Гидроксохлорид алюминия получение уравнение реакции

Гидроксохлорид алюминия

Гидроксохлорид алюминия — неорганическое соединение, основная соль, имеющая формулу Al_n(OH)_(3n-m)Cl_m. Применяется в дезодорантах, антиперспирантах и как коагулянт при очистке воды.

Получение

Коммерческий способ получения гидроксохлорида алюминия заключается в обработке металлического алюминия соляной кислотой. Так же в качестве сырья может использоваться хлорид, сульфат и гидроксид алюминия. Продукты реакции могут содержать так же хлориды калия, магния или кальция.

Использование оксихлорида алюминия

Гидроксохлорид алюминия является одним из самых используемых действующих веществ в антиперспирантах. Также используется для осаждения взвешенных органических веществ при очистке сточных вод.

Способ получения оксихлоридов алюминия

Владельцы патента RU 2544554:

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения оксихлоридов алюминия включает обработку термохимически активированного гидроксида алюминия водным раствором соляной кислоты при нагреве. Термохимически активированный гидроксид алюминия предварительно подвергают гидратации раствором кислоты с кислородсодержащим анионом: азотной, серной, муравьиной, уксусной, щавелевой, с кислотным модулем 0,01-0,50 при температуре 50-95°С. Осадок после гидратации отделяют и добавляют к нему раствор соляной кислоты, поддерживая pН от 4 до 6 и температуру 50-98°С. Полученные оксихлориды алюминия выделяют в виде растворов или твердых веществ. Изобретение позволяет упростить получение высокоосновных оксихлоридов алюминия, исключив размол гидроксида алюминия. 6 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

Изобретение относится к химической промышленности, может быть применено при получении гидроксохлорида алюминия заданной основности, который находит широкое применение в различных отраслях промышленности, в частности для очистки питьевых и промышленных вод.

Известен способ получения растворов основных хлоридов алюминия (а.с. СССР 260624, МПК C01F, опубликовано 06.01.1970), в котором предлагается получать растворы основных хлоридов алюминия путем смешения гидроокиси алюминия с соляной кислотой и последующей нейтрализацией полученного раствора металлическим алюминием в количестве, обеспечивающем образование основных хлоридов алюминия.

Недостатком способа является использование металлического алюминия, что усложняет предложенный способ из-за выделения водорода.

Известен способ получения гидроксохлорида алюминия (патент RU 2157340, МПК C01F 7/60, опубл. 10.10.2000), в котором необескремненные или обескремненные алюминатные растворы, образующиеся при переработке бокситов способом спекания, смешивают с подшламовыми или промывными водами до получения раствора с концентрацией 15-30 г/л Al₂O₃ и снижения температуры до 20-25°C с последующей карбонизацией смешанных растворов топочными газами с содержанием 5-7% CO₂, фильтрованием гидратной пульпы и растворением аморфного гидроксида алюминия в соляной кислоте.

В этом способе гидроксохлориды алюминия получают достаточно сложным способом, что является недостатком. Фильтрование ведут с разрежением 0,6-0,75 кгс/см 2 при температуре промывной воды 15-25°C, что позволяет более длительное время сохранять рентгеноаморфную структуру гидроксида алюминия, а следовательно, и ее активность по отношению к соляной кислоте. Растворение аморфного гидроксида алюминия осуществляют в соляной кислоте с концентрацией 25-35% при температуре 90-95°C, при поддержании pH среды 2,0-4,5 и времени растворения 2-4 часа. Увеличение концентрации соляной кислоты позволяет уменьшить время растворения аморфного гидроксида алюминия, поддерживать pH среды в необходимом интервале.

Известно использование химически активного гидроксида алюминия для получения солей алюминия (патент RU 2064435, МПК C01F 7/44, опубл. 27.07.1996).

Химически активный гидроксид алюминия получают путем быстрого нагрева гидрата окиси алюминия в потоке горячего газа с температурой 500-1200°C. Быстрый нагрев гидрата окиси алюминия осуществляют при скорости газового потока от 8 до 25 м/с, наполнении газового потока гидратом окиси алюминия от 0,08 до 0,25 кг/м 3 с последующим отделением гидроксида алюминия от газового потока и охлаждением до температуры ниже 60°C за время менее 10 мин путем псевдоожижения охлаждающим газом.

Недостатком получаемого гидроксида алюминия является недостаточно высокая степень растворения гидроксида алюминия в соляной кислоте.

Для получения высокоосновных хлоридов алюминия и более полного растворения гидроксида алюминия в соляной кислоте в настоящее время предлагаются различные приемы, усложняющие технологию их получения, и существует проблема повышения активности гидроксида алюминия.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ получения основных солей алюминия (авт. свид-во SU 1582538, МПК C01F 7/00, опубл. 27.09.1999), включающий обработку тригидроксида алюминия водным раствором кислоты при нагреве. С целью упрощения процесса, перед обработкой водным раствором кислоты тригидроксид алюминия подвергают термообработке при 300-500°C в газовом потоке в течение 1-7 с и размолу до размера частиц 5-25 мкм, а обработку тригидроксида алюминия раствором кислоты ведут при температуре 70-98°C в течение t_общ=2-6 ч при отношении жидкой фазы к твердой, равном 3:10.

Недостатком способа получения гидроксида алюминия является также недостаточно высокая степень растворения гидроксида алюминия в соляной кислоте, что уменьшает выход оксихлоридов алюминия. Способ отличается сложностью из-за наличия стадии размола гидроксида алюминия.

Задачей предлагаемого решения является упрощение способа получения высокоосновных оксихлоридов алюминия с использованием доступного сырья.

Поставленная задача решается с помощью способа получения оксихлоридов алюминия, включающего обработку водным раствором соляной кислоты при нагреве термохимически активированного гидроксида алюминия.

Термохимически активированный гидроксид алюминия подвергают гидратации раствором кислоты с кислородсодержащим анионом: азотной, серной, муравьиной, уксусной, щавелевой с кислотным модулем 0,01-0,50 при температуре 50-95°C, осадок после гидратации отделяют и добавляют к нему раствор соляной кислоты, поддерживая РН от 4 до 6 и температуру 50-98°C до получения солей оксихлоридов алюминия и выделения их в виде растворов или твердых веществ.

Предпочтительно гидратацию проводят азотной кислотой с кислотным модулем 0,01-0,30.

Предпочтительно после растворения осадка в соляной кислоте реакционную массу подают на центрифугу или фильтр, полученный раствор упаривают и сушат.

Предпочтительно осадок после гидратации дополнительно промывают водой.

Предпочтительно гидратацию проводят от 30 мин до 3 часов.

Предпочтительно гидратацию проводят при отношении массы твердого вещества к жидкости от 1:3 до 1:10.

Предпочтительно реакционную массу для ускорения взаимодействия с соляной кислотой прокачивают через роторно-диспергирующий аппарат.

В качестве термохимически активированного гидроксида алюминия (далее ТХА) используют продукт, полученный быстрой частичной дегидратацией гидроксида алюминия при высокой температуре, например, по патентам RU №2148017, №2064435, №2271248. Способ получения продукта ТХА значительно проще способа получения гидроксида алюминия методом переосаждения.

Быструю дегидратацию гидроксида алюминия для получения продукта ТХА проводят при температуре 300-1200°C с последующим проведением закалки при температуре не более 280°C до получения конечного соединения алюминия определенного состава формулы Al₂O₃·nH₂O, где n=0,03-2,0.

В качестве предшественника продукта ТХА (кислородсодержащего соединения алюминия) используют гидроксиды алюминия: байерит, гидраргиллит, нордстрандит, бемит, диаспор, которые подвергают быстрой дегидратации. Дегидратация проводится в любой подходящей установке при помощи потока горячих газов, позволяющего быстро отрывать воду и уносить испаренную воду и обеспечивать быструю закалку полученного соединения алюминия.

Получаемый продукт ТХА является в основном рентгеноаморфным, хорошо растворяется в соляной кислоте при определенных условиях, предлагаемых в данном решении.

Предпочтительно использовать в качестве предшественника гидраргиллит, имеющий сфероидные частицы, состоящие из гексагональных стержней. Предпочтительным для получения носителя является гидраргиллит, у которого частицы состоят из гексагональных стержней с размерами сторон шестиугольника 1-10 мкм.

Гидраргиллит может быть получен, например, из нефелинового сырья методом спекания с содой и известняком. Из такого гидраргиллита получают на Ачинском заводе фтористого алюминия продукт ТХА («флаш» продукт).

Описанный выше продукт ТХА подвергают гидратации при определенных условиях, чтобы повысить его активность при взаимодействии с соляной кислотой.

Полученный продукт ТХА смешивают с раствором кислот, содержащих кислородсодержащих анион, предпочтительно азотной кислоты, с определенным кислотным модулем, который выбирается в зависимости от активности продукта ТХА. Чем меньше активность продукта ТХА, тем выше используется кислотный модуль при проведении гидратации. Продукт ТХА имеет степень химической активности не менее 60% при растворении его в 20%-ном растворе гидроксида натрия при 60°C в течение 30 мин.

При гидратации происходят следующие процессы. Крупные частицы продукта ТХА распадаются на высокодисперсные частицы. Происходит более плотное заполнение пустот с одновременным сглаживанием их поверхности. При этом изменяется фазовый состав продукта ТХА. Начинает появляться псевдобемит, который приводит к повышению реакционной способности продукта ТХА, изначально содержавшего максимальное количество рентгеноаморфной фазы до 95-98%.

Полученный осадок после гидратации отделяют, при необходимости промывают и добавляют к нему раствор соляной кислоты, поддерживая РН от 4 до 6 и температуру 50-98°C до получения солей оксихлоридов алюминия высокой основности и выделения их в виде растворов или твердых веществ.

Полученный после гидратации продукт ТХА обеспечивает высокую скорость последующего его взаимодействия с раствором соляной кислоты, при этом убирается трудоемкая операция размола продукта ТХА, что значительно упрощает предлагаемый способ по сравнению с прототипом.

Реактор для взаимодействия с соляной кислотой связан дополнительно с роторно-диспергирующим аппаратом для циркуляции реакционной массы через реактор, в котором поддерживается РН 4-6. В качестве роторно-диспергирующего используют аппарат по патенту RU №2156648.

Циркуляция через роторно-дисперигирующий аппарат позволяет поддерживать температуру в интервале 50-98°C (предпочтительно 50-70°C) и увеличивает получение высокоосновных оксихлоридов алюминия и приводит к наиболее полному растворению продукта ТХК за более короткое время.

В реакторе дополнительно может быть установлена мешалка для перемешивания реакционной смеси.

После растворения продукта ТХА в соляной кислоте реакционную массу подают на фильтры или центрифугу, осадок отделяют, полученный раствор подают на упаривание и сушку для выделения оксихлоридов алюминия. В таблице 1 показана подготовка продукта ТХА к взаимодействию с соляной кислотой, а в таблице 2 показаны условия взаимодействия гидратированного продукта ТХА с соляной кислотой.

Определение фазового состава носителя проводили рентгенографическим методом, основанным на дифракции рентгеновских лучей. Съемку проводили в Cu-K-излучении с использованием дифференциальной дискриминации монохроматора.

Удельную поверхность определяли методом БЭТ, объем пор адсорбцией воды, размер частиц — ситовым методом, морфологию частиц определяют с помощью электронного сканирующего микроскопа. Значение «n» в формуле Al₂O₃·nH₂O для носителя определяют с использованием данных потери массы при прокаливании при температуре 180-1000°C.

Исходный рентгеноаморфный продукт ТХА формулы Al₂O₃·nH₂O, где n=1,5 с размером частиц 90 мкм с удельной поверхностью 145 м 2 /г и химической активностью 70% направляют на гидратацию.

В реактор емкостью 2 л заливают 1,2 л воды, включают пропеллерную мешалку и масляный нагрев реактора.

Нагревают воду до температуры 40-80°C, после чего в реактор засыпают 255 г продукта ТХА и добавляют концентрированную азотную кислоту до кислотного модуля 0,15. Масса твердого вещества к жидкости составляет 1:5.

При гидратации происходит разрушение частиц по местам дефектов и образование псевдобемита.

Продолжительность гидратации 1,5 часа.

По окончании гидратации суспензию сливают из реактора на барабанный вакуум-фильтр. Суспензия разделяется на фильтрующей ткани, натянутой на барабан. Фильтрат подается на следующую стадию гидратации, частично или полностью.

Осадок отделяют от фильтрующей ткани и помещают в реактор для взаимодействия с соляной кислотой с концентрацией 27%.

В реакторе поддерживают РН 4.0.

Температуру в реакторе поднимают до 70°C.

Суспензию с концентрацией 180 г/л Al₂(OH)₅Cl подают на центрифугу. Нерастворившийся продукт ТХА отделяют, раствор оксихлоридов алюминия подают на упаривание и дальнейшую сушку. Количество нерастворившегося ТХА составляет 1%.

ПРИМЕРЫ 2-6 аналогичны примеру 1, только отличаются условиями подготовки продукта ТХА и условиями взаимодействия с соляной кислотой, которые показаны в таблицах 1, 2.

ПРИМЕРЫ 4, 6. Реакционную массу для ускорения взаимодействия продукта ТХА с соляной кислотой прокачивают через роторно-диспергирующий аппарат.

ПРИМЕР 5. Масса твердого вещества к жидкости составляет 1:10.

Техническим результатом предлагаемого решения является получение высокоосновных оксихлоридов алюминия с использованием доступного сырья по упрощенной технологии без применения размола продукта ТХА.

1. Способ получения оксихлоридов алюминия, включающий обработку водным раствором соляной кислоты при нагреве термохимически активированного гидроксида алюминия, отличающийся тем, что термохимически активированный гидроксид алюминия подвергают гидратации раствором кислоты с кислородсодержащим анионом: азотной, серной, муравьиной, уксусной, щавелевой, с кислотным модулем 0,01-0,50 при температуре 50-95°С, осадок после гидратации отделяют и добавляют к нему раствор соляной кислоты, поддерживая pН от 4 до 6 и температуру 50-98°С до получения солей оксихлоридов алюминия и выделения их в виде растворов или твердых веществ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидратацию проводят азотной кислотой с кислотным модулем 0,01-0,30.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после растворения осадка в соляной кислоте реакционную массу подают на центрифугу или фильтр, полученный раствор упаривают и сушат.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осадок после гидратации дополнительно промывают водой.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидратацию проводят от 30 минут до 3 часов.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидратацию проводят при отношении массы твердого вещества к жидкости от 1:3 до 1:10.

7. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что реакционную массу для ускорения взаимодействия с соляной кислотой прокачивают через роторно-диспергирующий аппарат.

Acetyl

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.