способ получения активного гидроксида алюминия

Формула изобретения

Способ получения активного гидроксида алюминия, включающий осаждение его из щелочного алюминатного раствора, фильтрование и промывку на фильтре от щелочи методом вытеснения водой или промывным раствором, чередующуюся с продувкой осадка воздухом или паром, отличающийся тем, что в воду и промывной раствор предварительно вводят промытый активный гидроксид алюминия, концентрацию которого поддерживают на уровне 50-150 г/л по твердому веществу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано при производстве активного гидроксида алюминия для неметаллургических целей, а также при получении некоторых других высокодисперсных материалов на стадии их очистки от растворимых примесей.

Известен способ фильтрования тонких суспензий, предусматривающий периодическое прерывание процесса фильтрования и промывку зернистого фильтрующего слоя, отличающийся тем, что в часть подаваемой промывной жидкости перед окончанием промывки предварительно вводятся реагенты и/или сорбенты (патент РФ № 2241681, опубл. 10.12.2004), после чего процесс фильтрования возобновляется. Этот прием позволяет улучшать очищающие свойства фильтрующего слоя без разборки фильтра, но изначально ориентирован на получение прозрачного фильтрата, а не качественного осадка, и не может быть применен для отмывки продукционной дисперсной фазы, например высокодисперсного гидроксида алюминия, поскольку продукт будет неизбежно загрязняться упомянутыми реагентами или сорбентами.

По другому известному способу фильтрования жидкости с промежуточными операциями промывки осадка дополнительно осуществляется периодическая регенерация фильтрующего слоя путем создания системы прорезей по всей его поверхности с последующим возобновлением процесса фильтрования (патент РФ № 2185224, опубл. 20.07.2002). Этот способ в принципе позволяет получать более качественные, чем в предыдущем аналоге, промытые осадки, но описанная механическая регенерация фильтрующего слоя нарушает постоянство его структуры. В результате, несмотря на улучшение проницаемости слой становится неоднородным, и равномерная качественная промывка его как продукта становится невозможной. Сама процедура механической регенерации фильтрующего слоя для фильтров закрытого типа весьма сложна, существенно увеличивает время вспомогательных операций, и, тем самым, сокращает производительность процесса фильтрования.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является способ получения активного гидроксида алюминия (патент США № 4157382, опубл. 05.06.1979), включающий осаждение его из щелочного алюминатного раствора, фильтрование и 1-5-кратную промывку на фильтре водой или промывным раствором, чередующуюся с репульпацией, причем на каждую промывку и каждую репульпацию затрачивается 5-70 л деионизованной или подкисленной воды на 1 кг Al₂ O₃ в осадке. Таким образом, по прототипу осадок с фильтра необходимо удалять до 5 раз, а общий расход промывной воды (в том числе, промывного раствора) может превышать 450 л на 1 кг гидроксида алюминия.

Задачей изобретения является снижение удельного расхода промывной жидкости и сокращение времени вспомогательных операций на стадии фильтрования продукта при производстве активного гидроксида алюминия, что позволит повысить производительность процесса получения малощелочного активного гидроксида алюминия и приблизительно на четверть уменьшить расход воды.

Технический результат достигается тем, что в способе получения активного гидроксида алюминия, включающем осаждение его из щелочного алюминатного раствора, фильтрование и промывку на фильтре от щелочи методом вытеснения водой или промывным раствором, чередующуюся с продувкой осадка воздухом или паром, перед промывкой в воду или промывной раствор вводят уже промытый высокодисперсный осажденный гидроксид алюминия, концентрацию которого поддерживают на уровне 50-150 г/л по твердому веществу.

Сущность изобретения заключается в следующем.

На глиноземных заводах снижение концентрации щелочи в продукционном гидроксиде алюминия до уровня 0,2-0,45% по Na ₂O осуществляется по достаточно простой аппаратурно-технологической схеме. Для сравнительно крупного материала со средним размером агрегированных частиц 70-100 мкм, идущего на получение металлургического глинозема, обычно применяется 2-кратная фильтрационно-репульпационная противоточная промывка водой с использованием вакуумных (барабанных, дисковых или тарельчатых) фильтров, экипированных фильтротканью. Расход промывной воды при этом составляет около 1 м³ на тонну промытого продукта

Для высокодисперсного активного гидроксида алюминия в виде порошка из неагрегированных частиц со средним размером 0,8-4 мкм техническая задача значительно усложняется. Здесь фильтрование на вакуумных фильтрах не рационально, поскольку перепад давлений менее 1 кгс/см² по обе стороны фильтрующей перегородки не достаточен для преодоления высокого гидравлического сопротивления даже тонкого слоя высокодисперсного материала.

С целью повышения производительности целесообразно применение фильтр-прессов, например, камерного типа с возможностью продувки осадка воздухом или паром. Но и на таких аппаратах реальное фильтрование очень тонких суспензий с содержанием твердого 200-600 г/л начинается только после намывания на пористую подложку (фильтроткань со сравнительно крупными ячейками) первых порций твердой фазы - фильтрующего слоя. По мере роста его толщины и уплотнения структуры быстро растет гидравлическое сопротивление фильтрованию, поэтому процесс прерывается, осадок продувается воздухом и/или паром с целью максимального вытеснения маточного раствора, а затем на фильтр подается промывная жидкость, которая уносит с собой остатки маточника. Набор этих операций составляет стандартную процедуру для большинства серийно выпускаемых фильтр-прессов.

Однако при получении активного высокодисперсного гидроксида алюминия на стадии продувки и обезвоживания осадка последний имеет свойство уменьшаться в объеме и растрескиваться на всю глубину слоя. При попадании промывной жидкости на растрескавшийся осадок она практически вся проходит через трещины шириной до 2 мм, а не просачивается через основную массу продукта, то есть промывка материала на фильтре после продувки становится невозможной. В связи с этим приходится удалять осадок с фильтра, репульпировать его в промывной жидкости и вновь фильтровать. Как следствие, время, затрачиваемое на вспомогательные операции по разборке и сборке фильтр-пресса, кратно превышает время собственно фильтрации, что значительно снижает производительность процесса получения активного гидроксида алюминия в целом. При этом метод репульпационной промывки требует большего удельного расхода промводы.

Если же в соответствии с заявляемым способом в промывную жидкость предварительно добавить уже промытый гидроксид алюминия, то такая промывная суспензия в первую очередь устремляется в трещины осадка на фильтре, заполняет их и быстро восстанавливает однородность слоя. Иными словами, дисперсная твердая фаза, добавленная, например, в промывную воду, «залечивает» трещины. Далее просачивание жидкой фазы сквозь слой происходит обычным порядком, равномерно по всей его поверхности. Низкое содержание твердого (50-150 г/л) в промывной суспензии не оказывает существенного влияния на эффективность последующего вытеснения маточного раствора. Дисперсные частицы после заполнения трещин равномерно откладываются на поверхности осадка, что несколько уменьшает его проницаемость. Однако такое малозаметное снижение производительности многократно перекрывается экономией времени на вспомогательных операциях. Так, полностью автоматизированный горизонтальный камерный фильтр-пресс с рабочей поверхностью 15 м² выполняет технологический цикл по разделению суспензии с содержанием твердого 200-600 г/л по схеме фильтрование - продувка - промывка - продувка за 13 мин, то время как время, необходимое на раздвижение камер, сброс осадка и повторную герметизацию фильтра, составляет 14 мин. То есть время вспомогательных операций может превышать продолжительность активной работы аппарата.

Практика показывает, что, как и в производстве обычного металлургического глинозема, при получении активного гидроксида алюминия нельзя полностью отказаться от репульпационной промывки. Однако предлагаемый способ позволяет рационально комбинировать ее с более эффективной промывкой на фильтре, экономя при этом в итоге на промводе и продолжительности вспомогательных операций.

Использование для промывки растрескивающегося при продувке на фильтре осадка активного гидроксида алюминия промывной суспензии «залечивает» сквозные трещины в слое осадка и восстанавливает его способность к промывке на фильтре методом вытеснения, требующим меньшего удельного расхода промывной жидкости по сравнению с репульпационной промывкой.

Применение в промывной суспензии уже промытого гидроксида алюминия исключает введение в процесс дополнительного маточного раствора, то есть не может повысить щелочность фильтрующего слоя и собственно продукта. При этом промывная суспензия одинаково эффективна вне зависимости от того, является ли ее жидкая фаза водой или промывным раствором, например кислотным.

Как и в известных технических решениях, в предлагаемом способе используется прием восстановления оптимальных свойств намытого фильтрующего слоя, однако в отличие от аналогов здесь не осуществляют модификацию слоя посторонними реагентами и сорбентами и не регенерируют его проницаемость механически, но восстанавливают однородность осадка и одинаковое гидравлическое сопротивление по всей поверхности осадка на фильтре с целью обеспечения качественной промывки твердой дисперсной фазы, используя только оборотный целевой продукт.

Примеры осуществления способа

Суспензию осажденного гидроксида алюминия с масс-медианным (средним) размером частиц d₅₀=1,22 мкм в маточном содовом растворе, содержащем 89,3 г/л Na₂O_общ, и концентрацией твердого 352 г/л разделяли и промывали суспензией уже промытого продукта в дистиллированной воде с температурой 60°С на лабораторном фильтр-прессе под давлением 5 кгс/см² с промежуточной репульпацией. Противоточную промывку не осуществляли. Процесс отмывки от щелочи заканчивали, когда величина удельной электрической проводимости последней использованной промводы не превышала 200 мксим/см. Дальнейший анализ промытого продукта показал, что это обеспечивает содержание Na₂O в сухом продукте на уровне 0,35-0,38%. Для вытеснения маточника и промводы из слоя осадка использовали продувку воздухом, подаваемым в фильтр также под давлением 5 кгс/см².

Во всех опытах каждая продувка сопровождалась растрескиванием слоя обезвоженного осадка и резким увеличением расхода воздуха, который начинал проходить через трещины практически беспрепятственно. Тогда продувку прекращали и подавали на фильтр промывную суспензию. Для более полной отмывки от щелочи технологический цикл завершался репульпацией осадка в воде в течение 10 мин. Время вспомогательных операций по разборке и сборке лабораторного фильтр-пресса, так же как и для промышленного аппарата, составляло 14 мин. В опытах использовали промывную суспензию с содержанием твердого 50, 100 и 150 г/л.

Для сравнения был также проведен опыт по прототипу, где применялась только продувка осадка воздухом и многостадийная репульпация, а промывка растрескавшегося осадка чистой водой на фильтре не осуществлялась, поскольку это приводило только к бесполезному увеличению объема израсходованной промводы.

Полученные результаты представлены в таблице, из данных которой следует, что наилучшие показатели по предлагаемому способу достигнуты в опыте 2, где при концентрации твердого в промывной суспензии 100 г/л (в середине заявляемого интервала) после трех технологических циклов отмывка продукта от маточного раствора оказалась наиболее полной. Образовавшиеся при продувке трещины в слое осадка были целиком заполнены, а избыточная привнесенная твердая фаза не существенно увеличила толщину и гидравлическое сопротивление слоя. Об этом свидетельствует сравнительно малая продолжительность операции промывки на фильтре.

В опыте 1 (на левой границе заявляемого интервала) количества твердого в промывной суспензии едва хватило на «залечивание» трещин в осадке. Поэтому из-за неполной однородности слоя содержание щелочи в последней использованной промводе близко к предельно допустимому, хотя суммарное время промывки оказалось минимальным.

В опыте 3 (на правой границе заявляемого интервала) применяли наиболее концентрированную промывную суспензию. Относительный избыток твердой фазы в ней привел к утолщению слоя осадка и, как следствие, к заметному увеличению времени фильтрационной промывки. Однако продукционный гидроксид алюминия получился наиболее чистым.

В эксперименте по прототипу (опыт 4), где фильтрационная промывка растрескавшегося осадка была бы совершенно неэффективной, достичь требуемого качества продукта удалось только за 5 технологических циклов вместо трех. За счет увеличения доли вспомогательных операций по обслуживанию фильтра и меньшей эффективности чисто репульпационной промывки суммарная продолжительность процесса и удельный расход промводы оказались самыми большими, а сам способ-прототип - наиболее затратным.

Таким образом, в опытах 1-3 во всем заявляемом интервале содержания твердой фазы в промывной суспензии предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет повысить производительность процесса получения малощелочного активного гидроксида алюминия на 12-27% и уменьшить удельный расход промывной жидкости на 25%.