水鋁鈣石的清潔生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精細(xì)化工領(lǐng)域，具體涉及一種水鋁鈣石的清潔生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水鋁鈣石，也叫鈣鋁水滑石，是一種陰離子黏土，屬于層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)。結(jié)構(gòu)式為Ca16Al8 (OH) 54 (CO3) *2IH2O,水鋁鈣石特殊的結(jié)構(gòu)和組成及結(jié)構(gòu)組成的可調(diào)控性賦予其一些特殊的性能，不僅具有像離子交換樹脂一樣的離子交換能力，又有像沸石一樣的擇形吸附和催化性能，同時(shí)還具有耐熱性、耐輻射性和耐酸堿性，“結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)”、板層陽(yáng)離子的可搭配性和孔徑的可調(diào)變性等。因而成為一種在阻燃、吸附、離子交換和催化及光、電、磁等方面具有巨大潛力和極具誘人前景的新功能材料。
[0003]共沉淀法是制備水滑石最常用的方法。專利CN 104150518以構(gòu)成LDHs層板的金屬離子的混合鹽溶液在堿作用下發(fā)生共沉淀，其中在金屬離子混合鹽溶液中或堿溶液中含有所要合成的層間陰離子基團(tuán)，沉淀物在一定條件下晶化即可得到目標(biāo)LDHs。而在工業(yè)化生產(chǎn)條件下，以水鋁鈣石的制備為例，主要原料是可溶性的鈣鹽、鋁鹽、堿以及碳酸鹽等，堿一般采用氫氧化鈉，碳酸鹽可以采用碳酸鈉、碳酸鉀等，也可以采用尿素代替堿和碳酸鹽。共沉淀法可采用單滴(鈣-鋁鹽溶液)法或者雙滴(鈣-鋁鹽溶液和堿-碳酸鹽溶液)法，在pH=911條件下得到共沉淀漿液，經(jīng)陳化、洗滌可以得到水鋁鈣石。共沉淀法操作簡(jiǎn)單，能耗低，合成產(chǎn)物純度較高。但該工藝在得到水鋁鈣石的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的低價(jià)值副產(chǎn)物溶解在水中，如果排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，如果回收處理其成本較高，間接地增加了水鋁鈣石的生產(chǎn)成本。如果不能有效的解決水鋁鈣石生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染，那么其生產(chǎn)規(guī)模和應(yīng)用勢(shì)必受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的正是要克服上述技術(shù)的不足，而提供一種制備水鋁鈣石的清潔方法，采用燒堿來(lái)溶出原料鋁土礦，得到中間產(chǎn)物鋁酸鈉。然后加入石灰乳和碳酸鈉，經(jīng)加熱反應(yīng)干燥后即得水鋁鈣石，唯一副產(chǎn)物為燒堿，又可重新用于氧化鋁生產(chǎn)的溶出工段，使得副產(chǎn)物得以完全利用，避免了生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水等污染，而且降低了生產(chǎn)成本。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案:首先采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25?32%的燒堿完全溶出原料鋁土礦中的鋁，得到中間產(chǎn)物鋁酸鈉，然后加入石灰乳和碳酸鈉，石灰乳、碳酸鈉、鋁酸鈉的物質(zhì)的量之比為(3?5): (I?3):1，在室溫下攪拌，轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜保溫陳化，溫度為90°C~200°C，陳化生長(zhǎng)時(shí)間6h?24h，反應(yīng)完畢后，倒去上層清液，漂洗產(chǎn)物后抽濾，最后將濾餅干燥。
[0006]其中，所述燒堿溶出原料鋁土礦，得到中間產(chǎn)物氯酸鈉的操作，采用如下方法處理:鋁土礦粉碎，加入燒堿(NaOH)溶液在高溫高壓下( 125 0C -140 °C)加熱23h，溶出鋁土礦中的氧化鋁，得到鋁酸鈉粗液。然后進(jìn)一步凈化過(guò)濾濃縮得鋁酸鈉飽和溶液。
[0007]其中，所述加入石灰乳和碳酸鈉與鋁酸鈉的物質(zhì)的量之比為石灰乳、碳酸鈉、鋁酸鈉的物質(zhì)的量之比為(3?4): (I?3):1。
[0008]所述加入石灰乳和碳酸鈉與鋁酸鈉的物質(zhì)的量之比為石灰乳、碳酸鈉、鋁酸鈉的物質(zhì)的量之比為(3?4): (2?3):1。
[0009]其中，所述室溫反應(yīng)的攪拌時(shí)間為l~20h。
[0010]轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜保溫陳化的反應(yīng)溫度為160°C?200°C，陳化生長(zhǎng)時(shí)間8h?24h。
[0011]使用去離子水將得到的產(chǎn)物漂洗至中性，而且漂洗得到的溶液可循環(huán)到鋁溶出階段。
[0012]其中，濾餅干燥操作為將濾餅置于60°C的真空干燥箱中干燥2 ho
[0013]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明采用2532%的氫氧化鈉加入價(jià)格便宜、易得的鋁土礦得到氯酸鈉原料清潔制備水鋁鈣石，采用石灰乳、碳酸鈉、鋁酸鈉的物質(zhì)的量之比為(35):(1~3):1，陳化溫度為90°C~200°C，使唯一副產(chǎn)物為價(jià)值很高的燒堿，此副產(chǎn)物不僅又可重新用于氧化鋁生產(chǎn)的溶出工段，而且使得副產(chǎn)物得以完全利用及進(jìn)一步提高了 Al (0!1)3的附加值，制備工藝簡(jiǎn)潔易控，制備周期短，生產(chǎn)成本低，能耗少，對(duì)環(huán)境友好，避免了生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水等污染，產(chǎn)物純度高，因此具有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0014]【圖1】是清潔生產(chǎn)水鋁鈣石的工藝流程示意圖；
【圖2】為本發(fā)明制備產(chǎn)物水鋁鈣石樣品的X射線衍射圖譜圖；
【圖3】為本發(fā)明制備產(chǎn)物水鋁鈣石樣品的紅外光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下實(shí)施例旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明保護(hù)內(nèi)容，而不是限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0016]實(shí)施例1:鋁土礦粉碎，加入燒堿(NaOH)溶液在高溫高壓下溶出鋁土礦中的氧化鋁，得到鋁酸鈉粗液。然后進(jìn)一步凈化過(guò)濾濃縮得鋁酸鈉飽和溶液。按物質(zhì)的量比為4:2:1的比例稱取Ca (OH) 2、NaA10jP Na2CO3，置于反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中加入過(guò)量去離子水。在室溫下持續(xù)攪拌后，于高壓反應(yīng)釜中90°C保溫陳化12h，使生成物晶體陳化生長(zhǎng)。取出降至室溫后，倒去上層清液，用去離子水將得到的產(chǎn)物漂洗至中性并抽濾，將濾餅置于60°C的真空干燥箱中干燥，得到固體水鋁鈣石樣品I。
[0017]實(shí)施例2:鋁土礦粉碎，加入燒堿(NaOH)溶液在高溫高壓下溶出鋁土礦中的氧化鋁，得到鋁酸鈉粗液。然后進(jìn)一步凈化過(guò)濾濃縮得鋁酸鈉飽和溶液。按物質(zhì)的量比為
3.5:2:1的比例稱取Ca (OH) 2、NaAlOjP Na 2C03，置于反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中加入過(guò)量去離子水。在室溫下持續(xù)攪拌5h后，轉(zhuǎn)入160°C高壓反應(yīng)釜中保溫陳化6h，使生成物晶體陳化生長(zhǎng)。取出降至室溫后，倒去上層清液，用去離子水將得到的產(chǎn)物漂洗至中性并抽濾，將濾餅置于60°C的真空干燥箱中干燥，得到固體水鋁鈣石樣品2。
[0018]實(shí)施例3:鋁土礦粉碎，加入燒堿(NaOH)溶液在高溫高壓下溶出鋁土礦中的氧化鋁，得到鋁酸鈉粗液。然后進(jìn)一步凈化過(guò)濾濃縮得鋁酸鈉飽和溶液。按物質(zhì)的量比為5:3:1的比例稱取Ca (OH) 2、NaA10jP Na2CO3，置于反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中加入過(guò)量去離子水。在室溫下持續(xù)攪拌20 h后，轉(zhuǎn)入160°C高壓反應(yīng)釜中保溫陳化6h，使生成物晶體陳化生長(zhǎng)。取出降至室溫后，倒去上層清液，用去離子水將得到的產(chǎn)物漂洗至中性并抽濾，將濾餅置于60°C的真空干燥箱中干燥，得到固體水鋁鈣石樣品3。
[0019]實(shí)施例4:鋁土礦粉碎，加入燒堿(NaOH)溶液在高溫高壓下溶出鋁土礦中的氧化鋁，得到鋁酸鈉粗液。然后進(jìn)一步凈化過(guò)濾濃縮得鋁酸鈉飽和溶液。按物質(zhì)的量比為4:2:1的比例稱取Ca(OH)2、NaAlOjP Na2CO3，置于反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中加入過(guò)量去離子水。在室溫下持續(xù)攪拌1h后，轉(zhuǎn)入200°C高壓反應(yīng)釜中保溫陳化24 h，使生成物晶體陳化生長(zhǎng)。取出降至室溫后，倒去上層清液，用去離子水將得到的產(chǎn)物漂洗至中性并抽濾，將濾餅置于60°C的真空干燥箱中干燥，得到固體水鋁鈣石樣品4。
[0020]實(shí)施例5:鋁土礦粉碎，加入燒堿(NaOH)溶液在高溫高壓下溶出鋁土礦中的氧化鋁，得到鋁酸鈉粗液。然后進(jìn)一步凈化過(guò)濾濃縮得鋁酸鈉飽和溶液。按物質(zhì)的量比為4:1:1的比例稱取Ca (OH) 2、NaA10jP Na2CO3，置于反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中加入過(guò)量去離子水。在室溫下持續(xù)攪拌1h后，轉(zhuǎn)入180°C高壓反應(yīng)釜中保溫陳化12h，使生成物晶體陳化生長(zhǎng)。取出降至室溫后，倒去上層清液，用去離子水將得到的產(chǎn)物漂洗至中性并抽濾，將濾餅置于60°C的真空干燥箱中干燥，得到固體水鋁鈣石樣品5。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水鋁鈣石的清潔生產(chǎn)方法，其特征在于包括如下步驟:首先采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25?32%的燒堿完全溶出原料鋁土礦中的鋁，得到中間產(chǎn)物鋁酸鈉，然后加入石灰乳和碳酸鈉，石灰乳、碳酸鈉、鋁酸鈉的物質(zhì)的量之比為(3?5): (1~3):1，在室溫下攪拌，轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜保溫陳化，溫度為90°C~200°C，陳化生長(zhǎng)時(shí)間6h~24h，反應(yīng)完畢后，倒去上層清液，漂洗產(chǎn)物后抽濾，最后將濾餅干燥。2.如權(quán)利要求1所述的一種水鋁鈣石的清潔生產(chǎn)方法，其特征在于:所述采用燒堿完全溶出原料鋁土礦，得到中間產(chǎn)物鋁酸鈉，采用如下方法處理:鋁土礦粉碎，加入燒堿溶液在125 °C~140 °(:高溫高壓下加熱23h，溶出鋁土礦中的氧化鋁，得到鋁酸鈉粗液，然后進(jìn)一步凈化過(guò)濾濃縮得鋁酸鈉飽和溶液。3.如權(quán)利要求1所述的一種水鋁鈣石的清潔生產(chǎn)方法，其特征在于:所述加入石灰乳和碳酸鈉與鋁酸鈉的物質(zhì)的量之比為石灰乳、碳酸鈉、鋁酸鈉的物質(zhì)的量之比為(3?4):(I ?3):1。4.如權(quán)利要求3所述的一種水鋁鈣石的清潔生產(chǎn)方法，其特征在于:所述加入石灰乳和碳酸鈉與鋁酸鈉的物質(zhì)的量之比為石灰乳、碳酸鈉、鋁酸鈉的物質(zhì)的量之比為(3?4):(2 ?3):1。5.如權(quán)利要求1所述的一種水鋁鈣石的清潔生產(chǎn)方法，其特征在于:轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜保溫陳化的反應(yīng)溫度為160°C?200°C，陳化生長(zhǎng)時(shí)間8h?24h。6.如權(quán)利要求1所述的一種水鋁鈣石的清潔生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的室溫下攪拌時(shí)間為I?20h。7.如權(quán)利要求1所述的一種水鋁鈣石的清潔生產(chǎn)方法，其特征在于:使用去離子水將得到的產(chǎn)物漂洗至中性，而且漂洗得到的溶液可循環(huán)到鋁溶出階段。8.如權(quán)利要求1所述的一種水鋁鈣石的清潔生產(chǎn)方法，其特征在于:將濾餅置于600C的真空干燥箱中干燥2 ho
【專利摘要】一種水鋁鈣石的清潔生產(chǎn)方法，本發(fā)明包括以下步驟：首先采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25～32%的燒堿完全溶出原料鋁土礦中的鋁，得到中間產(chǎn)物鋁酸鈉，然后加入石灰乳和碳酸鈉，石灰乳、碳酸鈉、鋁酸鈉的物質(zhì)的量之比為（3~5）:（1~3）：1，在室溫下攪拌，轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜保溫陳化，溫度為90oC~200oC，陳化時(shí)間6h~24h，反應(yīng)完畢后，倒去上層清液，漂洗產(chǎn)物后抽濾，最后將濾餅干燥。本發(fā)明唯一副產(chǎn)物為價(jià)值很高的燒堿，可重新用于氧化鋁生產(chǎn)的溶出工段，使得副產(chǎn)物得以完全利用，避免了生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水等污染，不但降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)也有力地保護(hù)了環(huán)境。
【IPC分類】C01F7/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105217666
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510693326
【發(fā)明人】趙光利, 陳惠康, 楊占紅, 任恒廣, 柴洪云, 王新璋, 程亞娟, 龍俊, 文星
【申請(qǐng)人】中電投山西鋁業(yè)有限公司, 中南大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年10月21日