CN103979590B - 一种制备高纯结晶氯化铝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备高纯结晶氯化铝的方法，包括：向氯化铝溶液或硫酸铝溶液中通入氯化氢气体，控制溶液中盐酸浓度为7.5-12mol/L，结晶析出，过滤，即得。本发明方法避免了蒸发结晶工序对设备的腐蚀，工艺简单，耗能低，废弃物少，所得结晶氯化铝纯度高，可直接满足生产冶金级氧化铝的需求。

Description

一种制备高纯结晶氯化铝的方法
技术领域
本发明涉及一种制备高纯结晶氯化铝的方法。
背景技术
目前从粉煤灰、煤矸石、低品位铝土矿等物料中酸法提取氧化铝的各种工艺方法，首先需用盐酸或硫酸从这些物料中将氧化铝溶出，得到氯化铝或硫酸铝粗溶液，然后从氯化铝粗溶液中析晶得到结晶氯化铝，或从硫酸铝粗溶液中析出结晶硫酸铝，所得结晶氯化铝或结晶硫酸铝经过热解得到氧化铝产品。在这一过程中，氯化铝或硫酸铝溶液中通常含有一定量的杂质离子，如铁离子、钙离子等，得到的结晶氯化铝或硫酸铝杂质多，导致氧化铝的纯度低，因此需要将这些杂质除去，以得到高纯度的氧化铝。
现有的制备高纯氧化铝的方法通常有两种，一是将氯化铝或硫酸铝粗溶液蒸发析晶得到结晶氯化铝或结晶硫酸铝，将结晶氯化铝或结晶硫酸铝热解后得到粗氧化铝，粗氧化铝再经碱融除杂，晶种分解、煅烧氢氧化铝等工序得到纯度较高的氧化铝产品；其二是先将氯化铝粗溶液或硫酸铝粗溶液用树脂除杂提纯，得到较纯净的氯化铝溶液或硫酸铝溶液，然后蒸发溶液制备得到结晶氯化铝或结晶硫酸铝，然后将结晶氯化铝或结晶硫酸铝热解得到纯度较高的氧化铝产品。
然而，上述两种方法都需经过溶液蒸发结晶的工序，而该工序不仅能耗高，而且设备腐蚀严重，工业化面临着材料选型困难的问题；同时，这两种方法的纯化除杂工序都较为复杂。
因此，需要一种由可不经蒸发结晶工序、且纯化工艺简单的由氯化铝或硫酸铝粗溶液制备高纯结晶氯化铝的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备高纯结晶氯化铝的方法，该方法避免了蒸发结晶工序对设备的耐腐蚀要求，且工艺简单，能耗低，废弃物少。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种制备高纯结晶氯化铝的方法，包括：
向氯化铝溶液或硫酸铝溶液中通入氯化氢气体，控制溶液中盐酸浓度为7.5-12mol/L，结晶析出，过滤，得到高纯结晶氯化铝；其中，
所述氯化铝溶液通过用盐酸溶液将含氧化铝的物料中的氧化铝溶解得到的，其中氯化铝的浓度为140-400g/L；
所述硫酸铝溶液通过用硫酸溶液将含氧化铝的物料中的氧化铝溶解得到的，其中硫酸铝的浓度为180-360g/L；
所述高纯结晶氯化铝是指纯度≥97.5％的结晶氯化铝。
在本发明的一种实施方式中，所述含氧化铝的物料可以选自粉煤灰、煤矸石、铝土矿或其混合物。
所述含氧化铝的物料中通常含有一定量的杂质，因此所得氯化铝溶液或硫酸铝溶液中通常也会含有一定量的杂质，其中铁离子和钙离子对析出的结晶氯化铝的纯度会有一定影响。发明人发现，当氯化铝溶液或硫酸铝溶液中的氯化铝或硫酸铝含量在上述范围内，且通入氯化氢气体后使盐酸浓度在上述范围内时，即使其中杂质离子含量较高，也可以保证析出的结晶氯化铝的纯度≥97.5％。在本发明的一种实施方式中，可以事先将氯化铝溶液或硫酸铝溶液中的铁离子和钙离子浓度控制在一定范围内。例如，在所述氯化铝溶液或硫酸铝溶液中，分别以Fe2O3、CaO计的铁离子、钙离子的总量控制在0-5g/L。控制所述氯化铝溶液或硫酸铝溶液中的铁离子、钙离子的含量可通过例如树脂除杂的方法实现。
所述含氧化铝的物料中氧化铝含量不确定，所以用盐酸或硫酸溶解含氧化铝的物料得到的氯化铝溶液或硫酸铝溶液的浓度可能不在上述浓度范围内，此时可通过加入水或蒸发除去部分水的方法，使氯化铝溶液中氯化铝的含量或硫酸铝溶液中硫化铝的含量处于上述浓度范围内。
发明人发现，可以通过调控盐酸的浓度，在保证析出的结晶氯化铝的纯度的前提下，获得较高的析晶率。在本发明一种更优选的实施方式中，所述溶液中盐酸浓度为8-10mol/L。
此外，还可以调控氯化铝溶液或硫酸铝溶液的浓度的方式，达到在保证析出的结晶氯化铝的纯度前提下，获得更高的析晶率的目的。在本发明一种优选的实施方式中，所述氯化铝溶液的浓度为180-360g/L；所述硫酸铝溶液的浓度为230-360g/L。
采用上述方法析出结晶氯化铝后，过滤所得的滤液中仍含有一定含量的铝，同时含有大部分杂质离子。为了充分利用滤液中的铝，避免浪费，在本发明的一种实施方式中，所述方法还包括如下步骤：向过滤所得滤液中继续通入氯化氢气体至过量，得到粗结晶氯化铝，所述粗结晶氯化铝用浓盐酸洗涤1-3次，得到另一部分高纯结晶氯化铝。
采用这样的方法，由于通入的氯化氢气体过量，滤液中除了氯化铝充分析出，其中的铁离子、钙离子也以氯化铁、氯化钙的形式与结晶氯化铝一同析出，掺杂其中，导致析出的结晶氯化铝纯度较低。此时，将析出的晶体用浓盐酸洗涤，将氯化铝中掺杂的氯化铁和氯化钙杂质充分除去，从而得到另一部分高纯结晶氯化铝，实现资源的充分利用。
本发明所述析晶率是指从溶液中析出的结晶氯化铝中的铝元素占初始氯化铝溶液或硫酸铝溶液中铝元素的百分比。
本发明所述浓盐酸是指质量分数≥37％的盐酸溶液。
与现有技术相比，本发明方法通过控制氯化铝溶液和硫酸铝溶液的初始浓度，和通入氯化氢气体后溶液中的盐酸浓度，可直接得到高纯结晶氯化铝，该高纯结晶氯化铝的纯度可满足生产冶金级氧化铝的要求。本发明方法避免了蒸发结晶工序对设备的腐蚀，工艺简单，耗能低，废弃物少。
具体实施方式
以下通过具体实施例作为示例对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解，实施例的作用是为了使读者更好地理解本发明，而不是为了限制本发明的范围。
实施例中采用的粉煤灰为神华准格尔地区电厂产生的粉煤灰，其中氧化铝含量约51wt％，Fe2O3、CaO含量分别为2wt％、3.5wt％。
实施例1
取用盐酸从粉煤灰中溶解氧化铝获得的氯化铝溶液(AlCl3含量为220g/L，Fe2O3含量为1.1g/L，CaO含量为2.1g/L，pH＝2)，向该溶液中通入氯化氢气体，搅拌，使溶液中盐酸浓度达到8mol/L，结晶析出，过滤得到结晶氯化铝。按照国家化工行业标准HG/T3251-2010中“结晶氯化铝含量的测定”记载的方法，测得该结晶氯化铝的纯度为98.25％，满足生产冶金级氧化铝的需求。经计算，氯化铝的析晶率为54％。
实施例2
按实施例1的方法制得结晶氯化铝，氯化铝的析晶率为54％，仍有较大部分氯化铝存在于滤液中。取过滤所得滤液，向该滤液中继续通入氯化氢气体至过量，结晶析出，过滤，该粗结晶氯化铝用浓盐酸洗涤3次，得到高纯结晶氯化铝。按照国家化工行业标准HG/T3251-2010中“结晶氯化铝含量的测定”记载的方法，其纯度为98.36％，满足生产冶金级氧化铝的需要。经计算，两次结晶得到的氯化铝析晶率总和大于98％。
实施例3
取用盐酸从粉煤灰中溶解氧化铝获得的氯化铝溶液(AlCl3含量为180g/L，Fe2O3含量为3.1g/L，CaO含量为1.8g/L，pH＝2)，向该溶液中通入氯化氢气体，使溶液中盐酸浓度达到10.3mol/L，结晶析出，过滤得到结晶氯化铝。按照国家化工行业标准HG/T3251-2010中“结晶氯化铝含量的测定”记载的方法，测得该结晶氯化铝的纯度为97.88％。经计算，氯化铝的析晶率为84％。
实施例4
取用硫酸从粉煤灰中溶解氧化铝获得的氯化铝溶液(Al2(SO4)3含量为360g/L，Fe2O3含量为2.3g/L，CaO含量为0.8g/L，pH＝2)，向该溶液中通入氯化氢气体，使溶液中盐酸浓度达到10mol/L，结晶析出，过滤得到结晶氯化铝。按照国家化工行业标准HG/T3251-2010中“结晶氯化铝含量的测定”记载的方法，测得该结晶氯化铝的纯度为97.58％。经计算，氯化铝的析晶率为80％。
实施例5
取用盐酸从粉煤灰中溶解氧化铝获得的氯化铝溶液(AlCl3含量为320g/L，Fe2O3含量为2.8g/L，CaO含量为1.9g/L，pH＝2)，向该溶液中通入氯化氢气体，使溶液中盐酸浓度达到9.5mol/L，结晶析出，过滤得到结晶氯化铝。按照国家化工行业标准HG/T3251-2010中“结晶氯化铝含量的测定”记载的方法，测得该结晶氯化铝的纯度为97.96％。经计算，氯化铝的析晶率为80％。
实施例6
取用硫酸从粉煤灰中溶解氧化铝获得的氯化铝溶液(Al2(SO4)3含量为250g/L，Fe2O3含量为3.1g/L，CaO含量为0.6g/L,，pH＝2)，向该溶液中通入氯化氢气体，使溶液中盐酸浓度达到9.5mol/L，结晶析出，过滤得到结晶氯化铝。按照国家化工行业标准HG/T3251-2010中“结晶氯化铝含量的测定”记载的方法，测得该结晶氯化铝的纯度为98.48％。经计算，氯化铝的析晶率为68％。
实施例7
取用盐酸从粉煤灰中溶解氧化铝获得的氯化铝溶液(AlCl3含量为380g/L，Fe2O3含量为2.1g/L，CaO含量为2.3g/L，pH＝2)，向该溶液中通入氯化氢气体，使溶液中盐酸浓度达到10mol/L，结晶析出，过滤得到结晶氯化铝。按照国家化工行业标准HG/T3251-2010中“结晶氯化铝含量的测定”记载的方法，测得该结晶氯化铝的纯度为97.52％。经计算，氯化铝的析晶率为90％。

Claims (4)

1.一种制备高纯结晶氯化铝的方法，包括：
向氯化铝溶液或硫酸铝溶液中通入氯化氢气体，控制溶液中盐酸浓度为7.5-12mol/L，结晶析出，过滤，得到高纯结晶氯化铝；其中，
所述氯化铝溶液通过用盐酸溶液将含氧化铝的物料中的氧化铝溶解得到，其中氯化铝的浓度为140-400g/L；
所述硫酸铝溶液通过用硫酸溶液将含氧化铝的物料中的氧化铝溶解得到，其中硫酸铝的浓度为180-360g/L；
所述含氧化铝的物料为粉煤灰；
向过滤所得滤液中继续通入氯化氢气体至过量，得到粗结晶氯化铝，所述粗结晶氯化铝用浓盐酸洗涤1-3次，得到另一部分高纯结晶氯化铝；
所述高纯结晶氯化铝是指纯度≥97.5％的结晶氯化铝。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶液中盐酸浓度为8-10mol/L。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氯化铝溶液中氯化铝的浓度为180-360g/L；所述硫酸铝溶液中硫酸铝的浓度为230-360g/L。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氯化铝溶液或硫酸铝溶液中含有铁离子和/或钙离子，分别以Fe2O3、CaO计的铁离子、钙离子的总量为0-5g/L。
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