CN101125672A - 一种利用高岭石矿制取聚合氯化铝的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用高岭石矿制取聚合氯化铝的方法，该方法包括：将高岭石矿、石灰，或高岭石矿、石灰和石膏分别粉碎，进而磨细至200目以下；在贮料器内加入水，固料总重量与水的比例在1∶1～3，然后按照高岭石∶石灰之间1.0∶0.3～1.0，或高岭石∶石灰∶石膏之间1∶0.3～1.0∶0.03～0.10的比例，将各粉状物料投入贮料器中，并进行搅拌混合；将混合均匀的物料转移至高压反应釜中，通入高压蒸汽，在130℃～250℃进行水热化学反应，恒温5～24小时；水热化学反应完成后取出反应产物，获得以水合硅铝酸钙为主的初级产品，再用该初级产品与盐酸溶液进行反应，过滤除渣，将得到的滤液进行蒸发浓缩、结晶，可制得聚合氯化铝产品。此种方法不但低能耗，相应降低了生产成本。

Description

一种利用高岭石矿制取聚合氯化铝的方法
技术领域
本发明属于聚合氯化铝生产领域，特别涉及到一种利用高岭石矿生产聚合氯化铝的方法。
背景技术
聚合氯化铝是上世纪六十年代后期正式投入工业化生产的一种新型无机高分子絮凝剂，广泛应用于饮用水及工业废水的净化处理。随着工业生产发展及环境保护水平的提高，需求量呈上升趋势。当前国内外某些厂家以铝屑、铝灰、Al(OH)3、AlCl3为生产聚合氯化铝的含铝原料，由于生产成本高，且原料紧缺，难以实现大规模生产。近些年来，为了降低生产成本，有不少科研院所、大专院校以及净水剂生产厂家开发以天然铝土矿(包括一水硬铝石、一水软铝石及三水铝石)、高岭石矿(包括煤矸石)为原料生产聚合氯化铝。
我国高岭石矿资源，特别是硬质高岭石矿(包括煤系地层中的煤矸石)资源极为丰富。随着技术的不断进步，近年来人们在利用高岭石生产聚合氯化铝方面做了大量的工作，取得了较大进展，前景看好。例如：湖南省永兴县李平(专利申请号91106761.2)将高岭土成型，然后在平床静态炉中于500℃±50℃活化2小时，将其粉碎成180～240目粉末，再在铝酸钙引发协效剂的参与下用8％～10％的盐酸溶液进行浸出反应；山东省王村孟宪清等人(专利申请号92106776.3)将硬质粘土破碎至-3mm的颗粒，加水压铸成带多孔的坯料，经干燥在650℃～720℃温度下焙烧4～8小时，冷却后磨成-60目，再与盐酸溶液进行溶出反应；陕西省西安任忠胜等人(专利申请号00113875.8)将高岭土、煤系高岭土粉碎至60～100目，在动态悬浮煅烧炉750℃～800℃条件下悬浮煅烧8～12秒，然后再与盐酸溶液进行反应；山东省淄博贾久顺等人(专利申请号96116012.8)将低品质铝钒土矿粉碎至60目，置回转窑内于600℃～700℃温度下焙烧3小时，再与25％～30％的盐酸溶液于0.2MPa～0.3MPa(120℃～130℃)进行反应。焙烧活化后的高岭石(矿物学家称它为偏高岭石)与盐酸溶液进行溶出反应，过滤除渣，滤出液经盐基度调整，蒸发浓缩、结晶，即获得聚合氯化铝产品。
为了进一步减少能源消耗，降低生产成本，本发明人研究出一种利用高岭石矿制取聚合氯化铝的新工艺。该工艺的特点是以高岭石矿为铝的原料，在饱和蒸汽压下与石灰进行水热化学反应，首先制备出水合硅铝酸钙中间产物，然后再与盐酸溶液反应制取聚合氯化铝。
发明内容
本发明的目的是提供两种低能耗、低成本的生产方法，利用水热化学反应使高岭石矿中的铝被活化，进而与盐酸反应制取聚合氯化铝的方法。
本发明提供的解决其技术问题的技术方案之一是：
一种利用高岭石矿制取聚合氯化铝的方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)将高岭石矿、石灰粉碎，磨细至200目以下；
(2)在贮料器(兼作物料混合罐)内加入定量水，水的用量是固料总重量的1～3倍，然后按照高岭石∶石灰之间1.0∶0.3～1.0的比例，将各粉状物料投入贮料器中，并进行搅拌混合；
(3)将混合均匀的物料转移至高压反应釜中，通入高压蒸汽，在130℃～250℃进行水热化学反应，恒温5～24小时，其中优选7～12小时；水热化学反应完成后可得到物相以水合硅铝酸钙为主的初级产品；
(4)在高压水热反应完成后打开反应釜，取出反应产物，将获得的产物与盐酸溶液进行化学反应，过滤除渣，矿渣进行综合利用，滤液进行盐基度调整，再经蒸发浓缩、结晶，可制得聚合氯化铝产品。
本发明提供的解决其技术问题的技术方案之二是：
一种利用高岭石矿制取聚合氯化铝的方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)将高岭石矿、石灰、石膏粉碎，进而磨细至200目以下；
(2)在贮料器(兼作物料混合罐)内加入定量水，水的用量是固料总重量的1～3倍，优选1.2～1.5倍，然后按照高岭石∶石灰∶石膏之间1∶0.3～1.0∶0.03～0.10的比例，将其粉状物料投入贮料器中，并进行搅拌混合；
(3)将混合均匀的物料转移至高压反应釜中，通入高压蒸汽，在130℃～250℃进行水热化学反应，优选170℃～190℃，恒温5～24小时，优选7～12小时；水热化学反应完成后可得到物相以水合硅铝酸钙为主的初级产品；
(4)在高压水热反应完成后打开反应釜，取出反应产物，将获得的产物与盐酸溶液进行化学反应，过滤除渣，矿渣进行综合利用，将得到的滤液进行盐基度调整，再经蒸发浓缩、结晶，可制得聚合氯化铝产品。
以往利用高岭石制取聚合氯化铝的工艺中，为了达到较高的Al2O3浸取率，首先需要对高岭石进行焙烧活化处理，使其晶体结构破坏，转变为活性较高的非晶态偏高岭石。如果采用普通平床静态煅烧炉或回转窑炉进行活化处理，为了获得较好的活化效果，需将高岭石矿粉碎后加水造粒，或制成球状，或压铸成坯体，经干燥后才能进入炉内焙烧活化数小时，出炉后还需要再次粉碎成粉状，工艺相当繁琐能源消耗大；采用沸腾炉，或动态悬浮煅烧炉进行高岭石矿的处理，活化效果好，能耗较低，但其设备昂贵，投资大，为了防止粉尘污染还必须配套除尘设备，操作比较复杂。
本发明不需要对高岭石矿预先进行焙烧活化处理，各物料研磨成粉末后加水搅拌易于混合均匀，混合均匀的物料转移至高压反应釜中进行水热化学反应，操作方便。水热化学反应完成后得到的物相以水合铝酸钙为主的初级产品结构疏松，易于粉碎，还可以加入水打制成浆状，有利于与盐酸溶液进行化学反应。净水剂产品为聚合氯化铝与CaCl2的混合物，产品中CaCl2的存在有助于聚合氯化铝的絮凝作用。本发明提供了一种以高岭石为原料，能耗低、无环境污染、低成本、操作方便、适合大规模生产聚合氯化铝的新工艺。
具体实施方式
实施例1
(1)原料
高岭石矿：采自山西省朔州市朔城区南山，它的化学组成(％)如下
SiO2  TiO2  Al2O3  Fe2O3+FeO  MnO  MgO  CaO Na2O  K2O  P2O5 烧失量 合计
45.39  0.40  38.82  0.05  0.00  0.09  0.07 0.07  0.06  0.01 15.15 100.11
X射线衍射分析指出，该高岭石矿矿物组成以高岭石为主，此外尚有极少量的钛、铁矿物杂质。
石灰：试剂级，购于化学试剂商店。
盐酸：试剂级，购于化学试剂商店。
将高岭石矿、石灰分别磨细至200目以下；
(2)在塑料器皿(兼作物料混合罐)内加入12.5ml水，然后依次往皿内加入6.452g高岭石矿粉及3.548g石灰粉，用搅拌棒搅拌均匀；
(3)将盛有样品的塑料器皿置于高压反应釜中，在190℃恒温7小时；
(4)高压反应釜冷却后取出塑料器皿，将反应产物取出，转移至玻璃表皿中，自然风干，风干样称重为9.88g，磨细，该反应产物即发明者称之为初级产品，经X射线衍射分析，物相主体为水合硅铝酸钙，其次为雪硅钙石等；
(5)称取初级产品样1.000g，置于300ml的三角瓶中，加入50ml20％的盐酸溶液，盖上瓶塞，置于100℃的热水浴中加热，每隔1小时摇动一次，恒温7小时，然后从水浴中取出三角瓶，趁热抽吸过滤，获得100ml过滤液，用全谱直读等离子体发射光谱仪测定液样中铝的浓度，测定结果换算成Al2O3浓度为1.69mg/ml，则100ml滤出液含Al2O3 169.0mg；
(6)6.452g高岭石矿样含Al2O3 2.505g，而9.88g初级产品含Al2O3量为1.670g，因此，高岭石矿中Al2O3的提取率为66.67％；
(7)称取初级产品2.500g，置于300ml的三角瓶内，加入50ml 20％的盐酸溶液，盖上瓶塞，置于100℃的热水浴中加热，每隔1小时摇动一次，恒温7小时，然后抽吸过滤，将得到的滤液进行盐基度调整，再经蒸发浓缩，获得黄色结晶净水剂产品，该净水剂产品为聚合氯化铝与CaCl2的混合物；
(8)采用纯蓝钢笔墨汁配制成蓝色溶液，加入少许制取出的净水剂样品进行试验，絮凝效果显著。
实施例2
(1)原料
高岭石矿：采自山西省朔州市朔城区南山，它的化学组成(％)如下
SiO2  TiO2  Al2O3  Fe2O3+FeO  MnO  MgO  CaO  Na2O  K2O  P2O5 烧失量 合计
45.39  0.40  38.82  0.05  0.00  0.09  0.07  0.07  0.06  0.01  15.15  100.11
X射线衍射分析指出，该高岭石矿矿物组成以高岭石为主，此外尚有极少量的钛、铁矿物杂质。
石灰：试剂级，购于化学试剂商店。
石膏：取自北京北新集团建材公司。
盐酸：试剂级，购于化学试剂商店。
将高岭石矿、石灰分别磨细至200目以下；
(2)在塑料器皿(兼作物料混合罐)内加入12.5ml水，然后依次往皿内加入6.452g高岭石矿粉、3.226g石灰粉及0.322g石膏粉，用搅拌棒搅拌均匀；
(3)将盛有样品的塑料器皿置于高压反应釜中，在190℃恒温7小时；
(4)高压反应釜冷却后取出塑料器皿，将反应产物取出，转移至玻璃表皿中，自然风干，风干样称重为9.90g，磨细，该反应产物即发明者称之为初级产品，经X射线衍射分析，物相主体为水合硅铝酸钙，其次为雪硅钙石等；
(5)称取初级产品样1.000g，置于300ml的三角瓶中，加入50ml 20％的盐酸溶液，盖上瓶塞，置于100℃的热水浴中加热，每隔1小时摇动一次，恒温7小时，然后从水浴中取出三角瓶，趁热抽吸过滤，获得106ml过滤液，用全谱直读等离子体发射光谱仪测定液样中铝的浓度，测定结果换算成Al2O3浓度为1.78mg/ml，则106ml滤出液含Al2O3 188.7mg；
(6)6.452g高岭石矿样含Al2O3 2.505g，而9.90g初级产品含Al2O3量为1.868g，因此，高岭石矿中Al2O3的提取率为74.57％；
(7)称取初级产品2.500g，置于300ml的三角瓶内，加入50ml20％的盐酸溶液，盖上瓶塞，置于100℃的热水浴中加热，每隔1小时摇动一次，恒温7小时，然后抽吸过滤，将得到的滤液进行盐基度调整，再经蒸发浓缩，获得黄色结晶净水剂产品，该净水剂产品为聚合氯化铝与CaCl2的混合物；
(8)采用纯蓝钢笔墨汁配制成蓝色溶液，加入少许制取出的净水剂样品进行试验，絮凝效果显著。
为了测定高岭石矿样中Al2O3的利用率，实施例1和例2对水热化学反应产物进行自然风干，实际生产中可以不经过这步工序，将从反应釜中取出的湿反应产物加入适量水打成浆状，直接与盐酸溶液混合进行反应，用以制取聚合氯化铝净水剂产品。
上述测试中所用仪器：
(1)X射线衍射仪：D/MAX-2400型，日本理学电机株式会社制造；
(2)全谱直读等离子体发射光谱仪：IRIS Advantage型，美国热电公司生产；
(3)顺序式X射线荧光光谱仪，XRF-1500型，日本岛津制作所制造。

Claims (5)

1.一种利用高岭石矿制取聚合氯化铝的方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)将高岭石矿、石灰粉碎，磨细至200目以下；
(2)在贮料器内加入水，水的用量是固料总重量的1～3倍，然后按照高岭石∶石灰为1.0∶0.3～1.0的比例，将各物料投入贮料器中，搅拌混合；
(3)将混合均匀的物料转移至高压反应釜中，通入高压蒸汽，在130℃～250℃进行水热化学反应，恒温5～24小时；
(4)打开反应釜，取出反应产物，将获得的反应产物与盐酸溶液进行化学反应，过滤除渣，将得到的滤液进行蒸发浓缩，制得聚合氯化铝。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中的水热化学反应是在170℃～190℃下恒温7～12小时。
3.一种利用高岭石矿制取聚合氯化铝的方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)将高岭石矿、石灰、石膏粉碎，磨细至200目以下；
(2)在贮料器内加入水，水的用量是固料总重量的1～3倍，然后按照高岭石∶石灰∶石膏为1∶0.3～1.0∶0.03～0.10比例，将各物料投入贮料器中，搅拌混合；
(3)将混合均匀的物料转移至高压反应釜中，通入高压蒸汽，在130℃～250℃进行水热化学反应，恒温5～24小时；
(4)打开反应釜，取出反应产物，将获得的反应产物与盐酸溶液进行化学反应，过滤除渣，将得到的滤液进行蒸发浓缩，制得聚合氯化铝。
4.如权利要求3所述的一种利用高岭石矿制取聚合氯化铝的方法，其特征在于：步骤(2)中水的用量是固料总重量的1.2～1.5倍。
5.如权利要求3所述的一种利用高岭石矿树取聚合氯化铝的方法，其特征在于：步骤(3)中反应在170℃～190℃下恒温7～12小时。
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