NO800817L

NO800817L - Fast flokkuleringsmiddel, fremgangsmaate ved dets fremstilling og anvendelse av samme

Info

Publication number: NO800817L
Application number: NO800817A
Authority: NO
Inventors: Rolf Olof Nilsson; Knut Lennart Gunnarsson
Original assignee: Boliden Ab
Priority date: 1979-03-23
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1980-09-24
Also published as: JPS55147109A; SE7902651L; FI800837A; EP0017634A1

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et fast flokkuleringsmiddel i form av en partikkelformig, støvfri blanding omfattende minst to komponenter, av hvilke den ene er aluminiumsulfat og den andre en uorganisk alkalisk forbindelse. Den alkaliske forbindelse er valgt blant hydroxyder, carbonater og hydrocarbonater av alkalimetaller, fortrinnsvis kalium og natrium, og oxyder, hydroxyder og carbonater av jordalkalimetaller,'fortrinnsvis kalsium og magnesium. Oppfinnelsen an-

går likeledes en fremgangsmåte ved fremstilling av dette flok~ - kuleringsmiddel og likeledes dets anvendelse, f.eks. for vann-rensing.

Faste flokkuleringsmidler inneholdende aluminiumsulfat

og en alkalisk forbindelse er i og for seg kjent. I henhold til US patentskrift nr. 932 795 anvendes således aluminium-"sulfat og natriumcarbonat enten enkeltvis eller i blanding eller i form av oppløsninger. I sistnevnte tilfelle må mengde-forholdet mellom komponentene velges slik at alkaliniteten

av væsken som skal renses, ikke påvirkes i vesentlig grad.

I US patentskrift nr. 2 354 146 beskrives anvendelse av et agglomerert materiale som også inneholder stivelse. Materialet tilsettes etter at væsken er blitt gjort alkalisk, og mengde-forholdet mellom aluminiumsulfatet og den alkaliske forbindelse i materialet er omtrent 1:1. Bruken av faste, basiske aluminium-sulfater som f lokkuleringsmidler er beskrevet i US patent---skrifter nr. 1 197 123 og nr. 1 643 962;

Tidligere forsøk har vist at aluminiumsulfatoppløsninger som anvendes for flokkulering av vann, avvanning av vegetabilske materialer, liming av papir, osv., kan gjøres mer effektive ved at oppløsningens pH-verdi økes. Det er redegjort for resultatene av disse forsøk i patentinnehaverens euro-

peiske patentsøknad EP-A1 00005419.

Når alkali settes til en aluminiumsulfatoppløsning,

øker dens pH-verdi, og der dannes komplekse aluminiumhydro-xydioner. Disse komplekse ioner omfatter dels enkeltkjernen Al(OH)<+>og Al(OH)^og dels de flerkjerner som kan represen-teres ved formelen Al (OH) tJm-nJ j denne formel kan m og n

mn ^

ha forskjellige verdier, og vanligvis ligger forholdet n/m i området fra 2,3 til 2,7. Skjønt det er vanskelig å angi nøy-aktig strukturen av flerkjernekomplekset, synes det som bm

4 +

komplekset A1D(OH)alltid er tilstede i betydelige mengder i de angjeldende aluminiumsulfatoppløsninger. Den ovennevnte europeiske patentsøknad beskriver i større detalj de forhold som gjør seg gjeldende i slike aluminiumsulfat-oppløsninger inneholdende flerkjernekomplekser.

Når alkaliseringsprosessen utføres på en egnet måte

for innstilling av pH-verdien på en egnet verdi, oppnåes det størst mulige innhold av flerkjernekompleks, hvilket er ønskelig med tanke på effektiviteten av aluminiumsulfatet. Ioner med stor lading har meget større koaguleringseffekt

enn ioner med en mindre ladning på de ovennente anvendelses-områder og dette forklarer hvorfor alkaliserte aluminiumsulfat-oppløsninger er mer effektive enn ikké-alkaliserte aluminium-sulf atoppløsninger .

Ingen av de tidligere kjente faste flokkuleringsmidler medfører dannelse av flerkjernekomplekser, og flokku-leringsvirkningen ved bruk av de kjente faste midler er derfor relativt liten. Den ovennevnte aluminiumsulfatoppløsning inneholdende flerkjernekomplekser, som i henhold til beskrivelsen fremstilles ved tilsetning av et alkali i fast form eller i væskeform for dannelse av en aluminiumsulfatoppløsning, er også beheftet med visse ulemper, i og med at man er henvist til å håndtere to forskjellige kjemikalier på bruksstedet og å blande disse kjemikalier i helt bestemte mengdeforhold. Anvendelsen a v en oppløsning tilberedt i henhold til den ovenfor omtalte lære krever et nøyaktig måleinstrument og effektiv overvåking av prosessen for å sikre at det ikke opp-står f eil.

Det er et mål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe et fast flokkuleringsmiddel i form av en blanding inneholdende en aluminiumsulfatkomponent og en alkalisk komponent, hvilket flokkuleringsmiddel, når det oppløses, gir en klar oppløsning med den ønskede pH-verdi og et høyt innhold av flerkjernekomplekser. Ved anvendelse av dette nye preparat på bruksstedet er det således bare en kjemikalie å ta hånd om, hvilket naturligvis medfører en praktisk fordel. Det faste flokkuleringsmiddel utmerker seg ved at aluminiumsulfatet og den alkaliske forbindelse er tilstede i et slikt mengdeforhold at forholdet mellom summen av antall mol OH-grupper og OH- ekvivalenter som er tilstede i den alkaliske forbindelse, og antallet mol aluminium som er tilstede i aluminiumsulfatet, er størst mulig, men ikke i vesentlig grad overskrider en verdi bestemt ut fra en kurve i et diagram hvor man langs ordinataksen har avsatt nevnte forhold, mens man langs abscisseaksen har avsatt den forhåndsbestemte mengde aluminium i mol pr. liter i en vandig oppløsning av flokkuleringsmidlet, hvilken kurve passerer gjennom de følgende punkter:

hvorved flokkuleringsmidlet, når dette foreligger oppløst i vann i konsentrasjonsområdet 0,02 - 2,0 mol aluminium pr. liter, gir klare oppløsninger med et høyt innhold av fler-kjernede aluminiumhydroxydkomplekser.

Betegnelsen "flokkuleringsmiddel", slik det benyttes her og i det følgende, må ikke oppfattes i begrensende for-stand hva anvendelsen av blandingen angår. Skjønt flokkuleringsmidlet hovedsakelig er beregnet for rensing av vann, kan det også anvendes f.eks. for avvanning av vegetabilske materialer og for fiksering av harpikser på cellulosefibere ved liming av papir.

Med uttrykket "OH-ekvivalenter", som benyttes her og i de påfølgende krav, menes det antall mol OH som dannes når en alkalisk forbindelse oppløses i vann under proteolyse av denne, i de tilfeller hvor den alkaliske forbindelse inneholder andre basiske anioner enn OH.

Det er videre et mål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte ved fremstilling av' det nye flokkuleringsmiddel, hvilken fremgangsmåte utmerker seg ved at et aluminiumsulfat-råmateriale kombineres med minst én uorganisk, alkalisk forbindelse valgt blant hydroxyder,

carbonater og hydrpcarbonater av alkalimetaller, fortrinns-

vis kalium og natrium, og oxyder, hydroxyder og carbonater av jordalkalimetaller, fortrinnsvis kalsium og magnesium,

i nærvær av vann, i en slik mengde at det fåes et fast, ikke-støvende materiale.

I en foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten ved fremstilling av flokkuleringsmidlet anvendes aluminiumsulfat-råmaterialet, inneholdende krystallvann, og den eller de uorganiske, alkaliske forbindelser i en findelt form, idet der eventuelt tilføres ytterligere mengder vann i finfordelt form, og den dannede blanding sammenpresses mekanisk, fortrinnsvis i en valsemølle eller lignende agglomereringsapparat, hvoretter den sammenpakkede masse oppdeles i partikler.

Ved en annen foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten anvendes aluminiumsulfatgranuler av konvensjonell type,

til hvilke den alkaliske forbindelse tilsettes i findelt form.

De to bestanddeler kan så bringes til å reagere med hverandre

i et egnet apparat, f.eks. i en roterende trommel, fortrinnsvis ved forhøyet temperatur, f .eks. ved en temperatur i området fra 30 til 100°C, spesielt fra 40 til 70°C. '

Ved denne sistnevnte fremgangsmåte fåes aluminiumsulfatgranuler som er overtrukket med den alkaliske forbindelse,

og som kan stabiliseres ved tilsetning av mindre mengder vann som kan tilsettes enten i form av fine dråper eller i fofm"'"" av kondensert damp, eller som kan være tilstede i form av den alkaliske komponents krystallvann. I den hensikt å justere mengden av vann som tilsettes, kan en del av den alkaliske komponent tilsettes i hydratisert form. På denne måte finner der, iallfall delvis, sted reaksjon med den alkaliske komponent på kontaktpunkter mellom aluminiumsulfatet og alkaliet. De erholdte reak-sjonsprodukter, hvis sammensetning vil variere, sørger for bindingen mellom aluminiumsulfatgranulene og den alkaliske komponent.

Alternativt kan reaksjonen ved de ovenfor beskrevne fremgangsmåter utføres under anvendelse av aluminiumsulfat som ikke er fullt ut krystallisert, og som således inneholder en væskefase med tilstrekkelig mye gjenværende vann for reaksjonen, hvorved man unngår å tilsette vann utenfra.

Når den alkaliske forbindelse er et carbonat, vil det spaltes delvis under dannelse av carbondioxyd og vann. I dette tilfelle må man følgelig være meget forsiktig med å tilsette

.vann.

En alternativ fremgangsmåte ved fremstilling av det

nye flokkuleringsmiddel går ut på å anvende de to komponenter i pulverform og å granulere disse, samtidig med reaksjoris-prosessen, i et konvensjonelt granuleringsapparat, under til-førsel av vann. På denne måte fåes et granulært produkt som

er fullt ut homogent, men som ikke desto mindre er ikke-støvende og har gunstige egenskaper med henblikk på lagring. -æ

Ved anvendelse av de ovenfor beskrevne foretrukne

fremgangsmåter fåes et hardt materiale som ikke avgir støv.

Når utgangsmaterialet er et granulært aluminiumsulfat

til hvilket en findelt alkalisk komponent tilsettes, fåes der som ovenfor nevnt et granulært materiale. Det erholdte granulæie produkt vil oppløses i vann på samme måte som konvensjonelt aluminiumsulfat, men i en noe langsommere takt. Mengden av uoppløselig residuum er like liten som den som fåes ved opp-løsning av rent aluminiumsulfat, dvs. bare ca. 0,05%. Dette uoppløselige residuum gir oppløsningen et svakt ugjennomsiktig utseende.

Det nye materiale ifølge oppfinnelsen kan oppløses til ønskede konsentrasjoner innen et område fra 0,02 til 2 mol Al pr. liter. Ytter-grensene for dette område bestemmes ved at der med konsentrasjoner under 0,02 mol Al pr. liter skjer utfelning av aluminiumhydroxyd som—, følge av hydrolyse, mens den øvre grense svarer til metningspunktet for aluminiumsulfat.

ønske innenfor de områder som er angitt i krav 1. Molforholdet OH/A1 defineres slik at "OH-ekvivalenter" inkluderes og telles som OH. Naturligvis foretrekkes å velge et molforhold for hvilket den høyest mulige pH oppnåes når materialet oppløses i vann. Den høyeste pH som kan nåes i oppløsning ved forskjellige oppløsningskonsentråsjoner uten at der dannes hoen utfelning, er angitt i den nedenstående tabell 1, som også

viser det OH/Al-forhold som kreves i utfélningsmidlet for å oppnå denne pH-verdi.

Det passende OH/Al-forhold er således høyst 2,5, og det kan .tilføyes at utfelningsmidlet ved høyere verdier enn 2,5 ikke vil være fullt ut oppløselig i vann. Den nedre grense er ikke av avgjørende betydning og kan ligge nær null, skjønt den fortrinnsvis er ca. 0,3.

Som det vil sees av tabellen er den passende pH-verdi i de tilberedte oppløsninger fra 2,3 til 5,5.

Oppfinnelsen vil nu bli beskrevet mer detaljert i to eksempler som viser fremstillingen, egenskapene og anvendelsen av et materiale som egner seg for fremstilling av en oppløs-ning av konsentrasjon ca. 10%, beregnet som aluminiumsulfat. Konsentrasjonen svarer til 0,32 mol Al pr. liter oppløsning.

Eksempel 1

Granulert aluminiumsulfat (med en granulstørrelse på 1-3 mm) svarende omtrent til A12(S04)3. 14H20 ble blandet med en alkalisk forbindelse i form av et fint pulver i en roterende trommel i laboratoriemålestokk, under oppvarming ved 4 5 - 50°C. En mindre mengde vann ble sprutet over blandingen i form av fine, små dråper, og omrøringen, ble opprett-holdt i 10 minutter uten at det ble foretatt endringer i tem-peraturen.

Under disse betingelser ble det erholdt produkter i form av ikke-støvende granuler som hadde hovedsakelig de samme egenskaper som det opprinnelige sulfat. Egenskapene av pro-duktet fra hvert enkelt forsøk er oppført i tabell 2.

Eksempel 2

Oppløsningene som var fremstilt ut fra materialene fremstilt i eksempel 1, ble benyttet for å flokkulere foru-rensninger i grumset vann.

Det grumsede vann ble tilberedt ved å oppslemme en mindre mengde leire i vann fra springen.

Aluminiumsulfatoppløsningene ble blandet inn i vannet ved hurtig omrøring av vannet i 10 sekunder under anvendelse av et røre<y>erk med grindrører. Rørerens periferihastighet ble så senket til 0,1 m pr. sekund, og omrøringen ble opprett-holdt i 20 minutter for å flokkulere det utfelte aluminium hydroxyd. Etter en 10 minutters sedimenteringsperiode ble uklarheten av de øverste 30 ml av vannsøylen, som hadde en total høyde på 150 mm, bestemt. Forsøksresultatene er oppført nedenfor i tabell 3.

ALS + NaOH er referanseoppløsninger tilberedt ved alkalisering av aluminiumsulfatoppløsninger med NaOH-oppløsning. Resultatene som oppnåes med disse oppløsninger, kan, som vist i tabellen, også oppnåes med oppløsninger fremstilt ut fra en granulert blanding av ALS og Na2C03.

Claims

1. Fast flokkuleringsmiddel i form av en partikkelformig, ikke-støvende blanding omfattende minst to komponenter, av hvilke den ene er aluminiumsulfat svarende omtrent til A12 (S04 )3 . (12-18)H2 0 og den andre er en uorganisk alkalisk forbindelse valgt blant hydroxyder, carbonater og hydrocarbonater av alkalimetallmetaller, fortrinnsvis kalium og natrium, og oxyder, hydroxyder og carbonater av jordalkalimetaller, fortrinnsvis kalsium og magnesium, karakterisert ved at aluminiumsulfatet og den alkaliske forbindelse er tilstede i slike mengdeforhold at forholdet mellom summen av antall mol OH-grupper og 0H-ekvivalenter som er tilstede i den alkaliske forbindelse, og antallet mol aluminium som er tilstede i aluminiumsulfatet, er størst mulig, men ikke i vesentlig grad overskrider en verdi bestemt ut fra en kurve i et diagram hvor man langs ordinataksen har avsatt nevnte forhold, mens man langs abscisseaksen har avsatt den forhåndsbestemte mengde aluminium i mol pr. liter i en vandig oppløsning av flokkuleringsmidlet, hvilken kurve passerer gjennom de følgende punkter:

2. Fremgangsmåte ved fremstilling av et fast flokkuleringsmiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at et alumniumsulfat-råmateriale kombineres med minst én uorganisk alkalisk forbindelse valgt blant hydroxyder, carbonater og hydrocarbonater av alkalimetaller, fortrinnsvis kalium og natrium, og oxyder, hydroxyder og carbonater av jordalkalimetaller, fortrinnsvis kalsium og magnesium, i nærvær av vann i en mengde som gir en fast, ikke-støvende blanding

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at der anvendes et aluminiumsulfat-råmateriale som inneholder krystallvann, og at dette og den eller de uorganiske alkaliske forbindelser blandes i findelt form, at det eventuelt tilføres ytterligere mengder vann i finfordelt form, at den dannede blanding sammenpresses mekanisk, fortrinnsvis i en valsemølle eller et lignende agglo- - mereringsapparat, og at den sammenpakkede masse deretter brytes opp under dannelse av et partikkelformig materiale.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at aluminiumsulfatgranuler blandes med den eller de alkaliske forbindelser i form av et fint pulver, f.eks. i en roterende ovn, fortrinnsvis under oppvarmning av blandingen, hensiktsmessig ved en temperatur på 30 - 100°C, fortrinnsvis 40 - 70°C, i nærvær av en liten mengde vann, slik at aluminiumsulfatet og den alkaliske forbindelse reagerer med hverandre under dannelse av granuler.

5. Anvendelse av et flokkuleringsmiddel i henhold til krav 1, for rensing av vann, avvanning av vegetabilsk materiale eller liming av papir.