Раздел 13. Производство сульфата алюминия

Раздел 13. Производство сульфата алюминия

Сульфат алюминия является наиболее распространенным коагулянтом, применяемым в водоочистке для обработки питьевых и промышленных вод. Коагулирующие свойства обусловлены образованием коллоидной гидроокиси алюминия и основных сульфатов в результате гидролиза. В процессе коагуляции Al(OH) ₃ коллоидные частицы примесей, находящиеся в воде, захватываются и выделяются вместе с гидроксидом алюминия в виде студенистых хлопьев. После химической обработки воду фильтруют.

Жидкий сульфат алюминия (коагулянт) заливают в цистерны, стальные контейнеры и бочки согласно нормативным документам, утвержденным в установленном порядке.

Основные физико-химические свойства алюминия сульфата технического жидкого (коагулянта):

- химическая формула основного вещества - Al ₂(SO ₄) ₃;

- удельный вес - 1,26  1,28 г/см ³.

Область применения алюминия сульфата технического жидкого (коагулянта) - очистка воды от примесей.

Сырьем для получения алюминия сульфата технического жидкого являются гидроксид алюминия и серная кислота.

Производство осуществляется методом разложения гидроксида алюминия серной кислотой с получением раствора сульфата алюминия. Актуальные обобщенные данные об объемах выпуска данного продукта отсутствуют.

13.1 Производство алюминия сульфата технического жидкого

13.1.1 Описание технологических процессов, применяемых при производстве алюминия сульфата технического жидкого

Процесс производства алюминия сульфата технического жидкого состоит из следующих основных стадий:

- приема исходного сырья - серной кислоты, хозяйственно-питьевой воды и гидроксида алюминия;

- приготовления пульпы гидроксида алюминия;

- нейтрализации пульпы гидроксида алюминия серной кислотой с получением плава сульфата аммония;

- разбавления плава водой с получением раствора сульфата алюминия;

- очистки раствора сульфата алюминия от нерастворимого остатка путем фильтрования.

Принципиальная технологическая схема приведена на рисунке 13.1.

Рисунок 13.1 - Производство алюминия сульфата технического жидкого

Прием исходного сырья

Серная кислота, содержащая от 92,5 % до 94 % H ₂SO ₄, поступает по трубопроводу в приемные баки. Гидроксид алюминия поступает в мягких контейнерах типа "биг-бег" и через приемный бункер загружается в бак приготовления пульпы, заполненный хозяйственно-питьевой водой.

Приготовление пульпы гидроксида алюминия

Приготовление пульпы гидроксида алюминия осуществляется в периодическом режиме. Из приемного бункера в бак, заполненный хозяйственно-питьевой водой, подается гидроксид алюминия. Пульпа гидроксида алюминия готовится с плотностью от 1370 до 1400 кг/м ³.

Нейтрализация пульпы гидроксида алюминия серной кислотой с получением плава сульфата алюминия

Процесс получения плава сульфата алюминия осуществляется в периодическом режиме. В приготовленную суспензию гидроксида алюминия осуществляют равномерную дозировку серной кислоты.

Взаимодействие гидроксида алюминия с серной кислотой описывается следующим уравнением реакции:

3H ₂SO ₄ + 2Al(OH) ₃ = Al ₂(SO ₄) ₃ + 6H ₂O.

Процесс сопровождается экзотермическим эффектом (558,7 кДж/кг плава сульфата алюминия с концентрацией 16,2 % в пересчете на Al ₂O ₃).

Тепло, выделяющееся в ходе реакции, разогревает реакционную смесь до температуры кипения плава от 110 до 120 °С. Для увеличения полноты прохождения реакции взаимодействия гидроксида алюминия с серной кислотой в реактор после окончания кипения плава подается пар. Время варки составляет от 30 до 40 мин.

В процессе реакции и при нагреве реакционной массы паром выделяется небольшое количество водяных паров, которые несут с собой брызги плава и аэрозоль серной кислоты. Удаление паровой смеси в атмосферу производится за счет естественной конвекции через вентиляционную трубу.

Разбавление плава водой с получением раствора сульфата алюминия

Для приготовления жидкого коагулянта используют плав с концентрацией от 14 до 16 % в пересчете на Al ₂O ₃. В реактор с приготовленным плавом при постоянном перемешивании подается хозяйственно-питьевая вода для разбавления до получения раствора сульфата алюминия требуемой концентрации (от 6,7 до 7,7 % в пересчете на Al ₂O ₃).

Очистка раствора сульфата алюминия от нерастворимого остатка путем фильтрования

Для снижения содержания в растворе сульфата алюминия малорастворимых примесей ниже 0,05 % и получения осветленного раствора производится фильтрация неосветленного раствора на рамном пресс-фильтре. Кек после фильтрации представляет собой неразложившийся гидроксид алюминия, возвращается в производство. Готовый продукт направляется в емкости хранения.

Описание технологического# приведено в таблице 13.1.

Таблица 13.1 - Описание технологического процесса производства алюминия сульфата технического жидкого

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Продукты и полупродукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
Серная кислота, гидроксид алюминия, хозяйственно-питьевая вода	Прием исходного сырья	Сырье		Емкостное оборудование, бункер, ц/б насосы
Гидроксид алюминия, хозяйственно-питьевая вода	Приготовление пульпы гидроксида алюминия	Пульпа гидроксида алюминия		Емкостное оборудование
Пульпа гидроксида алюминия, серная кислота, пар	Получение плава сульфата алюминия	Плав сульфата алюминия	Пыль, аэрозоль серной кислоты	Емкостное оборудование, ц/б насосы
Плав сульфата алюминия, хозяйственно-питьевая вода	Получение раствора сульфата алюминия	Раствор сульфата алюминия		Емкостное оборудование
Раствор сульфата алюминия	Очистка раствора сульфата алюминия фильтрованием	Алюминия сульфат технический жидкий		Рамный пресс-фильтр

Основное технологическое оборудование производства алюминия сульфата технического жидкого представлено в таблице 13.2.

Таблица 13.2 - Основное технологическое оборудование производства алюминия сульфата технического жидкого

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Фильтр-пресс	Фильтрация жидкого сульфата алюминия	Площадь фильтрации 71,9 м 2

13.1.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве сульфата алюминия

Нормы расхода сырья и энергоресурсов при производстве алюминия сульфата технического жидкого приведены в таблице 13.3.

Таблица 13.3 - Нормы расхода сырья и энергоресурсов в производстве алюминия сульфата технического жидкого

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 тонну
		минимальный	максимальный
Гидроксид алюминия в пересчете на 100 % Al 2O 3	т/т	0,073	0,087
Серная кислота	т/т	-	0,21
Хозяйственно-питьевая вода	тыс. м 3/т	0,646	0,68
Электроэнергия		-	0,03
Тепловая энергия (пар 6 ата)	Гкал/т	-	0,05

Характеристика выбросов загрязняющих веществ, образующихся при производстве алюминия сульфата технического жидкого, приведена в таблице 13.4.

Таблица 13.4 - Выбросы в атмосферу производства алюминия сульфата технического жидкого

Источник выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 тонну продукции, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Вентиляционная труба	Серная кислота	-	-	0,005	-
Вентиляционная труба	Диалюминий триоксид (в пересчете на алюминий)	-	-	0,00001	-

В производстве алюминия сульфата технического жидкого сточные воды и отходы не образуются.

13.2 Производство сернокислого алюминия как побочного продукта производства диоксида титана

Сернокислотный алюминий (Сульфат алюминия, химическая формула Al ₂SO ₄), выпускается в составе производства диоксида титана в виде гранул или водного раствора. Сернокислый алюминий применяют в качестве коагулянта, а также в текстильной, целлюлозно-бумажной промышленности. Сырьем производства сернокислого алюминия служит гидроксид алюминия.

13.2.1 Описание технологических процессов, используемых в производстве сернокислого алюминия как побочного продукта производства диоксида титана

Производство сульфата алюминия состоит из следующих стадий:

- приготовления суспензии;

- синтеза сульфата алюминия.

В зависимости от формы выпускаемого продукта технологический процесс может также включать следующие стадии:

1) при получении раствора сульфата алюминия:

- растворение;

- отстаивание;

- хранение и передачу потребителю;

2) при получении гранулированного сульфата алюминия:

- грануляцию;

- упаковку.

Поточная схема производства сульфата алюминия приведена на рисунке 13.2.

Рисунок 13.2 - Производство сульфата алюминия как побочного продукта производства диоксида титана

Суспензию гидроксида алюминия готовят в химочищенной воде в аппарате с мешалкой. Синтез сульфата алюминия проводят в реакторе, подавая в него суспензию гидроксида алюминия и серную кислоту при температуре 100-120 °С. Полученный расплав сульфата алюминия подают на стадию растворения для приготовления раствора сульфата алюминия или в барабан-гранулятор для приготовления гранулированного сульфата алюминия. Очистку выбросов в атмосферу на стадии грануляции от неорганической пыли осуществляют с применением циклонов.

Описание технологического процесса приведено в таблице 13.5, перечень основного технологического и природоохранного оборудования - в таблицах 13.6-13.7 соответственно.

Таблица 13.5 - Описание технологического процесса производства сульфата алюминия как побочного продукта производства диоксида титана

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Продукты и полупродукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
Гидроксид алюминия	Приготовление суспензии	Суспензия гидроксида алюминия		Аппарат с мешалкой
Суспензия гидроксида алюминия Серная кислота	Синтез сульфата алюминия	Расплав сульфата алюминия на стадию растворения и на стадию грануляции		Реактор
Расплав сульфата алюминия со стадии синтеза	Растворение	Раствор сульфата алюминия		Аппарат с мешалкой
Раствор сульфата алюминия	Отстаивание	Раствор сульфата алюминия
Раствор сульфата алюминия	Хранение и передача потребителю	Раствор сульфата алюминия
Расплав сульфата алюминия со стадии синтеза	Грануляция	Гранулированный сульфат алюминия	Неорганическая пыль в атмосферу	Барабан-гранулятор Барабанное сито	Циклон
Гранулированный сульфат алюминия	Упаковка	Гранулированный сульфат алюминия		Бункер

Таблица 13.6 - Перечень основного оборудования производства сульфата алюминия как побочного продукта производства диоксида титана

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Аппарат - вертикальный, цилиндрический с плоским отбортованным днищем и съемной крышкой	Для приготовления суспензии гидроксида алюминия Al(OH) 3 или песка тригидрата оксида алюминия (влажный) химочищенной водой	Оборудован мешалкой
Реактор синтеза - вертикальный, цилиндрический с плоским днищем.	Предназначен для синтеза сернокислого алюминия
Гранулятор - горизонтальный вращающийся барабан
Сито барабанное - вращающийся сетчатый барабан
Дробилка - молотковая		Крупность загружаемого материала до 100 мм

Таблица 13.7 - Перечень природоохранного оборудования производства сульфата алюминия как побочного продукта производства диоксида титана

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики природоохранного оборудования
Аспирационная установка	Очистка запыленного воздуха	Циклонная система

13.2.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве сульфата алюминия как побочного продукта производства диоксида титана

Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов приведены в таблице 13.8.

Таблица 13.8 - Показатели потребления сырья, материалов и энергетических ресурсов при производстве сульфата алюминия жидкого как побочного продукта производства диоксида титана (в пересчете на 100 % Al ₂O ₃)

Наименование	Единицы измерения	Расход кг на 1 тонну продукции
		минимальный	максимальный
Гидроксид алюминия или песок тригидрата оксида алюминия (влажный)	100 % Al 2O 3	1037,0	1037,0
Серная кислота	мнг	3037,0	3037,0
Электроэнергия		0,062	0,062
Тепловая энергия (пар 6 ата)	Гкал/т	0,281	0,636
Вода техническая	м 3/т	1,5	1,5

Характеристика выбросов, образующихся при производстве сульфата алюминия, приведена в таблице 13.9, сточных вод - в таблице 13.10.

Таблица 13.9 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве сульфата алюминия как побочного продукта производства диоксида титана (в пересчете на тонну натуры жидкого сернокислого алюминия)

Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 тонну продукции, кг/т
		Диапазон		среднее значение
		минимальное значение	максимальное значение
Серная кислота	-	0,001	0,001	0,001
Хлористый водород		0,016	0,018	0,017
Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20 %		7,10	8,10	7,60

Характеристика отходов, образующихся при производстве сульфата алюминия как побочного продукта производства диоксида титана, приведена в таблице 13.10.

Таблица 13.10 - Отходы, образующиеся при производстве сульфата алюминия как побочного продукта производства диоксида титана (в пересчете на тонну натуры жидкого сернокислого алюминия)

Наименование	Класс опасности	Источник образования	Способ утилизации, обезвреживания, размещения	Масса образующихся отходов производства в расчете на 1 тонну продукции, кг/т
				Диапазон		среднее значение
				минимальное значение	максимальное значение
Стоки производств диоксида титана и железооксидных пигментов	4	Производство диоксида титана и железооксидных пигментов в смеси	Размещение в кислотонакопителе	20931,6	23191,8	22061,7