-1,12; x + 2y on 3 ja z on 1,5-4, ja z on - 4, kun tuote on kiinteässä muodossa ja z on >> 4, kun tuote on liuoksessa, ja alumiinisulfaat-tiin sekoitetaan yhtä tai useampaa yhdistettä ryhmästä CaO, Ca(OH)2» BaO, BaiOH^r SrO, Sr (OH) 2 vesiliuoksessa reaktioon annetun yhdisteen muodostamiseksi, minkä jälkeen saatu maa-alkalimetallisulfaattisakka erotetaan pois ja jäljelle jäänyt liuos valinnaisesti haihdutetaan. Saadulla liuoksella, joka voidaan saada erittäin emäksisenä, OH/A1-suhteella - 2,0 on erinomaiset ominaisuudet, mutta liuoksen valmistus johtaa jätteeseen, maa-alkalimetallisulfaattiin, joka on epämieluisa, koska se muodostaa jopa 30 % reaktio-seoksesta emäksisyysarvolla 2,0. Tämän vuoksi on etsitty muita menetelmiä, jotka eivät anna mitään jätettä tai jotka johtavat jäännöstuotteeseen, jolla on oma markkina-arvonsa.

5 73402

Nyt on huomattu mahdolliseksi poistaa nämä tekniset ongelmat ja saada aikaan rationaalinen ja yksinkertainen tapa valmistaa niukasti sulfaattia sisältävä, emäksinen alumiini-sulfaatti, jolla on yleinen kaava /Äl(0H)x(S04)y(H20)z_7n jossa n on kokonaisluku x on 0,75-2,0 y on 0,5-1,12 x + 2y on 3 z on 1,5-4, kun tuote on kiinteässä muodossa ja z on >> 4, kun tuote on vesiliuoksen muodossa, jolle keksinnölle on luonteenomaista, että alumiinisuolan liuos neutraloidaan pH-arvoon 5-7 amorfisen alumiinihydroksidin saostamiseksi, joka erotetaan pois ja siihen sekoitetaan sulfaatti-ioneja alumiinisulfaatin ja/tai rikkihapon muodossa y-arvoon 0,5-1,12 ja edullisesti arvoon 0,5-0,75, joka tuote muutetaan valinnaisesti kiinteäksi tuotteeksi.

Keksinnön muut luonteenomaiset piirteet esitetään liitteenä olevissa patenttivaatimuksissa.

Erityisen edullisia yhdisteitä ovat ne, joissa x on 1,6-1,8, y on 0,6-0,7; ja jotka ovat kiinteässä muodossa, jossa tapauksessa z on 2,0-2,5.

Yhdiste esiintyy polynukleaattikompleksin muodossa vesi-liuoksessa ja sen tulee myös esiintyä samassa muodossa kiinteässä tuotteessa.

Keksinnön mukainen yhdiste voidaan valmistaa seuraavalla tavalla:

Amorfista alumiinihydroksidia valmistetaan neutraloimalla alumiinisuolaa, erityisesti alumiinisulfaattia, alumiini-kloridia, alumiininitraattia tai natriumaluminaattia pH-arvoon 5-7. Tässä tarkoituksessa alumiinisulfaatin, alumiini- 6 73402 kloridin tai alumiininitraatin liuokseen, joka on hapan, sekoitetaan hydroksyyli-ioneja esimerkiksi natriumhydroksi-din tai kaliumhydroksidin muodossa edellä mainitun pH-arvon saamiseksi, minkä jälkeen amorfista alumiinihydroksidia saostuu ja tämä sakka erotetaan esimerkiksi suodattamalla suoto-kakun muodostamiseksi, joka voi saavuttaa n. 20 %:n kuiva-ainepitoisuuden (5-6 % Ai) ja n. 80 %:n vesipitoisuuden.

Saalis alumiinin suhteen on n. 100 %. Natriumaluminaatin (NaAl^j-liuokseen, joka on alkalinen, sekoitetaan vetyioneja esim. rikkihapon, kloorivetyhapon tai typpihapon muodossa edellä mainitun pH:n saamiseksi, minkä jälkeen alumiinihydroksidi saostuu ja sakka eristetään edellä mainitulla tavalla. Saalis on 100 %.

Valmistettaessa edellä mainittua yhdistettä alumiinisulfaatis-ta ja rikkihaposta tietty määrä sulfaattia tavataan alumiinihydroksidista sitoutuneena sen pinnoille.

Esimerkki 1

Alumiinihydroksidi, joka oli valmistettu neutraloimalla alumiinisulf aattia natriumhydroksidilla ja suodattamalla 4,2 gramman alumiinisisällön saavuttamiseksi, sekoitettiin 93 grammaan alumiinisulfaattia, jonka kokonaisalumiinisisältö oli 8,4 g ja lämmitettiin 80°C:een 30 minuutiksi. Tällä tavoin saatiin niukasti sulfaattia sisältävän polynykleaatti-alumiinihydroksidi-sulfaattikompleksin kirkas liuos, joka sisälsi 4,9 % Ai, 19,0 % S04; 0H/A1 = 0,3; p = 1,29 kg/dm3.

Esimerkit 2-3

Yllä olevan esimerkin 1 mukaisesti valmistettiin liuokset, joilla on seuraavat arvot.

_Lähtöaineet_ _Lopputuote_

Esim. Suotokakku Alumiinisulfaatti Ai SO. OH/A1 p 3 g g Ai g g Ai % % kg/dni 2 103 6,3 70 6,3 4,8 15,6 1,2 1,25 3 138 8,4 47 4,2 4,6 11,7 1,6 1,20 7 73402

Esimerkit 4-6

Valmistettiin liuokset esimerkin 1 mukaisesti paitsi, että natriumaluminaatti ja rikkihappo olivat lähtöaineina.

_Lähtöaineet_ _Lopputuote_

Esim. Suotokakku Alumiinisulfaatti Ai S04 OH/AI p _ g g Ai g g Ai % % kg/drn 4 76 4,0 93 8,4 5,0 19,3 0,3 1,30 5 121 6,3 70 6,3 5,0 15,8 1,2 1,26 6 162 8,3 47 4,2 4,6 12,6 1,5 1,22

Esimerkki 7

Amorfista alumiinihydroksidia valmistettiin yllä olevan esimerkin 1 mukaisesti. Alumiinisulfaattiliuos, joka sisälsi 0,17 moolia natriumsitraattia moolia kohti alumiinia, lisättiin amorfiseen alumiinihydroksidiin. Tuloksena oleva niukasti sulfaattia sisältävä polynukleaattialuniinihydroksidisulfaatti-kompleksiliuos oli stabiili vähintään neljä kuukautta huoneen lämpötilassa ilman taipumusta alumiinihydroksidin saostumiseen.

Liuos on varastoitaessa epästabiili ja läsnä oleva alumiini-yhdiste hajoaa muodostaen liukenemattomia alumiinisuoloja.

Liuos voidaan kuitenkin stabiloida lisäämällä siihen 1,0-2,0 % natriumheptonaattia.

Muita sopivia stabilointiaineita ovat natriumsitraatti, nat-riumasetaatti, natriumtartraatti, natriumkarbonaatti tai niiden yhdistelmät. Muitakin sitraatin, asetaatin, tartraatin ja karbonaatin suoloja voidaan käyttää. Muita a-hydroksikarbok-syylihappoja, joilla on stabiloivia ominaisuuksia sitruunahapon ja viinihapon lisäksi, ovat maitohappo, glykolihappo ja hydroksimeripihkahappo. Näitä a-hydroksihappoja lisätään jopa puolen ekvivalentin määrä, vaikka pienemmällä määrällä on myös hyvät stabiloivat vaikutukset. Esimerkiksi erittäin hyvä stabiloiva vaiktuus saadaan 0,08 moolilla sitruunahappoa yhtä moolia kohti alumiinia.

8 73402

Saadut 5-7 %:set liuokset voidaan laimentaa aina 2 %:n pitoisuuteen alumiinista laskettuna. Pienemmät pitoisuudet huonontavat liuosten stabiilisuutta liikaa silloinkin, kun lisätään stabilisaattoria ja niitä tulee sen vuoksi välttää.

Kuten edellä mainittiin 5-7 %:set liuokset, jotka valmistettiin edellä kuvatulla tavalla, ovat epästabiileja ilman stabili-saattoreita johtuen vallitsevista tasapainotiloista, joissa konversio veteen liukenemattomiksi alumiiniyhdisteiksi tapahtuu kuten edellä mainittiin. Konversionopeus riippuu lämpötilasta nopeuden kasvaessa lämpötilan noustessa.

Täsä huolimatta on kuitenkin mahdollista haihduttaa liuos stabiilin, kiinteän, kuivan tuotteen muodostamiseksi, joka on veteen liukeneva ja joka saa aikaan liuoksia, joilla on ominaisuuksia, jotka ovat verrattavissa alkuperäisen liuoksen ominaisuuksiin. Vaikka sen liuoksen stabiilisuus, joka saadaan liuotettaessa uudelleen kiinteää tuotetta, saattaa huonontua, liuoksen stabiilisuus on aivan riittävä käytännön tekniseen käyttöön, esimerkiksi käytettäväksi paperin valmistuksessa.

Liuosta haihdutettaessa lämpötila saisi nousta yli 70°C:n ja haihdutusaikaa tulisi rajoittaa mahdollisimman pitkälle haih-dutuslaitteen, kuten ohutkalvohaihduttimen sopivalla valinnalla käyttäen hyvää ilmatuuletusta. Tällainen haihdutin tuottaa hauraan kakun, joka hajoaa röntgendiffraktiometrisesti amorfiseksi tuotteeksi. Keksinnön mukaisesti valmistetuilla tuotteilla on hyvät ominaisuudet mitä tulee kolloidisissa systeemeissä olevien varausten neutralointiin, mikä johtaa hyvään koaguloi-tumiseen ja nopeaan höytälöitymiseen vedenpuhdistusprosesseis-sa ja hyvään pidätyskykyyn paperinvalmistusprosesseissa. Koska tuotteessa on niukasti sulfaattia, sitä voidaan käyttää edullisesti paperiteollisuudessa, jossa on suljetut kiertovesisys-teemit, sulfaatti-ionien epämieluisan kerääntymisen eliminoimiseksi. Liian suuret määrät sulfaatti-ioneja estävät halutut pintakemialliset reaktiot.

Claims (7)

73402

1. Menetelmä niukasti sulfaattia sisältävien polynukleaatti-alumiinihydroksidi-sulfaattikomplexsien valmistamiseksi, joilla on yleinen kaava /Xi(OH)x(so4)y(H2o)z_7n jossa n on kokonaisluku x on 0,75-2,0, edullisesti 1,5-2,0 y on 0,5-1,12, edullisesti 0,5-0,75 x + 2y = 3 z on 1,5-4, kun tuote on kiinteässä muodossa ja z on >> 4, kun tuote on vesiliuoksen muodossa, tunnettu siitä, että neutraloidaan alumiinisuolan liuos pH-arvoon 5-7 amorfisen alumiinihydroksidin saostamisek-si, erotetaan amorfinen alumiinihydroksidi ja lisätään siihen sulfaatti-ioneja alumiinisulfaatin ja/tai rikkihapon muodossa y-arvoon 0,5-1,12, edullisesti arvoon 0,5-0,75 ja konvertoidaan valinnaisesti tuote kiinteäksi tuotteeksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valitaan alumiinisuola ryhmästä, johon kuuluvat alumiinisulfaatti, alumiinikloridi ja alumiininitraatti ja neutralointi suoritetaan lisäämällä hydroksyyli-ioneja.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alumiinisuola koostuu aluminaatista, joka neutraloidaan lisäämällä vetyioneja esimerkiksi rikkihapon, kloori-vetyhapon tai typpihapon muodossa.

4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sisään menevän alumiinisuolaliuoksen pitoisuus on korkeintaan 5 % alumiinin suhteen.

5. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neutralointi suoritetaan 20-90°C:n lämpötilassa. 73402

6. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että sekoitetaan amorfiseen alumiinihydroksidiin stabilointiainetta, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluvat α-hydroksidikarboksyylihapot, sokerit ja sokerihapot.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että haihdutetaan sulfaatti-ioneilla käsitelty alumiinihydroksidi 10 %:n pitoisuuteen alumiinin suhteen. 73402