一種利用結晶氯化鋁制取氧化鋁的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用結晶氯化鋁制取高純氧化鋁的方法，所述結晶氯化鋁為粉煤灰酸法生產氧化鋁過程中的結晶氯化鋁；所述方法包括：利用部分所述結晶氯化鋁配置飽和AlCl3的HCl溶液，對部分的結晶氯化鋁進行提純得到一次提純氯化鋁晶體，然后利用濃鹽酸對一次提純氯化鋁晶體進行二次提純，然后將得到的氯化鋁煅燒、粉碎，得到氧化鋁；本發(fā)明的方法消耗小部分待提純的氯化鋁而提純大部分氯化鋁，節(jié)省成本，并且提純后的溶液可以循環(huán)利用；另外，利用兩次純化過程對晶體經行除雜，提高了氯化鋁晶體的純度、且晶體顆粒大，煅燒后得到砂狀氧化鋁，其產品純度大于99.9%。
【專利說明】一種利用結晶氯化鋁制取氧化鋁的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高純(純度大于99.9%)氧化鋁的制備方法，具體涉及以粉煤灰酸法提鋁工藝中的中間產品結晶氯化鋁為原料來制備高純氧化鋁的方法。
【背景技術】
[0002]高純氧化鋁主要廣泛應用于陶瓷、耐火材料、航空航天、催化劑載體等諸多的領域。目前，高純氧化鋁的制備方法主要有硫酸鋁銨熱解法、碳酸鋁銨熱解法、噴霧熱解法、溶膠凝膠法等。
[0003]硫酸鋁銨熱解法是向硫酸鋁溶液中加入硫酸銨使之反應得到銨明礬，再經過多次的重結晶得到純度較高的銨明礬，最后煅燒銨明礬獲得氧化鋁產品。該方法工藝簡單、成本也低，但其生產周期長、分解過程中產生的氨氣、二氧化硫等對環(huán)境造成一定的污染。碳酸鋁銨熱解法是在硫酸鋁銨熱解法的基礎上，向硫酸鋁銨溶液中加入碳酸氫銨使之反應生成碳酸鋁銨，煅燒碳酸鋁銨得到高純氧化鋁。該方法克服了硫酸鋁銨熱解過程中產生二氧化硫的問題。
[0004]噴霧熱解法是一種將金屬鹽溶液噴入低壓高溫氣氛中，使溶液蒸發(fā)及金屬鹽的熱分解，從而直接得到粒度均勻、分散性能良好的高純氧化鋁粉體。目前資料報道只能以硫酸鋁銨、硝酸鋁溶液為原料，無法直接以氯化鋁為原料來制取高純氧化鋁。除此之外，該方法對設備的要求較高，控制條件較為復雜，需要考慮前驅體溶液的濃度、流量、溫度、氣體流速、噴嘴位置等，因此工 業(yè)化應 用受到一定的限制。
[0005]溶膠凝膠法是利用高純度的金屬鹽溶液與高純度的氨水在一定條件下水解生成透明的膠體，經干燥、煅燒后獲得尺寸均勻的氧化鋁粉體。該方法生產成本較高且過程較為復雜，難以實現(xiàn)大規(guī)模的生產。
[0006]中國專利申請CN02113354.9以氯化鈉、氯化鋁、以及氟化鈉等為原料，在還原劑存在的條件下，在多種堿金屬存在的熔融鹽溶液中加入較純的氧化鋁和氯氣直接反應，在制取過程中產生的氣體經分段、凝結、回收后在不同的溫度段將不同的雜質除去，從而制得高純的無水氯化鋁。雖然該方法在技術上是可行的，但是由于生產過程會產生有害氣體，需要用堿液吸收，存在無法循環(huán)利用的問題。
[0007]粉煤灰酸法提鋁工藝中，粉煤灰經過磁選除鐵、酸溶、深度除鐵、除鈣、鎂、蒸發(fā)結晶，得到中間產品結晶氯化鋁，煅燒最后得到氧化鋁。相關過程可以參考專利申請ZL201110103721.1和ZL201110103861.9等。然而由于蒸發(fā)過程的濃縮作用，使得已經除雜的溶液中雜質濃度不斷的升高，難以直接制備出附加值更高的高純氧化鋁。

【發(fā)明內容】

[0008]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用結晶氯化鋁制取氧化鋁的方法，以粉煤灰酸法提鋁工藝中的中間產品結晶氯化鋁為原料來制備高純的氯化鋁晶體，進而獲取高純氧化鋁粉體。[0009]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0010]一種利用結晶氯化鋁制取高純氧化鋁的方法，所述方法包括:
[0011]1)取第一部分結晶氯化鋁溶于水或鹽酸中，得到氯化鋁飽和溶液，操作溫度為15。。-60。。；
[0012]2)在攪拌狀態(tài)下將第二部分結晶氯化鋁加入所述飽和溶液中，其中，所述飽和溶液與第二部分結晶氯化鋁的質量比為2:1-10:1，攪拌時間為30min-120min，得到固液混合物；
[0013]3)將步驟2)得到的固液混合物進行固液分離，得到一次提純氯化鋁晶體；
[0014]4)向所述一次提純氯化鋁晶體中加入濃度不小于30wt%的鹽酸，所述濃度不小于30wt%的鹽酸與所述 一次提純氯化鋁晶體的質量比為2:1-10:1，攪拌后進行固液分離，得到二次提純氯化鋁晶體；
[0015]5)將步驟4)得到的二次提純氯化鋁晶體煅燒，得到純度大于99.9wt%的氧化鋁。
[0016]本發(fā)明的主要原理是:將含雜質較多的A1C13.6H20晶體溶入A1C13飽和溶液時，溶液中Al3+已經達到飽和不會再溶解，而比如Ca2+、Fe3+等雜質離子因未達到飽和濃度，會從晶體中分離溶解進入溶液，從而降低A1C13.6H20晶體中雜質含量，達到提純目的。
[0017]本發(fā)明的方法尤其適用于利用粉煤灰酸法提鋁工藝中的中間產品結晶氯化鋁為原料制取高純(純度大于99.9wt%)氧化鋁，所述粉煤灰酸法提鋁工藝中的中間產品結晶氯化鋁的制備方法可以參見專利ZL201110103721.1，其通過引用的方式并入到本申請中。
[0018]具體地，所述粉煤灰酸法提鋁工藝中的中間產品結晶氯化鋁的制備方法包括以下步驟:
[0019]a、粉煤灰磁選除鐵:粉煤灰經粉碎達到100目以下，加水配成固含量為20_40wt%、優(yōu)選為30-35wt%的漿料，在立環(huán)式磁選機上進行磁選，磁選場強1.0-2.0萬GS;磁選后的漿料經固液分離后得到固含量為25-50wt%、優(yōu)選為30-45wt%的濾餅；
[0020]b、酸溶:將磁選后的濾餅置于耐酸反應釜中進行鹽酸酸溶，鹽酸濃度為20-30wt%,鹽酸中HC1與粉煤灰中氧化鋁的摩爾比為4:1-9:1，溶出溫度為100°C _200°C、優(yōu)選為130°C _150°C，溶出壓力0.1-2.5MPa、優(yōu)選為0.3-1.0MPa，溶出時間為0.5h_4h、優(yōu)選為1.5h-2.5h;酸溶后經固液分離得到氯化招溶液；
[0021]c、樹脂吸附:將氯化鋁溶液通入裝有大孔型陽離子樹脂的樹脂柱中除鐵，得到氯化鋁精制液，處理溫度為室溫_90°C、優(yōu)選為60°C -80°C，氯化鋁溶液流速為1-4倍樹脂體積/小時、優(yōu)選為2-3倍樹脂體積/小時；
[0022]d、濃縮結晶:將氯化鋁精制液在壓力為-0.03~-0.07MPa、優(yōu)選為-0.04~-0.06MPa，溫度為50~110°C、優(yōu)選為70~80°C的條件下濃縮結晶，得到結晶
氯化鋁。
[0023]優(yōu)選地，步驟d)所得的結晶氯化鋁的組成包括95~98wt%的A1C13.6H20、0~0.2wt%的MgCl2、0~2wt%的CaCl2、0~0.05wt%的FeCl3以及其它物質(比如水等)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，步驟1)為取第一部分結晶氯化鋁溶于濃度為10wt%-20wt%的鹽酸中，得到氯化鋁飽和溶液，操作溫度為15°C -60°C，與水相比，利用10wt%-20wt%的鹽酸配制的飽和溶液，由于氯化鋁溶解量小，粘度低，易于固液分離，同時鹽酸濃度不超過20wt%，更有利于其它雜質溶解。作為配置氯化鋁飽和溶液的具體例，將第一部分結晶氯化鋁逐步加入鹽酸溶液中，不斷攪拌直至加入的結晶氯化鋁不再溶解時停止加入，即可得到氯化鋁飽和溶液。進一步優(yōu)選地，所述鹽酸的濃度為14wt%-18wt%，操作溫度為20。。-40。。。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，步驟2)中所述飽和溶液與第二部分氯化鋁的質量比為 2:1-5:1，攪拌時間為 40min-80min。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，步驟4)中所加入的鹽酸的濃度不小于32wt%。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，步驟4)中固液分離后的液體經稀釋后用作步驟1)中的鹽酸，步驟3)中固液分離后的液體用作步驟中的溶液；
[0028]或者，步驟3)和步驟4)中固液分離后的液體返回到步驟b使用，以充分利用液體中的鹽酸。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，步驟3)得到的一次提純氯化鋁晶體的含水量不大于3wt% ;步驟4)得到的二次提純氯化鋁晶體的含水量不大于3wt%。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，步驟5)中二次提純氯化鋁晶體的煅燒溫度為1000-1200°C，煅燒時間為 60-240min。
[0031]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的利用結晶氯化鋁制取高純氧化鋁的方法，具有如下優(yōu)點:
[0032](1)利用待 提純的結晶氯化鋁配置飽和A1C13的HC1溶液，用于對結晶氯化鋁進行提純，達到消耗小部分待提純的氯化鋁而提純大部分氯化鋁的目的，節(jié)省成本，并且提純后的溶液可以循環(huán)利用；
[0033](2)通過配置含有一定量HC1的飽和A1C13，利用鹽酸中溶解度隨酸度的提高而急劇降低的原理，降低在制取飽和溶液時氯化鋁的損失，并可以減少后續(xù)工序中對溶液的處置量，提高了經濟效益；同時，由于氯化鋁含量的減小，有利于減小提純時溶液的粘度，從而提高固液分離的效率；
[0034](3)結晶氯化鋁經溶液提純后無需進行蒸發(fā)結晶，不但可以避免雜質的富集，而且可降低能耗；利用兩次純化過程對晶體經行除雜，提高了結晶氯化鋁的純度，煅燒后得到的氧化招純度大于99.9%。
【具體實施方式】
[0035]下面的實施例僅用于解釋本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0036]以下實施例所用原料結晶氯化鋁來源如下:
[0037]取流化床粉煤灰(其組成見表1)經粉碎達到150目，加水制成固含量為30wt%的漿料，在立環(huán)式磁選機(參見中國專利CN102145905A中的實施例12，并將其全部內容引入本文)上磁選，磁選場強1.5萬Gs,磁選三次,直至粉煤灰中氧化鐵含量為0.8wt%。用板筐壓濾機壓濾后得到固含量為34.5wt%的濾餅。將濾餅放入耐酸反應釜，加入22wt%的鹽酸進行酸溶，鹽酸中HC1與灰中氯化鋁的摩爾比為5:1，反應溫度150°C，反應時間2小時，反應壓力為l.0MPa。將酸溶得到的氯化鋁溶液通入樹脂柱中進行除雜，樹脂柱以單柱方式，采用的樹脂為D001 (安徽皖東化工廠)，處理溫度為60°C，氯化鋁溶液流速為3倍樹脂體積/小時。將生成的氯化鋁精制液送入濃縮罐內進行蒸發(fā)濃縮，濃縮壓力-0.05MPa，濃縮溫度80°C，控制晶體的重量占原氯化鋁精制液重量的50%，得到原料結晶氯化鋁A，其主要成分見表2。將結晶氯化鋁A置于馬弗爐內煅燒，在溫度1100°C保溫時間120分鐘，得到氧化鋁A1，其主要成分見表3。
[0038]表1流化床粉煤灰化學成分(wt%)
[0039]
【權利要求】
1.一種利用結晶氯化鋁制取氧化鋁的方法，所述方法包括:1)取第一部分結晶氯化鋁溶于水或鹽酸中，得到氯化鋁飽和溶液，操作溫度為15。。-60。。；2)在攪拌狀態(tài)下將第二部分結晶氯化鋁加入所述飽和溶液中，其中，所述飽和溶液與第二部分結晶氯化鋁的質量比為2:1-10:1，攪拌時間為30min-120min，得到固液混合物；3)將步驟2)得到的固液混合物進行固液分離，得到一次提純氯化鋁晶體；4)向所述一次提純氯化鋁晶體中加入濃度不小于30wt%的鹽酸，所述濃度不小于30wt%的鹽酸與所述一次提純氯化鋁晶體的質量比為2:1-10:1，攪拌后進行固液分離，得到二次提純氯化鋁晶體；5)將步驟4)得到的二次提純氯化鋁晶體煅燒，得到純度大于99.9%的氧化鋁。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1)為取第一部分結晶氯化鋁溶于濃度為10wt%-20wt%的鹽酸中，得到氯化鋁飽和溶液，操作溫度為15°C -60°C。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述鹽酸的濃度為14wt%-18wt%，操作溫度為 20°C -40°C。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述飽和溶液與第二部分氯化鋁的質量比為2:1-5:1，攪拌時間為40min-80min。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中所加入的鹽酸的濃度不小于32wt%0
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于，所述結晶氯化鋁為粉煤灰酸法提鋁工藝中的中間產品，其制備方`法包括以下步驟:a、粉煤灰磁選除鐵:粉煤灰經粉碎達到100目以下，加水配成固含量為20-40wt%的漿料，在立環(huán)式磁選機上進行磁選，磁選場強1.0-2.0萬GS;磁選后的漿料經固液分離后得到固含量為25-50wt%的濾餅；b、酸溶:將磁選后的濾餅置于耐酸反應釜中進行鹽酸酸溶，鹽酸濃度為20-30wt%，鹽酸中HC1與粉煤灰中氧化鋁的摩爾比為4:1-9:1，溶出溫度為100°C -200°C，溶出壓力0.1-2.5MPa，溶出時間為0.5h_4h;酸溶后經固液分離得到氯化鋁溶液；c、樹脂吸附:將氯化鋁溶液通入裝有大孔型陽離子樹脂的樹脂柱中除鐵，得到氯化鋁精制液，處理溫度為室溫_90°C，氯化鋁溶液流速為1-4倍樹脂體積/小時；d、濃縮結晶:將氯化鋁精制液在壓力為-0.03~-0.07MPa，溫度為50~110°C的條件下濃縮析出，得到結晶氯化鋁。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟a中所述漿料的固含量為30-35wt%，所述濾餅的固含量為30-45wt%;步驟b中所述溶出溫度為130°C _150°C，溶出壓力為0.3-1.0MPa，溶出時間為1.5h_2.5h ;步驟c中所述處理溫度為60°C _80°C，所述氯化鋁溶液流速為2-3倍樹脂體積/小時；步驟d中所述濃縮結晶的壓力為-0.04~-0.06MPa，溫度為70~80°C。
8.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟4)中固液分離后的液體經稀釋后用作步驟1)中的鹽酸，步驟3)中固液分離后的液體用作步驟中的液體；或者，步驟3)和步驟4)中固液分離后的液體返回到步驟b使用，以充分利用液體中的鹽酸。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)得到的一次提純氯化鋁晶體的含水量不大于3wt% ;步驟4)得到的二次提純氯化鋁晶體的含水量不大于3wt%。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5)中二次提純氯化鋁晶體的煅燒溫度為 1000-1200°C， 煅燒時間為 60-240min。
【文檔編號】C01F7/30GK103738990SQ201310695934
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權日:2013年12月17日
【發(fā)明者】郭昭華, 池君洲, 許立軍, 陳東, 董宏, 范培育, 王麗萍, 吳永峰 申請人:中國神華能源股份有限公司, 神華準能資源綜合開發(fā)有限公司