В последние годы всё более широкое распространение в практике водоочистки приобретают коагулянты на основе гидроксохлорида алюминия (ГОХА), которые производятся в большинстве случаев в виде водных растворов [1-3]. Однако, жидкий ГОХА обладает повышенной коррозионной активностью за счёт свободной хлороводородной кислоты. Это требует применения специальной возвратной упаковочной тары и вызывает неудобства при использовании такой формы коагулянта в экстремальных условиях. Перевод же ГОХА в твёрдое состояние путём высушивания приводит к резкому удорожанию конечного продукта из-за значительных энергозатрат.
Настоящие исследования направлены на разработку технологии получения твёрдого ГОХА с помощью неорганических электролитов. Известно, что в концентрированных растворах ГОХА в результате поликонденсации возникает новая фаза полиядерных гидроксокомплексов алюминия и раствор становится коллоидным [4]. Это позволило найти условия структурирования ГОХА неорганическими солями и получить новые композиции коагулянтов в твёрдой форме.
Жидкий ГОХА получали путём взаимодействия алюминия с 10-15 % хлороводородной кислотой. По мере протекания данной реакции формируется различное мольное соотношение ионов алюминия и хлора. Перевод полученного таким образом жидкого ГОХА в твёрдое состояние осуществляли путём добавления хлоридов или сульфатов металлов в реакционную массу с соотношением (мольн.) Al3+ : Cl- = 1: (0,35-0,70). Для этого в стакан ёмкостью 100 мл вносили 25 г жидкого ГОХА и 0,5 г твёрдых солей (NaCl или Al2(SO4)3·18H2O). Смесь перемешивали шпателем и замеряли время перехода композиции из жидкого состояния в твёрдое.
Как видно из табл. 1, при мольном соотношении Al3+ : Cl- равном 1: (0,6-0,7) ГОХА либо совсем не переходит в твёрдую фазу из-за небольшой степени образования Al(OH)3, либо для этого перехода требуется значительное время (1680-3420 мин). При низком соотношении Al3+ : Cl- = 1: 0,35 процесс структурирования протекает очень быстро (1,5 – 5,0 мин), что также неприемлемо из-за образования твёрдого продукта в аппарате смешения. Это может привести к затруднениям при расфасовке продукта и к поломке оборудования.
Таблица 1
Влияние соотношения Al3+ : Cl- в ГОХА на время перехода его
из жидкого состояния в твёрдое под действием электролитов
|
№ п/п |
Мольное соотношение Al3+ : Cl- |
Время перехода ГОХА в твёрдую форму, мин |
|
|
NaCl |
Al2(SO4)3·18H2O |
||
|
1 |
1 : 0,70 |
1680 |
не образуется |
|
2 |
1 : 0,60 |
1080 |
3420 |
|
3 |
1 : 0,50 |
120 |
180 |
|
4 |
1 : 0,40 |
20 |
64 |
|
5 |
1 : 0,35 |
1,5 |
5 |
Регулировать время перехода ГОХА в твёрдое состояние можно также изменением температуры и рН. Так при рН 3,5 в обоих случаях жидкий ГОХА практически не становится твёрдым, а при рН 7 и выше в результате гидролиза в осадок выпадает Al(OH)3 и продукт теряет коагуляционные свойства. Даже небольшое увеличение температуры позволяет значительно снизить время перехода ГОХА в твёрдую фазу (180 – 43,5 мин; 250 – 21,8 мин). При этом уменьшается расход вводимых солей.
Таким образом, регулировать время перехода жидкого ГОХА в твёрдое состояние под действием электролитов можно путём формирования соответствующего соотношения Al3+ : Cl-, а также изменением температуры и рН среды. Это позволяет управлять процессом смешения ингредиентов и производить расфасовку продукта в оптимальном режиме.