MXPA98002088A - Cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialuminio, metodos y composiciones - Google Patents

Abstract

La presente invención se dirige a un procedimiento para la producción de cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialuminioútiles como coagulantes en tratamiento de aguas. Además, la invención se dirige a los productos elaborados por los procedimientos descritos.

Description

CLORUROS DE POLIALUMINIO Y CLOROSULFATOS DE POLIALUMIKFIO, MÉTODOS Y COMPOSICIONES Campo de la Invención La presente invención se refiere a procedimientos para producir cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialuminio. Los procedimientos pueden generar productos de una amplia gama de basicidades y que son adecuados para utilizar como agentes para purificación de agua. Antecedentes de la Invención Los cloruros de polialuminio y los clorosulfatos de polialuminio son compuestos empleados como floculantes y coagulantes para tratamiento de aguas y aguas de desecho. En comparación con otros agentes de purificación inorgánicos, estos compuestos en general trabajan más eficientemente, producen menos fangos sub-productos, trabajan mejor en agua fría, se sedimentan más rápido y reducen el pH del agua en una menor proporción. Los compuestos también se emplean en la producción de papel, antitranspirantes, alimentos y productos farmacéuticos, Se han diseñado una cantidad de procedimientos para producir cloruro de polialuminio y clorosulfatos de polialuminio con características favorables para tratamiento de aguas. Por ejemplo, la Patente de los E.U.A. No. 5,246,686 describe un procedimiento en el que clorosulfato de aluminio básico se reacciona con un compuesto de metal alcalino terreo (por ejemplo carbonato de calcio) para producir clorosulfatos de polialuminio de alta basicidad. Una desventaja de esta reacción es que resulta en la formación de sulfatos alcalinos térreos insolubles (por ejemplo yeso) que deben retirarse de las soluciones producto, por procedimientos tales como filtración o centrifugación. Esto hace la reacción indeseable en operaciones industriales de alto volumen. Problemas similares que involucran la formación de precipitados, se han encontrado en procesos que comprenden la reacción de sulfato de aluminio con un fango de carbonato de calcio y cloruro de calcio (ver por ejemplo la Patente de los E.U.A. No. 4,981,673 o la Patente de los E.U.A. No. 5,076,940) . Un procedimiento que evita la formación de precipitados tipo yeso, se describe en la Patente de los E.U.A. No. 5,348,721. El método descrito requiere la producción inicial de un clorosulfato de polialuminio con basicidad relativamente elevada (40-50%) . Esto luego se reacciona con un compuesto de metal alcalino terreo (por ejemplo carbonato de calcio) y un compuesto de metal alcalino (carbonato de sodio) a una temperatura de 50 a 70 grados centígrados. Reacciones realizadas a menores temperaturas (40 grados centígrados) resultan en un producto que coalesce en un gel . Un problema con este procedimiento es que la generación de C02 puede provocar problemas de procesamiento cuando la reacción se realiza en una gran escala. Sin embargo, parece que este es el único proceso reportado que es capaz de producir los clorosulfatos de polialuminio con más de 67% de basicidad y una preparación que es 75.3% básica se describe en la especificación de patente. Debido a la química involucrada, todos los productos se producen utilizando cantidades substanciales de carbonato de calcio. Un proceso alterno se describe en la Patente de los E.U.A. No. 3,929,666. En esta patente, una solución que contiene iones sulfatos se mezcla con una solución que contiene tanto iones de aluminio como iones haluro y con una solución que contiene aluminato de sodio o potasio. La reacción se lleva a cabo a una temperatura de 40°C o menos y produce un gel que luego debe disolverse al elevar su temperatura entre 50 y 80°C. Debido a la dificultad en bombear eficientemente geles de un sitio a otro y debido a los problemas que presentan los geles en términos de mezclado y transferencia térmica, el proceso descrito en esta patente es de valor limitado en aplicaciones industriales de gran escala. La presente invención se dirige a un procedimiento que evita muchos de los problemas asociados con métodos previamente descritos. Puede emplearse para producir compuestos con basicidades mayores a 70% utilizando como material de partida, cloruros de aluminio básicos y clorosulfatos de aluminio básicos con baja basicidad (25% o menos) . Los cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialuminío producidos quedan fluidos, es decir no coalescen en un gel, y la formación de precipitados de sulfato de calcio puede evitarse. Además, pueden producirse sin la adición de calor, evitando de esta manera la formación de sub-productos indeseables. Como resultado, el procedimiento es particularmente bien adecuado para aplicaciones industriales a gran escala. Además, el procedimiento permite la formación de productos con propiedades únicas que también son parte de la invención. Clorosulfatos de polialuminio pueden producirse que son mayores a 75,3% básicos y preparaciones con más de 70% de basicidad pueden producirse sin cantidades substanciales de carbonato de calcio. Además, pueden obtenerse preparaciones concentradas de cloruros de polialuminío y clorosulfatos de polialuminío dé alta basicidad que contienen Al^, la forma de aluminio generalmente que en general se considera la más eficiente para retirar impurezas del agua. Confendio La presente invención se dirige a un procedimiento para producir cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialumínio, adecuados para utilizar como coagulantes en tratamiento de aguas . La primer etapa en el procedimiento involucra mezclar una solución que comprende aluminato de sodio con una solución que comprende ya cloruro de aluminio básico (si el producto deseado es cloruro de polialuminio) o clorosulfato de aluminio básico (si el producto deseado es clorosulfato de polialuminio) . Es esencial que estas soluciones se mezclen bajo condiciones de cizalla suficientemente elevada para evitar formación de gel y que la temperatura de reacción se mantenga por debajo de 50°C. Cuando la reacción se lleva a cabo bajo estas condiciones, se produce una suspensión lechosa no viscosa la que será transparente con el tiempo. En una segunda etapa opcional, la temperatura de la suspensión lechosa se incrementa gradualmente hasta que se obtiene una solución producto transparente. En modalidades preferidas, la reacción entre aluminato de sodio y ya sea cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico, se lleva a cabo en o por debajo de 40°C y el mezclado ocurre en la presencia de un gradiente de velocidad de al menos 1000 segundos recíprocos . Para reacciones en donde la basicidad del producto será de 70% menos, es preferible que una pequeña cantidad, por ejemplo menor a 1% de carbonato de calcio se agregue a la solución de cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico antes de mezclar con aluminato de sodio. La adición de carbonato de calcio a reacciones que forman productos con más de 70% de basicidad es totalmente opcional. Puede agregarse si se desea, pero sus inclusiones no aparecen mejorar substancialmente la estabilidad de los productos. El cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico empleado como reactivo en el procedimiento puede elaborarse utilizando una variedad de métodos bien conocidos en la técnica. El método preferido para producir cloruro de aluminio básico consiste en reaccionar un trihidrato de óxido de aluminio con ácido clorhídrico o una combinación de ácido clorhídrico y ácido fosfórico. En el caso de clorosulfato de aluminio básico, se prefiere que una fuente de trihidrato de óxido de aluminio se reaccione con ácido clorhídrico y ácido sulfúrico. Una cuarta etapa opcional puede incluirse en el procedimiento en donde cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialuminio producido como se describió anteriormente, se emplea en una segunda reacción con aluminato de sodio. Esa etapa es particularmente útil en casos en donde se desean productos de muy alta basicidad. Como con anterioridad, el mezclado de reactivos se lleva a cabo a una fuerza de cizalla suficientemente elevada para evitar formación de gel, de preferencia en la presencia de un gradiente de velocidad de al menos 1000 segundos recíprocos. Cuando se preparan cloruros de polialuminio de entre 50 y 70% de basicidad, pueden mezclarse las preparaciones a una temperatura inferior a 60°C. Para productos con más de 70% de basicidad, el mezclado deberá llevarse a cabo en general a una temperatura mayor a 60°C, a fin de evitar formación de gel. Sin embargo, también es posible obtener un producto con más de 70% de basicidad en reacciones que se llevan a cabo por debajo de 60°C, al reducir la velocidad en la cual el aluminato de sodio se agrega a la reacción y al incrementar la cizalla. La suspensión lechosa resultante puede calentarse para producir un producto transparente o se deja aclarar con el tiempo sin aplicar calor adicional. Además de incluirse como una cuarta etapa en el presente procedimiento, la reacción entre cloruro de polialuminio o clorosulfato de políaluminio y aluminato de sodio, puede emplearse para incrementar la basicidad de cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialuminio elaborados por otros procedimientos. Además de los procedimientos descritos anteriormente, la presente invención se dirige a los cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialuminio producidos por los procedimientos. Esto incluye composiciones que tienen clorosulfatos de polialuminio con más de 75.3% de basicidad y composiciones con más de 70% de basicidad que no utilizan carbonato de calcio u otras alcalino térreos . La presente invención incluye composiciones concentradas (8% A1203 o mayor) de cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialuminio que contienen especies Al13. Estas especies son detectables por RMN en preparaciones con aproximadamente 80% de basicídad o mayores . En otro aspecto, la presente invención se diríge a un procedimiento para producir una composición coagulante, útil para retirar impurezas del agua al mezclar un cloruro de polialuminio o un clorosulfato de polialuminio, ya sea con una sal orgánica o inorgánica. El cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialuminio deberá mezclarse en cantidad de manera tal que su concentración final en la composición coagulante sea menos que aproximadamente 25% en peso o más de aproximadamente 75% en peso. Sales preferidas son cloruro férrico, sulfato férrico, sulfato ferroso, sulfato de aluminio, cloruro de aluminio y cloruros de amonio cuaternario. Las composiciones mezcladas en sí también se abarcan por la invención, al ver que procesos para retirar impurezas del agua que utilizan estas composiciones. En estos últimos, las composiciones se mezclan con agua que contiene impurezas, la mezcla se deja que flocule, y el floculante luego se retira para producir agua en donde la concentración de -impurezas se ha reducido. Breve Descripción de las Figuras Figura l . La Figura l muestra el espectro RMN dado por el clorosulfato de polialuminio elaborado de acuerdo con el procedimiento descrito en la patente de los E.U.A. No. 3,929,666 (10.5% de A1203 2.8% de S04 , 50% básico). El pico principal está en 0,3210 ppm. Figura 2. La Figura 2 muestra el espectro RMN de clorosulfato de polialuminio elaborado de acuerdo con el procedimiento descrito en el ejemplo 6 (10.5% de A1203 50% básico, 2.9% de SOJ . El proceso emplea mezclado con alta cizalla a fin de evitar formación de gel. El pico principal está en 0.193 ppm. Figura 3. La Figura 3 muestra el espectro RMN obtenido de una preparación de clorosulfato de aluminio básico elaborado utilizando el procedimiento en el Ejemplo 3 (13.4% de A1203, 18% básico y 3.8% de SOJ. El pico principal está en 0.93 ppm, Figura 4. La Figura 4 ilustra el espectro RMN obtenido utilizando clorosulfato de polialuminio Stern-PAC comercialmente disponible. El pico principal en la Figura está en 0.488 ppm. Figura 5. La Figura 5 ilustra el espectro RMN obtenido utilizando clorosulfato de polialuminio Westwood 700S comercialmente disponible. El pico principal en la Figura está en 0.477 ppm. Figura 6. La Figura 6 ilustra el espectro RMN de cloruro de polialuminio elaborado de acuerdo con el procedimiento descrito en el ejemplo 9 (10.5% de óxido de aluminio, 90% básico) . El proceso emplea mezclado con alta cizalla a fin de evitar formación de gel . Hay que notar la presencia de un pico en 63 ppm. Figura 7. La Figura 7 ilustra el espectro RMN de clorosulfato de polialuminio de acuerdo con el procedimiento descrito en el ejemplo 10 (10.5% de A1303, 88% básico y 0.2% de SOJ . El procedimiento emplea mezclado con alta cizalla a fin de evitar formación de gel. Hay que notar la presencia de un pico en 63 ppm. Figura 8. La Figura 8 ilustra el espectro RMN obtenido utilizando clorhidrato de aluminio comercialmente disponible (Summit Chemical Co.). Hay que notar la ausencia de un pico en 63 ppm. Definiciones Cloruros de Polialuminio: Cloruros de polialuminio son productos de hídróxido cloruro de aluminio, A1C1(0H)_, A1C1. (OH) , y A12C1(0H)S. Una fórmula representativa es: Al2Cl6-n (0H)n/ en donde n*2.7 a 5 para productos formados por el procedimiento descrito aquí. Se considera que cuando los productos se diluyen, especies poliméricas tales como All304 (0H)24 (H_0) l2+7Cl, se forman. Clorosulfatos de Polialuminios: Estos compuestos pueden describirse mejor por la fórmula: Al2 (0HnCl(É.n-2k) (S0Jk en donde n=2.7 a 5 y es mayor que 0 y menos que 4.3. La diferencia principal entre clorosulfatos de aluminio básicos y clorosulfatos de polialuminio es la cantidad de substitución hidroxilo; en donde n es menos que o igual a 1.5 para los primeros y entre 2.7 y 5 para los últimos. Las especies poliméricas formadas ante dilución pueden expresarse como: A11304 (OH)24 (H20) 12+5C1+S04. Cloruros &Q auminio básicos: Estos son compuestos que tienen la fórmula: Al2 (0H)n(Cl)e-n en donde n es mayor que cero y menor que o igual a 1.5. Se considera que soluciones de estos compuestos contienen: Al (H20) e+3Cl ; Al_(0H)_(H_0)ß+4Cl; y Al (OH) (H20) 5+2Cl . Clorosulfatos de aluminio básicos: Estos son compuestos de la fórmula: Al2 (0H)D (Cl) (6-n-2IC) (S0Jk en donde n es mayor que cero y menor que o igual a 1.5, y en donde k es mayor que cero pero menor que 0.5. Se considera que soluciones de esos compuestos contienen todos los compuestos presentes en cloruro de aluminio básico al igual que: A1(H_0)6+C1+(S0J ; Al. (OH) . (HaO) ß+2Cl+ (SOJ . Basicidad Porcentual: Como se emplea típicamente en la especialidad, la basicidad porcentual se define como (%0H) (52.91) / (%A1) . En un nivel molar, esto puede expresarse como ( (OH) / (Al) ) /3 multiplicado por 100. De esta manera Al (OH) (H20)5+2C1 tiene la basicidad de 33%. Basicidades discutidas en el texto en conexión con productos elaborados por el procedimiento presente, por ejemplo productos descritos en los ejemplos, reflejan basicidades de fórmula basadas en contenido de hidróxido. Se ha descubierto que estos productos hidrolizarán para formar especies de superior basicidad que lo formulado. El grado de hidrólisis es inversamente proporcional a concentración y directamente proporcional a basicidad de fórmula. De esta manera, el producto del ejemplo 7 mientras que se formula como 70% básico, se analizará como 79% básico. Mezclado de Alta Cizalla: Como se emplea aquí, el término "mezclado de alta cizalla" se refiere a combinar soluciones bajo condiciones que crean una fuerza de cizalla suficientemente grande para evitar formación de gel. La fuerza de cizalla puede crearse por uno o más homogenizadores, mezcladores, bombas centrífugas o boquillas presurizadas diseñadas para combinar forzadamente soluciones. En general, el mezclado deberá llevarse a cabo bajo condiciones suficientes para crear un gradiente de velocidad de 1000 segundos recíprocos o mayor.

Concentración de Sal de Aluminio de los Productos de Reacción: La concentración de sal de aluminio que se establece como presente en un producto de reacción, se refiere a la cantidad de óxido de aluminio que hubiera sido necesario para producir el producto. De esta manera, se describen productos que tienen cierto porcentaje de A1203 aún cuando el óxido de aluminio puede de hecho no estar presente en el producto. Esto es práctica común en la técnica y permite que productos se comparen con base en su química. Torta Filtro Húmeda: Torta filtro húmeda es un producto purificado por bauxita. Se produce al digerir bauxita en hidróxido de sodio y luego precipitar el trihidrato óxido de aluminio (también conocido como gibbsíta) . Típicamente, la torta filtro contiene 5 a 10% de humedad libre. Descripción Detallada de la Invención i. Generalidades del Procedimiento La presente invención se dirige a un procedimiento para producir cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialuminio. En total, involucra ya sea producir cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico y luego reaccionar este compuesto con una solución de aluminato de sodio. Una característica novedosa es que el mezclado de aluminato de sodio, ya sea con cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico, se lleva a cabo bajo condiciones de alta cizalla a fin de evitar la formación de un gel . La solución del producto es una suspensión lechosa que puede bombearse fácilmente a través de maquinaria diseñada para producción a alto volumen. Esta solución puede opcionalmente calentarse para eliminar su opacidad y producir un fluido transparente que contiene cloruros de polialuminio o clorosulfatos de polialuminio adecuados para utilizar en tratamiento de aguas. En forma alterna, la solución de productos lechosos simplemente puede dejarse para aclarar sin aplicar calor adicional. Típicamente, el procedimiento descrito aquí se empleará para producir clorosulfatos de aluminio formulados para 40% o más de 80% de basicidad y que ya puede emplearse inmediatamente o almacenarse por un período de al menos 7 meses sin formación de precipitado significante. Cloruros de polialuminio son inestables cuando tienen basicidades de 30% a 75%, es decir tienden a formar un precipitado con el tiempo. De esta manera, si un coagulante de cloruro de polialuminio se desea en la gama básica de 20 a 45%, la adición de ácido fosfórico deberá considerarse. Para basicidades de 45% y superiores, generalmente será preferible el utilizar el proceso para producir clorosulfatos de polialuminio.

Opcíonalmente, la presente invención puede incluir en la etapa en la que la solución de producto transparente que contiene ya sea cloruro de políalumínio o clorosulfato de polialuminio se emplea en otra reacción con aluminato de sodio. Esta reacción proporciona un medio para incrementar adicionalmente la basicidad de productos de reacción y también puede emplearse independientemente de otras etapas del procedimiento. De esta manera, la basicidad de cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialuminio puede incrementarse independientemente del proceso específico por el cual se elaboran estos compuestos . II. La Producción de Cloruro de Aluminio Básico o Clorosulfato de Aluminio Básico Adecuada para el Presente Procedimiento Cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico pueden producirse por una amplia variedad de procedimientos diferentes. Métodos típicos para producir estos compuestos incluyen: a) descomponer aluminio metálico con ácido clorhídrico; b) intercambiar iones hidróxido por iones cloruro al pasar una solución de cloruro de aluminio a través de un intercambiador de iones; c) reaccionar hidróxido de aluminio con ácido clorhídrico o una combinación de ácido clorhídrico y ácido sulfúrico; d) neutralizar una solución de cloruro de aluminio con un álcali; y e) reaccionar trihidrato de alúmina con ácido clorhídrico bajo presión. A. Método Preferido para Producir Cloruro de Aluminio Básico Aunque cualquiera de los procedimientos anteriores puede emplearse para producir material adecuado para el presente procedimiento, el método preferido para producir cloruro de aluminio básico consiste en reaccionar una fuente de trihidrato óxido de aluminio con ácido clorhídrico. El objetivo de esta reacción consiste en producir un producto que es entre aproximadamente 5% y aproximadamente 25% básico. Es conveniente el hacer el compuesto lo más básico como sea económicamente factible, ya que los cloruros de aluminios básicos y los clorosulfatos de aluminio básicos con baja basicidad requieren más aluminato de sodio para producir un producto de clorosulfato de polialuminio o cloruro de polialuminio deseado. Ya que el alumínato de sodio tiene hidróxido de sodio asociado con él, incrementar su cantidad significa que se generará más sal cuando las soluciones se neutralizan y que el proceso total será más costoso. Clorosulfato de aluminio básico o cloruro de aluminio básico de superior basicidad puede elaborarse al incrementar la cantidad de óxido de aluminio trihidratado empleando la reacción, reduciendo la cantidad de agua en la reacción, manteniendo una temperatura de reacción superior, o al permitir que el lote reaccione por más tiempo. Hasta 4% de ácido fosfórico puede agregarse para evitar que cristalización con productos de menor basicídad o superior concentración. Pequeñas cantidades de ácido fosfórico también pueden agregarse a productos de superior basicidad para incrementar el tamaño de partículas de los flóculos, cuando el cloruro de polialuminio se emplea como un floculante. En general, la cantidad de ácido fosfórico no deberá exceder 0.5 % en productos con más de 75% básico o el producto será demasiado viscoso para manejar. La reacción preferida puede llevarse a cabo para producir cloruro de aluminio básico de 5% a 25% de basicidad, utilizando torta filtro húmeda de 50% a 65% de óxido de aluminio. La torta filtro húmeda se reacciona son una solución de 30% a 35% de ácido clorhídrico mientras que se mantiene la temperatura de reacción entre 60 y 115°C. Típicamente, 5 moles de ácido clorhídrico se agregan por mol de óxido de aluminio, para producir cloruro de aluminio básico. Para hacer clorosulfato de aluminio básico, 4 o 5 moles de ácido clorhídrico y 0.02 a 0.5 moles de ácido sulfúrico típicamente se emplearán por mol de óxido de aluminio. Incrementar el tiempo que permite que la reacción proceda aumenta la basicidad del producto. En general, reacciones de entre 4 y 24 horas se han encontrado que producen un producto conveniente. La reacción puede acelerarse al moler la torta filtro a tamaños de partículas más pequeños, incrementar la concentración de ácido clorhídrico o utilizar presiones y temperaturas elevadas. Sin embargo, estos métodos para acelerar reacciones incrementan significativamente el costo de producción y de preferencia se evitan. B. Método Preferido para Producir Clorosulfato de Aluminio Básico El método preferido para producir clorosulfato de aluminio básico es similar al método descrito anteriormente para cloruro de aluminio básico, excepto porque se substituye ácido sulfúrico estequiométricamente por parte del ácido clorhídrico. La cantidad de ácido sulfúrico que deberá emplearse depende de la cantidad deseada de sulfato en el producto clorosulfato de polialuminio final. Específicamente, la cantidad de sulfato en el producto puede no exceder la cantidad en la ecuación: % de sulfato = 10.5 - (((0.125 x % básico x Al3OJ /10.5) . Si el porciento de sulfato en la ecuación anterior se excede, el clorosulfato de aluminio será tipo gel y difícil de manejar. El porcentaje óptimo de sulfato que deberá estar presente en un clorosulfato de polialuminio para efectividad pico como un floculante en el tratamiento de agua, variará de acuerdo con las características específicas del agua. Siempre que no exceda el porcentaje indicado por la ecuación anterior, la concentración de sulfato puede ajustarse para producir el producto óptimo para una aplicación determinada. En general, el porcentaje de sulfato en clorosulfato de aluminio básico, deberá estar entre cero y 8 % para dar clorosulfato de polialuminio de entre 0 y 6%. Formulaciones típicas se dan a continuación en los ejemplos 2, 3 y 4. III. Reacción de Cloruro o Clorosulfato Aluminio Básico con Aluminato de Sodio El cloruro de aluminio básico o clorssulfato de aluminio básico descritos anteriormente se reacciona con una solución de aluminato de sodio. Para reacciones en donde el producto tendrá una basicidad de 70% menos, se prefiere que pequeña cantidad de un compuesto de metal alcalino terreo (por ejemplo 0 a l % de carbonato de calcio) se agregue a la solución de cloruro de aluminio básico o cloro sulfato de aluminio básico para servir como un estabilizante antes de adición de aluminato de sodio. La falla en agregar el estabilizante puede provocar que soluciones de producto tengan una turbiedad ligera o formen pequeñas cantidades de precipitado. En general, entre menor sea la basicidad del producto, más conveniente es la adición del estabilizante. Para productos en donde la basicidad es mayor que 60%, el carbonato de calcio no mejorará substancialmente la estabilidad. Sin embargo, no afectará adversamente el producto y puede agregarse sí se desea. La cantidad de aluminato de sodio a combinarse con cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico dependerá de la basicidad deseada del punto final y puede determinarse de acuerdo con la siguiente ecuación, en donde todos los porcentajes se expresan como tales, sin dividirse por 100 (por ejemplo 15% se expresa como 15, no 0.15) : % BAC o % BACS (SAAxPAxPB - SAOHxlOOxPA - SAAxCCx33.98) (BBxBAxSAA/100 - BBxSAOH) en donde: BAC = cloruro de aluminio básico BACS = clorosulfato de aluminio básico SAA = porciento de A1203 en aluminato de sodio SAN = porciento de Na.O en aluminato de sodio SAOH = porciento de hidróxido en aluminato de sodio SAA + (SAN x 0.54865) PA = porcíento deseado de Al203 en cloruro de polialuminio o clorosulfato de aluminio.

PB = basicidad deseada en cloruro de polialuminio o clorosulfato de aluminio. CC = porciento deseado de CaC03 deseado en cloruro de políaluminio o clorosulfato de polialuminio. BB = basicidad porciento en cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico. BA porciento de A1203 en cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico. Similarmente, la cantidad de aluminato de sodio necesaria para dar la formulación adecuada puede determinarse al utilizar la siguiente ecuación: % aluminato de sodio = (PA x PB - B x BB x BA/100 - CC x 0.3398) /SAOH en donde B = porciento de cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico como se determina por la ecuación anterior. Deberá agregarse agua a la reacción en una cantidad que se determine por el porcentaje deseado final de Al2Oj . Por ejemplo, si el porcentaje de óxido de aluminio en los reactivos fue de 20% y se desea que el producto final tenga una concentración de óxido de aluminio de 10%, entonces la masa de agua agregada deberá ser igual a la masa total de los reactivos. A fin de reducir la cantidad de calor generado durante reacciones, se prefiere que se agregue agua fría al aluminato de sodio y que la solución resultante luego se mezcle con la solución que contiene cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico. La temperatura de la reacción debe mantenerse por debajo de 50°C y de preferencia por debajo de 40°C. Si se emplean temperaturas superiores a 50°C cuando se mezcla, especies no adecuadas para el tratamiento de aguas se formarán. Además, el producto tenderá a tener una vida en estante o en almacenamiento reducida. Un aspecto esencial de la reacción descrito anteriormente es que la solución de aluminato de sodio y la solución que contiene cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico, se combinen bajo condiciones de mezclado con alta cizalla. Mezclado con alta cizalla es un procedimiento que puede lograrse utilizando una amplia variedad de diferentes dispositivos. Por ejemplo, este mezclado puede lograrse utilizando una mezcladora u homogenizador (ver por ejemplo patente de los E.U.A. No. 5,149,400) con bombas centrífugas, o a través del uso de maquinaria que forza corrientes de solución juntas a altas presiones (ver por ejemplo patente de los E.U.A. No. 3,833,718). Matemáticamente, el mezclado con alta cizalla puede expresarse en términos de velocidad de cizalla fluida, que se define como gradiente de velocidad: dy = (velocidad periférica) metros/segundos (ft/sec) . dy (espacio de impulsor) metros (ft) y que tiene unidades de tiempo recíproco, es decir segundos ~ l (ver Oldshue, Fluid Mixing Technology (Tecnología de Mezclado de Fluidos), McGraw-Hill, página 24 (1983)). Gradientes de velocidad de 1000 segundos recíprocos o más, en general se considera que constituyen condiciones de mezclado con alta cizalla. Los medios preferidos de mezclado son a través del uso de una bomba centrífuga. Por ejemplo, una persona que practica la invención puede emplear una bomba centrífuga con diámetro de 5.1 cm (2") de 15 hp, con un impulsor de 25.4 cm (10") que gira a 1200 rpm (ver por ejemplo modelo 3196 elaborado por MTX por Goulds Pumps Inc., Séneca Falls New York). El gradiente de velocidad creado por esta bomba sería: dy * (52.4 ft/seg x (l2"/ft) = (1597 cm/seg) = 1676.8 seg'1 dy (.375 ") (0.9525 cm) Típicamente, el gasto de flujo de material a través de la bomba deberá de estar entre 189 y 946 litros (50 y 250 galones) por minuto. Entre más rápido circule la mezcla a través de la bomba, menos cizalla total experimentará la mezcla. De esta manera la cizalla total puede incrementarse al cerrar parcialmente una válvula del flujo, para reducir el gasto de flujo. También puede ser conveniente el incluir una o más bombas centrífugas adicionales para recircular la mezcla y agregar cizalla adicional al proceso. Por ejemplo, pueden generarse condiciones de alta cizalla utilizando una bomba centrífuga de 15 hp con diámetro de 5.1 cm (2") comercialmente disponible con un impulsor de 13.3 cm (51/4") que gira a 3500 rpm. Esto puede crear ?n gradiente de velocidad de más de 2500 segundos recíprocos, d (80.0, ft/seg x (l2"/ft) = (2438.4 cm/seg) = 2560 seg"1 dy (.375 ") (0.9525 cm) A manera de comparación, sí se fuera a producir un lote en un reactor convencional utilizando ?n buen agitador y el proceso descrito en la Patente de los E.U.A. No. 3,929,666, estaría presente muy poca cizalla. Por ejemplo, si consideramos los siguientes parámetros típicos: 3407 litros (900 galones) de material en un reactor convencional de 3785 litros (1000 galones) ; un aspa de mezclado con diámetro de 74.9 cm (29.5") un espacio entre aspa y deflector de 13.3 cm (5.25") y a una velocidad de rotor de 100 rpm, entonces la velocidad periférica del agitador sería 396.12 m/segundos (13 ft/seg) y el gradiente de velocidad es como sigue: ?_y = (13.0 ft/seg x (12" /ft) = (396.2 cm/seg) = 29.7 seg"1 dy (5.25 ") (13.3 cm) En general, se prefiere que las soluciones en el presente procedimiento se mezclen bajo gradientes de velocidad que son tan altos como sea prácticamente logrado, utilizando el equipo disponible y tomar en consideración la temperatura de reacción deseada. Para preparaciones en pequeña escala, el mezclado puede lograrse utilizando un mezclador u homogenizador. Para preparaciones a gran escala, puede lograrse mezclado con alta cizalla utilizando bombas centrífugas o con maquinaria de homogeneización en línea. El mezclado de soluciones bajo las condiciones descritas anteriormente es necesario para evitar formación de gel y resulta en una suspensión no viscosa. Se considera que efectos benéficos de mezclado con alta cizalla resultan por eliminación de heterogeneidades de concentración local creadas cuando la solución se combinan y a partir de la desintegración de partículas gelatinosas antes de coalescer. A diferencia de un gel, la suspensión formada en el presente procedimiento puede fácilmente calentarse, agitarse, bombearse o enfriarse. Cualquier tipo de aluminato de sodio comercialmente disponible es aceptable para utilizar en producir cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialuminio. En general, alumínatos de sodio de alta proporción molar, producen más sal sub-producto mientras que aluminatos de sodio de menor proporción molar pueden ser más difíciles de manejar. Se ha encontrado productos satisfactorios que puedan elaborarse utilizando aluminatos de sodio con proporciones molares, es decir Na20/Al203, de 1.15 a 2.0. Otros aluminatos de sodio híbridos también pueden emplearse. Silicato de sodio puede estar presente hasta 10% de Si02. Aluminato de potasio puede substituirse por cualquier porción del alumínato de sodio en una base molar equivalente. Utilizando el procedimiento discutido anteriormente, cloruros de polialuminio o clorosulfatos de polialumínío pueden elaborarse en concentraciones de 17% de óxido de aluminio o superiores. A concentraciones sobre 17%, el cloruro de sodio sub-producto puede retirarse por filtración. Reacciones típicas diseñadas para producir cloruros de polialuminio se dan a continuación en los Ejemplos 5 y 8 y dos formulaciones típicas empleadas en producir clorosulfatos de políaluminio se proporcionan en los Ejemplos 6 y 7. IV. Clarificación de Soluciones de Cloruro de Polialuminio o Clorosulfato de Polialuminio. La reacción entre aluminato de sodio y ya cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico, resulta en la formación de una suspensión no viscosa, lechosa. Opcionalmente en una segunda etapa del procedimiento, la solución puede calentarse hasta que se aclara lo lechoso. El tiempo necesario para lograr clarificación puede disminuirse al reducir la temperatura en la cual el cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico se reacciona con aluminato de sodio, disminuyendo la concentración de A1203 en el producto, o al incrementar la cantidad de cizalla durante mezclado. Un calentamiento demasiado rápido generará productos que se desempeñan eficientemente o que se vuelven inestables . De esta manera, el proceso de calentamiento deberá llevarse a cabo en una forma en donde la temperatura a través de la solución se incrementa gradualmente de manera más uniformemente posible. En general, productos con superior basicidad tardan más en aclararse que los productos con menor basicidad. Para basicidades mayores a 80%, típicamente será necesario calentar soluciones de producto hasta 85°C. Basicidades de 65 a 80% generalmente requieren temperaturas entre 30 y 80°C. V. Incrementar la Basicidad de Cloruros de Polialuminio o Clorosulfatos de Polialuminio Llevar a Cabo una Segunda Reacción con Alumínato de Sodio.

Opcionalmente, una segunda región puede llevarse a cabo utilizando aluminato de sodio para incrementar adicionalmente la basicidad de los productos. Si se encuentran problemas de procesamiento al intentar hacer productos de alta basicidad y/o alto contenido de sulfato, estos usualmente pueden evitarse al producir cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialumínío de basicidad de al menos 45%, utilizando el procedimiento anteriormente y luego agregar una solución de aluminato de sodio bajo condiciones de mezclado con alta cizalla. A fin de evitar formación de gel para productos con basicidades mayores a 70%, la temperatura de reacción deberá en general mantenerse sobre 60°C, aunque también es posible el evitar formación de gel al reducir la velocidad en la cual se agrega aluminato de sodio a la reacción e incrementar la fuerza de cizalla de mezclado. Para productos con una basicidad inferior a 70%, puede emplearse cualquier temperatura conveniente inferior a 75°C. Como con anterioridad, se basa la cantidad de aluminato agregado se determinará en la basicidad deseada del producto final y puede determinarse como se describe en la ecuación establecida anteriormente. El agua también puede incluirse en la reacción para ajustar la concentración final de A1303 se prefiere que se agregue agua a aluminato de sodio, antes de mezclarla con la solución que contiene cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialuminio. Después de esta reacción, la solución de producto deberá dejarse que repose por un período de tiempo suficiente para dejar que se aclare, típicamente menos de un día aproximadamente. Opcionalmente, puede aplicarse calor para reducir el tiempo necesario para aclarar la solución. Formulaciones típicas que demuestran la reacción, se dan en los ejemplos 9 y 10. La reacción con aluminato de sodio también puede emplearse para incrementar la basicidad de cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialuminio elaborados por procedimientos diferentes al procedimiento descrito en las secciones III y IV. De esta manera, cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialuminio producidos por cualquier procedimiento pueden servir como reactivos y mezclarse con aluminato de sodio bajo condiciones de alta cizalla. La reacción luego procederá exactamente en la misma forma como se discutió anteriormente. VT. Propiedades de Cloruros de Polialuminio y Clorosulfatos de Políaluminio elaborados por los Presentes Métodos. Las preparaciones de cloruro de polialuminio y clorosulfato de polialuminio elaboradas por los presentes métodos tienen varias características no usuales que los separan de otros productos similares. Primero, pueden producirse clorosulfatos de políaluminio que son únicos en términos de su basicidad, mayor a 75.3%. Además, es posible producir preparaciones de clorosulfatos de polialuminio con una basicídad mayor a 70%, que no contienen carbonato de calcio u otros alcalino térreos. Aunque los métodos descritos para producir clorosulfatos de polialuminio con mayor a 70% de basicidad, en ocasiones incluye la adición de carbonato de calcio, esto es totalmente opcional y puede producirse un producto final en su ausencia que es estable y adecuado para tratamiento de aguas. Además, los cloruros de aluminio y clorosulfatos de polialuminio de alta basicidad elaborados por los métodos descritos, contienen en su estado concentrado, especies poliméricas no presentes en preparaciones similares. Específicamente, preparaciones de cloruro de polialuminio con 8% de óxido de aluminio o mayor y que tiene una basicidad de aproximadamente de 8% o mayor contienen A11304 (0H)24 (H20)12 + 7C1 , Como se discute en el Ejemplo 12, Al13 puede detectarse en productos de alta basicidad por RMN. Similarmente, preparaciones de clorosulfato de polialuminio con óxido de aluminio al 8% o mayor contienen A11304 (OH) 24 (H_0) 12 + 5C1 + SO, . Especies poliméricas contienen Al13 se consideran aquellas que son más eficientes para precipitar impurezas del agua. Aunque estas especies están presentes en soluciones diluidas, no se han íeportado previamente en preparaciones concentradas, ya sea de cloruros de polialuminio o clorosulfatos de polialuminio. VII. Uso de Cloruros de Polialuminio y Clorosulfatos de Polialuminio Producidos por el Presente Procedimiento Los cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialuminio elaborados por los métodos discutidos anteriormente son efectivos para retirar impurezas de agua. Como se discute en el Ejemplo 13, estos productos superan en desempeño consistentemente a productos similares elaborados por otros procedimientos. Los productos pueden almacenarse por largos períodos de tiempo sin perder su efectividad, embarcarse a plantas de tratamiento de aguas y luego utilizarse ya sea directamente o después de dilución. Además, se ha descubierto que los productos de cloruro de polialuminio y clorosulfato de polialuminio de la presente invención pueden emplearse en conjunto con otros coagulantes comercialmente disponibles para mejorar el desempeño total. Específicamente, los cloruros de polialuminio o clorosulfatos de polialuminio pueden emplearse juntos con cloruro férrico, sulfato férrico, sulfato ferroso, sulfato de aluminio, cloruro de aluminio, epiaminas o cloruros de amonio cuaternarios.

Los cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialuminio pueden mezclarse con los coagulantes anteriormente anotados y mantienen efectividad y estabilidad por un período de al menos un mes. Aunque los polímeros orgánicos pueden mezclarse en cualquier proporción, las sales inorgánicas solo pueden mezclarse con hasta 25% en peso de cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialuminio o alternativamente con más de 75% en peso de cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialuminío. La adición de cloruros de polialuminio o clorosulfatos de polialuminio a coagulantes tales como aquellos anteriormente anotados incrementa el tamaño de partículas de flóculos formados durante la coagulación. La adición ahora puede permitir que la dosis de coagulante necesaria para lograr un nivel deseado de coagulación sea reducida (ver Ejemplo 14) reduciendo de esta manera la extensión a la cual el pH se abate y disminuyendo la cantidad de fango de coagulante formado durante el procedimiento. Los ejemplos a continuación son con propósitos ilustrativos solamente y no se pretende que limiten el alcance de la invención. Ejemplos Ejemplo l: Producción de Cloruro de Aluminio Básico (Primer Ejemplo) 10,762 kg de torta filtro húmeda (59% de Al.OJ se mezcla con 34,599 kg de ácido clorhídrico (31.5%) y la mezcla se deja que reaccione por 20 horas a 115°C. Esto produce 45,081 kg de cloruro de aluminio básico (13.6% de A1303, 20.6% básico). El cloruro de aluminio básico producido por la reacción puede emplearse en las etapas subsecuentes del procedimiento para producir cloruro de polialuminio con 10.5% de A1203, y 83% de basicídad. Ejemplo 2: Producción de Clorosulfato de Aluminio Básico (Primer Ejemplo) 10,762 kg de torta filtro húmeda (50% de Al2OJ , se mezcla con 27,433 kg de ácido clorhídrico (31.5%) 2,377 kg de ácido sulfúrico (93.5%) y 2,972 kg de agua. La reacción se continua por 12 horas a 115°C para producir 44,941 kg de clorosulfato de aluminio básico (13.4% A1203, 18.0% básico, 4.9% SOJ . Esta formulación de clorosulfato de aluminio básico puede emplearse en las etapas de reacción subsecuentes del procedimiento para producir clorosulfato de polialuminio con 10.5% con A1203, y 2.9% de S04 y 50% de basicidad. Ejemplo 3: Producción de Clorosulfato de Aluminio Básico (Segundo Ejemplo) 10,762 kg de torta filtro húmeda (59% de Al203) se mezcla con 30,449 kg de ácido clorhídrico (31.5%), 1,843 kg de ácido sulfúrico (93.5%) y 2,303 kg de agua. La reacción se lleva a cabo por 12 horas a 115°C para producir 44.941 kg de clorosulfato de aluminio básico que es 13.4% de A1203, 18.0% básico, 3.8% de S04. La formulación puede emplearse para producir clorosulfato de polialuminio de 10.5% de A1203, y 1.7% de S04 y 70% de basicidad. Ejemplo 4: Producción de Clorosulfato de Aluminio Básico (Tercer Ejemplo) 10,762 kg de torta filtro húmeda (59% de Als03) se mezcla con 34,057 kg de ácido clorhídrico (31.5%), 243 kg de ácido sulfúrico (93.5%) y 297 kg de agua. La reacción se lleva a cabo por 12 horas a 115°C para producir 44,941 kg de clorosulfato de aluminio básico que es 13.4% de A1203, 18.0% básico, 0.5% de S04. Esta formulación puede emplearse para producir clsrosulfato de polialuminio de 10.5% de A1203, 80% basicidad, y 0.2 % de S04. En forma alterna, puede elaborarse un producto que es 10.5% de A1203, 50% básico, y 0.3% de SO, . Ejemplo 5: Reacción de Aluminato de Sodio con Cloruro de Aluminio Básico 7,598 kg de aluminato de sodio (25.5% de A1203, .0% Na20, 1,29 de proporción molar) se mezcla con 24.164 kg de agua y luego combina bajo condiciones de mezclado con alta cizalla con 45,081 kg de cloruro de aluminio básico (13.6% de óxido de aluminio, 20.6% básico) . La temperatura durante la reacción se mantiene inferior a 40°C. La reacción resulta en la formación de 76,843 kg de cloruro de polialuminio (10.5% A1203, 51% básico). Ejemplo 6: Reacción de Aluminato de Sodio con Clorosulfato de Aluminio Básico 44,941 kg de clorosulfato de aluminio básico (13.4% de A1203, 18.0% básico, 4.9% de SOJ se mezcla con 285 kg de carbonato de calcio, 7,751 kg de aluminato de sodio (25.5% de A1203, 20.0% de Na.O, 1.29 de proporción molar) se mezcla separadamente con 24,164 kg de agua. La solución diluida de aluminato de sodio se mezcla bajo condiciones de alta cizalla con la solución de carbonato de calcio/clorosulfato de aluminio básico para formar 76,089 kg de slorosulfato de polialuminio (10.5% de A1203, 50% básico 2.9% de SOJ . La temperatura de reacción se mantiene por debajo de 40°C. Ejemplo 7: Reacción de Aluminato de Sodio con Clorosulfato de Aluminio Básico (Segundo Ejemplo) 44,941 kg de clorosulfato de aluminio básico (13.4 % de A1203, 18.0% básico, 3.8% de sulfato) se combina con 362 de carbonato de calcio. Separadamente 16,155 kg de aluminato de sodio (25.5% de A1203, 20.0% de óxido de sodio, 1.29 en proporción molar) se combina con 35,288 kg de agua.

La solución de aluminato de sodio diluida luego se combina bajo condiciones de mezclado con alta cizalla con la solución de carbonato de calcio/clorosulfato de aluminio básico para formar 96,586 kg de clorosulfato de polialuminío (10.5% de Al_03, 79% básico, 1.7% de SO,). Ejemplo 8: Reacción de Aluminato de Sodio con Cloruro de Aluminio Básico 45,081 kg de cloruro de aluminio básico elaborado de acuerdo con el Ejemplo l, se mezclan con 9,465 kg de solución de aluminato de sodio (25.5% de A1203, 19.7% de Na.O, 1.27 proporción molar) y 2,824 kg de agua a través de una bomba de mezclado con alta cizalla a 30°C. La solución se calienta gradualmente al reciclar material a través de un termointercambiador. Después de que la mezcla alcanza una temperatura de 65°C, adquiere la apariencia de una solución transparente. En este punto, 13,428 kg de solución de aluminato de sodio (25.5% de A1203, 19.7% de Na.O, 1.27 de proporción molar) se agrega lentamente a la mezcla proporcionalmente junto con 4,006 kg de agua. El mezclado de nuevo se lleva a cabo utilizando la bomba de mezclado de alta cizalla y la adición se lleva a cabo durante un período aproximado de dos horas. Durante este tiempo, la solución también se calienta gradualmente a 80°C. Esta temperatura luego se mantiene por una hora adicional para dar una solución clara que contiene 74,801 kg de cloruro de polialuminio (16% de Al203, 783% basicidad) .

Ejemplo 9: Reaccionar Cloruro de Polialuminio con Aluminato de Sodio El procedimiento descrito anteriormente se emplea para producir cloruro de polialuminio (10.5 % de A1203, 51% de básico) que servirá como reactivo. 17,394 de aluminato de sodio (25.5 % de A1203, 20% de Na.O, 1.29 de proporción molar) se combina con 24,848 de agua y la solución así formada se combina bajo condiciones de mezclado con alta cizalla con 76,843 kg del reactivo cloruro de polialuminio para formar 119,085 kg de producto cloruro de polialuminio (10.5% de óxido de aluminio, 90% básico). Después que la solución de productos de cloro de polialuminio básico se ha formado, puede aclararse al llevar gradualmente su temperatura a aproximadamente 95°C. Ejemplo 10: Reaccionar Cloruro de Polialuminio con Aluminato de Sodio Utilizando los procedimientos descritos anteriormente, se elabora clorosulfato de polialuminio (10.5% de A1203, 51% básico, 0.3% de SOJ de manera tal que servirá como reactivo, 14,940 kg de aluminato de sodio (25.5% de A1203, 20% de Na20, 1.29 de proporción molar) se combina con 21,344 kg de agua. La solución de aluminato de sodio luego se combina con 76,233 kg de reactivo clorosulfato de polialuminio básico bajo condiciones de mezclado con alta cizalla para producir 112,517 kg de producto clorosulfato de polialuminio (10.5% de A1203, 88% básico, 0.2% de SOJ . La solución de producto se aclara al incrementar gradualmente su temperatura, por ejemplo durante un período aproximado de 30 minutos. Ejemplo ll: Ejemplo Detallado del Procedimiento para Producir Clorosulfato de Polialuminio 15,903 kg de ácido clorhídrico, 1,352 kg de agua y 1,761 kg de ácido sulfúrico al 93.5%, se agregan a un reactor de acero revestido con hule, forrado con ladrillos, con capacidad de 37,850 litros (10,000 galones) equipado con agitador y depurador de vapores . Mientras que la solución se agita, 9,869 kg de torta filtro de óxido de aluminio (59% de A1.0J se agregan de manera tal que se mantiene un fango. La mezcla se recicla a través de un termointercambiador para elevar su temperatura a 60°C. Aunque la aplicación de calor externo se detiene en este punto, la reacción isotérmica que forma clorosulfato de aluminio continua para elevar la temperatura del lote. Adicionales 15,903 kg de ácido clorhídrico al 31.5% luego se agregan al lote de manera tal que la temperatura no exceda 90°C o caiga por debajo de 60°C. Si se deja que la temperatura exceda 90°C en este momento, hay riesgo de que el lote se separe por la evaporación del reactor. Si la temperatura cae por debajo de 60°C, el lote puede requerir calentamiento adicional para continuar la reacción.

En algún punto durante la adición de ácido clorhídrico, la temperatura del lote empieza a reducir. Esto ocurre debido a que la reacción endotérmica de clorosulfato de aluminio con óxido de aluminio trihidratado que forma cloruro de aluminio básico o clorosulfato de aluminio básico empieza a absorber calor del reactor. Una vez que esto ocurre, la operación del termointercambiador se reanuda a fin de mantener la temperatura del lote justo por debajo de ebullición, 115°C. El reactor se mantiene a esta temperatura por 8 horas para producir clorosulfato de aluminio básico que tiene el siguiente análisis: 12.5% de A1203; 3.6% de S04; 1.0% de OH; 8.0% basicidad; 21.8% de cloruro. La solución de clorosulfato de aluminio básico se enfría por el termointercambiador hasta que la temperatura alcanza 30°C. En este punto, 364 kg de carbonato de calcio se agregan al reactor. El óxido de aluminio trihidratado sin reaccionar se deja que sedimente al fondo del reactor por aproximadamente una hora. Al final de este tiempo, la solución decantada se bombea a un tanque de retención. Una solución de aluminato de sodio al 41% se inyecta a una velocidad aproximada de 9.8 litros (2.6 galones) por minuto a una tubería que contiene agua que circula a una velocidad aproximada de 33.7 litros (8.9 galones) por minuto. Esta mezcla luego se inyecta a una tubería que recircula el clorosulfato de aluminio básico a un gasto de flujo de aproximadamente 1,060 litros (280 galones) por minuto. La mezcla combinada luego se cizalla inmediatamente al bombearla a través de una bomba centrífuga de 20 hp con diámetro de 15.3 cm (6") con un impulsor de 15.4 cm (6 1/16") que gira a 3,500 rpm. Después de dejar la bomba, la mezcla circula a través de un termointercambiador de enfriamiento y luego de regreso al tanque. Cuando se completa el procedimiento, lo siguiente se ha agregado al tanque de retención: 44,788 kg de clorosulfato de aluminio básico; 17,755 kg de aluminato de sodio al 41% (25.9% de A1203, 20.2% de Na.O) ; y 34,368 kg de agua. El procedimiento anterior da por resultado una suspensión blanca lechosa no viscosa, que gradualmente se aclara en un día. El producto producido es clorosulfato de polialuminio que es 79% básico y que tiene 10.5% de A1203 y 1.7% de SO,. Ejemplo 12: Análisis de RMN de Preparaciones de Cloruro de Polialuminio y Clorosulfato de Polialuminio Espectros RMN se obtuvieron para preparaciones elaboradas por los métodos descritos anteriormente y compararon con los espectros para productos similares, comercialmente disponibles. Los resultados sugieren que conforme se incrementa la basicidad de los productos, el protón Al se desplaza hacia arriba en frecuencia. Por ejemplo, cloruro de aluminio básico elaborado de acuerdo con el procedimiento descrito en el ejemplo 3 (13.4% de Al20j, 18.0% básico, 3.8% de SOJ se encuentra que tiene su pico 0.93 ppm (Figura 3) mientras que el clorosulfato de polialuminio elaborado de acuerdo con el Ejemplo 6 anterior (50% básico) tiene su pico en 0.193 (Figura 2). Clorosulfato de polialuminio elaborado de acuerdo con el procedimiento descrito en la patente de los E.U.A. No. 3,929,666 (10.5% de A1203, 2.8% de S04 , 50% básico) dio un espectro (Figura l) que parece ser esencialmente idéntico al espectro del producto elaborado de acuerdo con el Ejemplo 6 anterior (clorosulfato de polialuminio: 10.5% de A1203, 80% básico, 0.2% de SOJ. Sin embargo, el espectro para el producto del Ejemplo 6 difiere significativamente de otros dos productos que tienen similares basicidades y contenidos de sulfato. Específicamente, clorosulfato de aluminio Stern-PAC, tiene su pico en 0.488 ppm (Figura 4) y clorosulfato de polialumínio Westwood 700S tiene su pico en 0.477 ppm (Figura 5) . Cuando se examinaron las preparaciones de alta basicidad, resultados dramáticamente alterados se observaron. Espectros RMN para el producto del Ejemplo 9 (cloruro de polialuminio: 10.5% de óxido de aluminio, 83% básico) y para el producto del Ejemplo 10 (clorosulfato de pollaluminio: 10.5% de A1303, 80% básico 0.2% de SOJ se ilustra en las Figuras 6 y 7, respectivamente. Esos espectros muestran un pico transparente a aproximadamente 63 ppm, indicando la presencia de una especie polimérica de Al13 que no está presente en cualquiera de los productos de basicídad inferior, y que tampoco está presente en clorohidrato de aluminio comercialmente disponible (Summit Chemical Co.), Figura 8. De esta manera, preparaciones concentradas de cloruro de polialuminio y clorosulfato de polialuminío elaboradas por el presente procedimiento contienen las especies de aluminio específicas que se consideran las más eficientes a retirar impurezas del agua. Aunque se considera que estas especies se forman en soluciones diluidas, no se han encontrado en soluciones estables concentradas (mayores a 8% de A120J ya sea de cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialuminio. Ejemplo 13: Comparación de Floculantes Cloruros de polialuminio y clorosulfatos de polialuminio elaborados por los métodos aquí descritos, se examinaron por su capacidad para servir como agentes de purificación de agua y compararon con preparaciones comercialmente disponibles. Se llevaron a cabo experimentos utilizando agua de 4 ríos diferentes y un lago. Evaluaciones de prueba con tarro, se efectuaron utilizando el método de prueba comúnmente empleado por la municipalidad de la cual se recolecta el agua. Se realizaron pruebas utilizando 1000 ml de agua en crudo en un agitador Phipps & Bird con productos probados a dosificaciones de óxido de aluminio iguales. Después de realizar el procedimiento dictado por la municipalidad apropiada, se evaluaron sobrenadantes por turbídez utilizando un turbidímetro Hach. Los resultados de turbidez se ilustra en la Tabla 1. La abreviación "PAC" en la tabla representa cloruro de polialuminio y "PACS" representa clorosulfato de polialuminio. Los porcentajes se refieren a la basicídad porcentual y los floculantes preparados de acuerdo con la presente descripción se identifican por los ejemplos específicos que describen su método de preparación. Un examen de los resultados ilustrados en la tabla, indica que los productos elaborados de acuerdo con los métodos descritos aquí son eficaces a agentes purificadores de agua. Superan en desempeño los productos competitivos probados con toda muestra de agua examinada. Tabla # 1: Estudio de Turbide2 Río1 Río2 Río1 Monongahela Potomac Swimming Agua en Bruto 5.7 25 2.99 Tabla # 1: Estudio de Turbidez (cont.) RÍO1 Río2 RÍO3 Monongahela Potomac Swimming 50% PACS (Ejemplo 6) 1.2 1.86 70% PACS (Ejemplo 7) 0.2 4.4 0.86 83% PAC (Ejemplo 9) 80% PAC (Ejemplo 10) Stern-PAC 1.1 Ultra-Floc 7.6 Westwood 700S 2.05 Clorhidrato de Aluminio Tabla # 1: Estudio de Turbidez (cont.) Río* Lago Pelaware Erie5 Agua en Bruto 1.9 0.96 50% PACS (Ejemplo 6) 70% PACS (Ejemplo 7) 0.39 Tabla # l: Estudio de Turbidez (cont.) Río4 Lago Delaware Eries 83% PAC (Ejemplo 9} 0.86 0.36 80% PAC (Ejemplo 10) 0.13 0.31 Stern-PAC 0.42 Ultra-Floc Westwood 700S Clorhidrato de Aluminio 1.39 Estudio de Río1 Monongahela: 3.1 ppm de A1_03 por cada floculante; pH = 6.9; procedimiento: mezclado rápido por un minuto a 100 rpm, mezclado floculado por 5 minutos a 60 rpm, mezclado floculado por minutos a 40 rpm, mezclado floculado por 5 minutos a 20 rpm. Estudio de Río2 Potomac: 5 ppm de A1203 por cada floculante; pH = 7.8; procedimiento: mezclado rápido por 30 segundos a 100 rpm, mezclado floculado por 2 minutos a 50 rpm, mezclado floculado por 2 minutos a 20 rpm, se deja sedimentar 5 minutos . Estudio de Río3 Swim ing: 1.4 ppm de A1203 por cada floculante; pH = 6.9; procedimiento: mezclado rápido por 15 segundos a 100 rpm, mezclado floculado por 20 minutos a 20 rpm. Estudio de Río4 Delaware: 2.2 ppm de A1203 por cada floculante; pH = 6.8; procedimiento: mezclado rápido por un minuto a 100 rpm, mezclado floculado por 30 segundos a 5 rpm. Estudio de Lago Erie5 : 2 ppm de A1_0 por cada floculante; pH = 8.0; procedimiento: mezclado rápido por un minuto a 100 rpm, mezclado floculado por 10 minutos a 30 rpm, se deja sedimentar por 10 minutos. Ejemplo 14: Coagulación utilizando Clorosulfato de Aluminio Mezclado/Sulfato de Aluminio 15 gramos del producto del Ejemplo 7 se mezclan con 85 gramos de sulfato de aluminio líquido (8% de óxido de aluminio) y 5 gramos de agua. El producto resultante se probó en tarro por su efectividad como coagulante y los resultados se compararon con la coagulación realizada con sulfato de aluminio solo (8% de óxido de aluminio) . Se encontró que el producto mezclado solo requiere aproximadamente 50% de la dosis de sulfato de aluminio para lograr la misma turbidez que cuando se empleó el sulfato de aluminio solo. Ejemplo 15: Producción de Cloruro de Aluminio Básico (Segundo Ejemplo) 2,557 kg de torta filtro húmeda (61% de A1_0J se mezcla con 8,549 kg de ácido clorhídrico (32.7%), 160 de ácido fosfórico (83.8%) y 1,731 kg de agua. La mezcla se deja que reaccione por 8 horas a una temperatura de 110°C. Esto produce 12,793 kg de cloruro de aluminio básico (11.0% de A1203, 9.8 básico). El cloruro de aluminio básico de esta manera producido puede emplearse en etapas subsecuentes del procedimiento aquí descrito para producir cloruro de polialuminio de 12.0% de A1203 y 33% de basicidad. Todas las referencias aquí citadas se incorporan completamente por referencia. Habiendo ahora descrito la invención, se comprenderá por aquéllos con destreza en la especialidad que la invención puede realizarse dentro de una gama amplia y equivalente de condiciones, parámetros y semejantes, sin afectar el espíritu o alcance de la invención o cualquier modalidad de la misma.

Claims (40)

1. REIVINDICACIONES 1. - Procedimiento para producir cloruro de polialuminio, que comprende: a) mezclar una primer solución que comprende aluminato de sodio, una segunda solución que comprende cloruro de aluminio básico para producir una suspensión lechosa, en donde: i) el mezclado se lleva a cabo bajo condiciones de cizalla suficientemente elevadas para evitar formación de gel; ii) la temperatura de la mezcla se mantiene inferior a 50°C, y b) obtener una solución de producto clara que comprende cloruro de polialuminio.
2. 2. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación l, en donde la solución de producto claro de la etapa (b) se obtiene al incrementar gradualmente la temperatura de la suspensión producida en la etapa (a) , hasta que se obtiene una solución de producto claro que comprende el cloruro de polialuminío.
3. 3. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, en donde la solución de producto claro de la etapa (b) se obtiene al permitir que la suspensión producida en la etapa (a) aclare sin aplicar calor adicional .
4. 4. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación l, en donde la temperatura de la mezcla en la etapa (a) se mantiene a o por debajo de 40°C.
5. 5. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, en donde el mezclado se lleva a cabo en la presencia de un gradiente de velocidad inferior a 1000 segundos recíprocos.
6. 6.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, en donde la segunda solución que comprende cloruro de aluminio básico se elabora al reaccionar una fuente de óxido de aluminio trihidratado con ácido clorhídrico o una combinación de ácido clorhídrico y ácido fosfórico.
7. 7.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 3 , en donde el carbonato de calcio se agrega a la segunda solución que comprende cloruro de aluminio básico antes de mezclar con la primer solución que consiste de aluminato de sodio.
8. 8. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, en donde además comprende: c) mezclar una tercer solución que comprende aluminato de sodio con el cloruro de políaluminio de la etapa (b) , para producir una segunda suspensión lechosa, en donde el mezclado se lleva a cabo bajo condiciones de cizalla suficientemente elevada para evitar formación de gel; y (d) obtener una segunda solución de producto clara a partir de la segunda suspensión lechosa.
9. 9.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 8, en donde la segunda solución de producto claro de la etapa (d) , se obtiene al incrementar gradualmente la temperatura de la segunda suspensión lechosa producida en la etapa (c) , hasta que una solución de producto claro que comprende el cloruro de polialuminio se obtiene.
10. 10.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 8, en donde la segunda solución de producto clara de la etapa (d) se obtiene al dejar que la suspensión producida en la etapa (a) se aclare sin aplicar calor adicional .
11. 11.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 8, en donde la temperatura de la mezcla en la etapa (a) se mantiene a o por debajo a 40°C.
12. 12. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 8, en donde el mezclado en la etapa (a) y el mezclado en la etapa (c) se llevan a cabo en la presencia de un gradiente de velocidad de al menos 1000 segundos recíprocos.
13. 13.- El producto elaborado por el procedimiento de la reivindicación 1.
14. 14.- Procedimiento para producir clorosulfato de polialuminio, que comprende: a) mezclar una primer solución que comprende aluminats de sodio, una segunda solución que comprende clorosulfato de aluminio básico, en donde: i) el mezclado se lleva a cabo bajo condiciones de cizalla suficientemente elevada para evitar formación de gel; ii) la temperatura de la mezcla se mantiene inferior a 50°C, y b) obtener una solución de producto claro que comprende el clorosulfato de polialuminio.
15. 15. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 14, en donde la solución de producto claro de la etapa (b) se obtiene al incrementar gradualmente la temperatura de la suspensión producida en la etapa (a) hasta que se obtiene una solución de producto claro que comprende el clorosulfato de polialuminio.
16. 16. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 14, en donde la solución de producto claro de la etapa (b) se obtiene al permitir que la suspensión producida en la etapa (a) se aclare sin aplicar calor adicional .
17. 17.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 14, en donde la temperatura de la mezcla en la etapa (a) se mantiene a o por debajo de 40°C.
18. 18.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 14, en donde la mezcla se lleva a cabo en la presencia de un gradiente de velocidad de al menos a 1000 segundos recíprocos.
19. 19. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 14, en donde la segunda solución que comprende clorosulfato de aluminio básico se elabora al reaccionar una fuente de óxido de aluminio trihidratado con ácido clorhídrico y ácido sulfúrico.
20. 20.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 14, en donde el carbonato de calcio se agrega a la segunda solución que comprende clorosulfato de aluminio básico antes de mezclar con la primer solución que comprende aluminato de sodio.
21. 21.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 14, en donde además comprende: c) mezclar una tercer solución que comprende aluminato de sodio con el clorosulfato de polialuminio de la etapa (b) , para producir una segunda suspensión lechosa en donde el mezclado se lleva a cabo bajo condiciones de cizalla suficientemente elevada para evitar formación de gel; y (d) obtener una segunda solución de producto claro de la segunda suspensión lechosa.
22. 22.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 21, en donde la segunda solución de producto claro de la etapa (d) se obtiene al incrementar gradualmente la temperatura de la segunda suspensión lechosa producida en la etapa (c) , hasta que una solución de producto claro que comprende el clorosulfato de políaluminio se obtiene.
23. 23.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 21, en donde la segunda solución de producto claro de la etapa (d) se obtiene al permitir que la suspensión producida en la etapa (a) se aclare sin aplicar calor adicional.
24. 24. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 21, en donde la temperatura de la mezcla en la etapa (a) se mantiene a o por debajo a 40°C.
25. 25. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 21, en donde el mezclado en la etapa (a) y el mezclado en la etapa (c) , se llevan a cabo en la presencia de un gradiente de velocidad de al menos 1000 segundos recíprocos.
26. 26.- El producto elaborado por el procedimiento de la reivindicación 14.
27. 27.- Un proceso para incrementar la basicidad de un cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialuminio, que comprende: a) mezclar una primer solución que comprende aluminato de sodio con una segunda solución que comprende el cloruro de polialuminio o el clorosulfato de polialumínio para producir una suspensión lechosa, en donde el mezclado se lleva a cabo bajo condiciones de cizalla suficientemente elevada para evitar formación de gel; b) obtener una solución de producto claro que comprende el cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialuminio de basicidad incrementada.
28. 28.- El proceso de conformidad con la reivindicación 27, en donde la solución de producto clara de la etapa (b) se obtiene al incrementar gradualmente la temperatura de la suspensión producida en la etapa (a) , hasta que se obtiene una solución de producto claro que comprende cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialuminio con basicidad incrementada.
29. 29.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 27, en donde la solución de producto claro de la etapa (b) se obtiene al permitir que la suspensión producida en la etapa (a) se aclare sin aplicar calor adicional .
30. 30.- Una composición que comprende clorosulfato de polialuminio, en donde el clorosulfato de polialuminio tiene una basicidad mayor a 75.3%.
31. 31.- La composición de conformidad con la reivindicación 30, en donde el clorosulfato de polialuminio tiene una basicidad de aproximadamente 80% o mayor.
32. 32.- Una composición que comprende clorosulfato de polialuminio, en donde el clorosulfato de polialuminio tiene Una basicidad de aproximadamente 70% mayor y en donde la composición no contiene carbonato de calcio.
33. 33.- La composición de conformidad con la reivindicación 32, en donde la composición no contiene un alcalino t rreo.
34. 34.- Una composición que comprende cloruro de polialuminío, en donde el cloruro de polialuminio es aproximadamente 80% básico o mayor y en donde la composición es: a) está a una concentración aproximada de 8% de A1203 o mayor; y b) contiene Al13 detectable por RMN.
35. 35.- Una composición que comprende clorosulfato de polialumínio, en donde el clorosulfato de polialuminio es aproximadamente 80% básico o mayor y en donde la composición es: a) está a una concentración aproximada de 8% de A1203 o mayor; y b) contiene Al13 detectable por RMN.
36. 36.- Procedimiento para producir una composición coagulante útil para retirar impurezas de agua, que comprende: mezclar un cloruro de polialuminio o un clorosulfato de polialuminio con una sal orgánica o inorgánica, para producir la composición coagulante y en donde el cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialuminio se mezcla en una cantidad tal que su concentración en la composición coagulante es menor que aproximadamente 25% en peso o más que aproximadamente 75% en peso.
37. 37.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 36, en donde la sal orgánica o inorgánica se elige del grupo que consiste de: cloruro férrico, sulfato férrico, sulfato ferroso, sulfato de aluminio, cloruro de aluminio y cloruros de amonio cuaternarios.
38. 38.- Una composición útil como coagulante en procesos de purificación de agua, que comprende: a) una sal orgánica o inorgánica; y b) un cloruro de polialuminio o clorosulfato de polialuminío presente en la composición a una concentración ya sea de aproximadamente 25% en peso o menos o aproximadamente 75% en peso o más.
39. 39.- Una composición de conformidad con la reivindicación 36, en donde la sal orgánica o inorgánica se elige del grupo que consiste de: cloruro férrico, sulfato férrico, sulfato ferroso, sulfato de aluminio, cloruro de aluminio y cloruros de amonio cuaternarios.
40. 40.- Un procedimiento para retirar impurezas de agua, que comprende: a) mezclar la composición de la reivindicación 37 o 38 con agua que contiene impurezas; b) permitir que la mezcla formada en la etapa (a) se flocule; y c) retirar el floculante formado en la etapa (b) para producir agua, en donde la concentración de las impurezas se ha reducido.