174755. lajstromszámú szabadalom • Eljárás kristályos szervetlen aluminiumszilikát kationcserélők előállítására
3 174755 4 cserélő kapacitással. Célul tűztük ki továbbá olyan kristályos katíoncserélők kidolgozását, amelyeknek nemcsak, az összioncserélő kapacitása nagy, hanem kedvező a kezdeti ioncsere-sebességük és így a Periódusos Rendszer II. oszlopába tartozó elemekre és nyomfémekre jól meghatározott végső koncentrációk alakulhatnak ki. Célul tűztük ki továbbá olyan eljárás kidolgozását, amellyel kristályos szervetlen katíoncserélők a korábbi eljárásoknál felmerülő költségekhez képest kisebb költségekkel állíthatók elő. A fenti célokat a legtágabb értelemben azáltal érjük el, hogy meg tudjuk akadályozni a gélképződést és olyan diszkrét részecskékből álló csapadékot tudunk előállítani, amelyben az elemek már a végső kristályos szerkezet későbbi kialakulásához szükséges elrendeződést veszik fel. Kidolgoztuk továbbá annak lehetőségét is, hogy a kristályos termék elkülönítése után kapott anyalúgot a reakciórendszeren belül keringtetjük, és így zárt rendszert hozunk létre. Ez viszont lehetővé teszi az anyalúgban levő vegyi anyagok újbóli felhasználását és ezáltal a termelési költségek csökkentését. A keringtetés továbbá eliminálja a vegyszertartalmú szennyvizekkel kapcsolatos ökológiai problémákat. A találmány szerinti eljárás lényeges műveletei közé tartoznak: (1) a reakciópartnerek, vagy reaktánsok előkészítése, (2) az alumíniumoxidot tartalmazó reaktáns reagáltatás előtti tisztítása, (3) egy amorf közbenső termék kicsapatása olyan ellenőrzött kicsapatási paraméterek mellett, hogy a gélképződés megelőzhető legyen, (4) statikus és/vagy dinamikus kristályosítás, (5) dekantálás és kvencselés, (6) a kristályos termék elválasztása, és (7) az anyalúg keringtetése. Az utóbbi műveletbe beletartozik betöményítés és sótalanítás is (ezeket a műveleteket a későbbiekben még részletesen ismertetni fogjuk). A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módja értelmében a termék elkülönítését és az anyalúg keringtetéshez való előkészítését igen hatékony elkülönítési módszerrel és ellenáramú mosási műveletekkel végezzük. Miként említettük, a gélképződés megelőzésére a találmány szerinti eljárás kicsapási és kristályosítási műveleteinél a műveleti paramétereket gondosan szabályozzuk. A kicsapásnál kritikus műveleti paraméter a reaktánsok kémiai összetétele és koncentrációja, a kicsapási hőmérséklet, a kicsapási pH, a reaktánsok adagolásának sorrendje és sebessége, valamint a kicsapás során alkalmazott keverés intenzitása. A találmány szerinti eljárás gyakorlati megvalósítása során tehát a reaktánsok adagolásának sorrendje is lényeges olyan tekintetben, hogy nem lehet - az ismert gélesítési módszerektől eltérően - a reaktánsokat egyszerűen egymással összekeverni, hanem úgy kell az adagolást szabályozni, hogy a reakciózónában az egyes reagálandó ionok koncentrációja előre meghatározott koncentrációtartományba essen. A találmány szerinti eljárással előállított termékeknek nagy az ioncserélőkapacitásuk, és így igen sokféle területen használhatók fel, ahol meghatározott kationokat kell eltávolítani egy folyamatból vagy szennyvizekből abból a célból, hogy a természetes vizek ökológiai,, egyensúlya ne bomoljon meg. így például kiterjedt kísérletek folynak az egész világon mosási és tisztítási műveleteknél képződő folyadékokból a foszfátok eltávolításának megoldására, tekintettel arra, hogy a foszfátok ismert módon a természetes vizek eutrofizálását, azaz az alganövekedés gyorsulását és ezáltal az oxigénfogyasztás növekedését okozzák. A találmány szerinti eljárással előállított termékek felhasználhatók az eddig alkalmazott foszfátok helyett minden olyan anyagban, amelyet mosási vagy tisztítási műveleteihez alkalmazunk. Bár oldhatatlanok vízben, a találmány szerinti eljárással előállított termékek meglágyítják a kemény vizet és ezáltal fokozzák valamely detergensrendszer tisztító- vagy mosóhatását. Ugyanakkor végső kristályméretükre tekintettel hatásosan moshatók ki vagy távolíthatók el bármiféle öblítési művelet során. A találmány szerinti eljárással előállított kristályos alumíniumszilikátok ásványi természetű szintetikus anyagok, amelyek nem fogyasztanak oxigént biológiai lebomláshoz és fokozatosan kiülepednek víztisztító telepek medencéiben vagy természetes vizekben. A találmány szerinti eljárással előállított termékek felhasználhatók továbbá ipari szennyvizekből, szemétfeldolgozó telepek szennyvizeiből és egyéb szennyvizekből nyomfémek kivonására, illetve víztisztítási eljárásoluiál nyomfémek kivonására. Az alábbiakban röviden ismertetjük a csatolt rajzokon látható ábrákat. A 1. ábrán a találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módjának kivitelezésére alkalmas berendezés-rendszer vagy üzem blokksémaszerű ábrázolása látható. A találmány szerinti eljárás gyakorlati megvalósítása során közelebbről az alábbi módon járunk el. Először elkészítjük egy alkálifém-szilúcát vizes oldatát és ezt az oldatot olyan reakcióedénybe tápláljuk be, amelyet ellátunk megfelelő keverő- és fűtőeszközökkel. Alkálifém-szilikátként olyan vegyületeket alkalmazunk, amelyekben a Si02/X20 mólarány 1 és 4 közötti, ahol X egy alkálifématomot, közelebbről nátrium-, kálium- vagy lítiumatomot jelent. Az alkálifém-szilikát-oldatban ugyanakkor az alkálifém-szilikát koncentrációját mintegy 3 mólosra vagy ennél kisebb értékre, előnyösen 1 mólosnál kisebb értékre állítjuk be, és az oldatot előmelegítjük mintegy 21 °C és mintegy 82 °C közötti hőmérsékletre. Ezután a szilikát-oldathoz hozzáadjuk egy alkáli'ém-aluminát, például nátrium-aluminát oldatát. Az aluminát-oldat koncentrációját mintegy 4 mólosra vagy ennél kisebb értékre, előnyösen 2 mólosnál kisebb értékre állítjuk be. Alkálifém-aluminátként olyan vegyületeket alkalmazunk, amelyekben - az X20/A1203 mólarány mintegy 1 és 6 közötti, ahol X egy alkálifématomot jelent. Az alkálifém-aluminát-oldatot is előmelegítjük, előnyösen mintegy 21 °C és mintegy 82 °C közötti hőmérsékletre. A reaktánsok oldatának pontos koncentrációját, illetve a reakcióelegyben kialakuló koncentrációkat később még ismertetjük. A szüikát-oldatból és aluminát-oldatból álló reakcióelegy pH-ját mintegy 10,0 fölött kell tartani 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
