CN106277006A - 一种用于氯化铝精制除钙的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于氯化铝精制除钙的方法，该方法主要应用于高铝粉煤灰与盐酸充分反应所得酸浸液(pH＝1～2)中钙离子的去除，首先以硫酸盐作为沉淀剂进行除杂，除杂后的铝液趁热用螯合型阳离子交换树脂除杂，最终得到有效除钙的氯化铝溶液。与现有技术相比，本发明工艺过程简单，原料投入单一且量少，不会引入其他杂质，成本较低，除钙效果显著，是极具前景的粉煤灰精细化综合利用和除钙产业化方法。

Description

一种用于氯化铝精制除钙的方法
技术领域
本发明属于粉煤灰的综合资源化利用，具体涉及一种用于氯化铝精制除钙的方法。
背景技术
随着电力工业的发展，电厂排放出的粉煤灰量随之增加，粉煤灰以灰状堆存，丢弃一旁，不仅大量占地，而且严重污染环境。综合利用粉煤灰，既可消耗大量的粉煤灰，又可以缓解其对环境的污染，减少占地。
粉煤灰的主要成分是Al2O3和SiO2，含有少量Fe2O3、FeO、CaO、MgO以及其它无机氧化物，其中硅铝所占比例很高，其次是钙或铁。不同地区和种类的粉煤灰组成成分差异大，因而不同粉煤灰在使用效果上有很大的差异。将粉煤灰中的硅或铝提纯后可以得到高纯铝或高纯硅粉煤灰。但是高铝粉煤灰中往往含有很多其他氧化物杂质影响铝的纯度，如何有效去除杂质尤其是含量较高的钙难度较大。
溶液中除钙的方法很多：(1)络合沉淀法。如氨羧络合剂，例如在pH＝10时，可以用EGTA掩蔽Ca2+，也可以用沉淀掩蔽法，例如在强碱溶液中，用EDTA滴定Ca2+时，强碱与镁离子沉淀氢氧化镁，而不干扰钙离子的滴定。(2)无机化学反应法。即加入可与钙离子发生沉淀的盐类物质如碳酸盐或硫酸盐等来将其沉淀以除杂。(3)利用阳离子交换树脂来进行除钙。分子中含有酸性基团的离子交换树脂，在水或极性溶剂中能溶胀，水溶液有酸性，能以其氢离子或钠、钾等金属离子交换溶液中的阳离子，也用于化学的分析中去除干扰的阳离子。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作简单，成本较低，温度可控，无机盐沉淀联合螯合型阳离子交换树脂进行氯化铝精制除钙的方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：
1、将高铝粉煤灰溶解于水中，并用盐酸调节其pH值为1～2，得到酸浸液。
2、向酸浸液中加入硫酸盐，每100mL酸浸液中加入2～5g硫酸盐，在80～95℃下搅拌30～120分钟，然后将反应液趁热抽滤。
3、将步骤2抽滤后的滤液趁热加入螯合型阳离子交换树脂柱中进行除钙，滤液的进样量为螯合型阳离子交换树脂柱体积的1.5～50倍，进样流速为1.5～2mL/分钟，得到除钙后的高纯氯化铝溶液。
上述步骤2中，优选向每100mL酸浸液中加入3～5g硫酸盐，在85～90℃下搅拌60～90分钟，然后将反应液趁热抽滤。
上述步骤2中，进一步优选将硫酸盐分两批加入酸浸液中，第一批加入硫酸盐总质量的55％～80％，剩余量的硫酸盐在搅拌一半时间后全部加入。
上述的硫酸盐为硫酸钠或硫酸铝。
上述步骤3中，优选滤液的进样量为螯合型阳离子交换树脂柱体积的4.5～20倍。
上述的螯合型阳离子交换树脂为HYA-300、HYB-300或HYC-300螯合型阳离子交换树脂中的任意一种。
本发明采用无机盐沉淀/螯合型阳离子交换树脂联合除钙法进行除钙，首先将高铝粉煤灰与盐酸在pH＝1～2的条件下充分反应，将其中的可溶性阳离子包括铝离子、钙离子等以离子形式溶出，然后以硫酸盐作为沉淀剂进行除杂；除杂后的铝液趁热用螯合型阳离子交换树脂进行深度除杂，最终得到的有效除钙的氯化铝溶液。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明工艺过程简单，原料投入单一且量少，不会引入其他杂质，成本较低，温度可控，除钙效果显著，极大的提高了铝的含量。除杂后的固体沉淀可用于其他技术领域。
2、本发明充分实现粉煤灰的综合资源利用化，整个工艺过程不排放任何有毒有害的物质，废液排放量小，整个过程中得到白色沉淀可以用于其他技术领域，如用于陶瓷等建筑方面，是一个极具前景的粉煤灰精细化综合利用产业化方法。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
1、将10g高铝粉煤灰溶解于100mL蒸馏水中，并用盐酸调节其pH值为1，得到酸浸液，其中钙离子的浓度为5g/L。
2、向100mL酸浸液中先加入1.95g硫酸铝，在90℃下搅拌45分钟后，再加入1.55g硫酸铝，继续恒温搅拌45分钟，然后将反应液趁热抽滤。
3、将步骤2抽滤后得到的滤液趁热加入HYA-300螯合型阳离子交换树脂柱中进行除钙，滤液的进样量为HYA-300螯合型阳离子交换树脂柱体积的10倍，进样流速为2mL/分钟，得到除钙后的高纯氯化铝溶液，其中钙离子的浓度为25.5mg/L。
实施例2
1、将10g高铝粉煤灰溶解于100mL蒸馏水中，并用盐酸调节其pH值为1，得到酸浸液，其中钙离子的浓度为5g/L。
2、向100mL酸浸液中先加入3.5g硫酸铝，在90℃下搅拌90分钟，然后将反应液趁热抽滤。
3、将步骤2抽滤后得到的滤液趁热加入HYC-300螯合型阳离子交换树脂柱中进行除钙，滤液的进样量为HYC-300螯合型阳离子交换树脂柱体积的10倍，进样流速为2mL/min，得到除钙后的高纯氯化铝溶液，其中钙离子的浓度为30.5mg/L。
实施例3
1、将10g高铝粉煤灰溶解于100mL蒸馏水中，并用盐酸调节其pH值为2，得到酸浸液，其中钙离子的浓度为5g/L。
2、向100mL酸浸液中先加入1.5g硫酸铝，在90℃下搅拌30分钟后，再加入1.2g硫酸铝，继续恒温搅拌30分钟，然后将反应液趁热抽滤。
3、将步骤2抽滤后得到的滤液趁热加入HYC-300螯合型阳离子交换树脂柱中进行除钙，滤液的进样量为HYC-300螯合型阳离子交换树脂柱体积的4.5倍，进样流速为1.5mL/min，得到除钙后的高纯氯化铝溶液，其中钙离子的浓度为31mg/L。
实施例4
1、将10g高铝粉煤灰溶解于100mL蒸馏水中，并用盐酸调节其pH值为2，得到酸浸液，其中钙离子的浓度为5g/L。
2、向100mL酸浸液中先加入2.0g硫酸钠，在80℃下搅拌120分钟后，然后将反应液趁热抽滤。
3、将步骤2抽滤后得到的滤液趁热加入HYC-300螯合型阳离子交换树脂柱中进行除钙，滤液的进样量为HYC-300螯合型阳离子交换树脂柱体积的20倍，进样流速为1.5mL/min，得到除钙后的高纯氯化铝溶液，其中钙离子的浓度为29mg/L。
为了确定本发明的工艺条件，发明人进行了大量的实验室研究试验，具体试验情况如下：
1、硫酸盐沉淀温度和时间的选择
将2g硫酸钠一批次全加入100mL酸浸液(Ca2+浓度为5g/L)中，在不同温度下搅拌反应不同时间，然后将反应液趁热抽滤，所得滤液中钙离子浓度如表1所示。
表1硫酸盐沉淀温度和时间对除钙效果的影响
由表1可见，在80～95℃下搅拌反应30～120分钟，均可有效的除去钙离子，其中85～90℃下搅拌反应60～90分钟的效果较佳。
2、硫酸盐加入方式对除钙效果的影响
将2g硫酸钠分两批次加入100mL酸浸液(Ca2+浓度为5g/L)中，第一批加入1.5g，搅拌一半时间后再加入剩余0.5g，在不同温度下搅拌反应不同时间，然后将反应液趁热抽滤，所得滤液中钙离子浓度如表2所示。
表2硫酸盐加入方式对除钙效果的影响
由表2和表1的试验结果可见，分批加入硫酸盐的效果较一批次加入的效果更好。
3、硫酸盐种类对除钙效果的影响
将3g硫酸铝一批次全加入100mL酸浸液(Ca2+浓度为5g/L)中，在不同温度下搅拌反应不同时间，然后将反应液趁热抽滤，所得滤液中钙离子浓度如表3所示。
表3硫酸盐种类对除钙效果的影响
由表3和表1的试验结果可见，硫酸铝和硫酸钠的除钙效果都很好。
4、阳离子交换条件对除钙效果的影响
将3.5g硫酸铝一批次全加入100mL酸浸液(Ca2+浓度为5g/L)中，在95℃下搅拌反应120分钟，再趁热抽滤，所得滤液趁热加入HYC-300螯合型阳离子交换树脂柱中进行过柱除钙，测定不同进样倍数和进样流速下，最终得到的氯化铝溶液中钙离子浓度如表4所示。
表4阳离子交换条件对除钙效果的影响
由表4可见，进样量为螯合型阳离子交换树脂柱体积的1.5～50倍，进样流速为1.5～2mL/min时，除钙效果均较好。综合考虑除钙效率和成本，本发明优选进样量为螯合型阳离子交换树脂柱体积的4.5～20倍。

Claims (6)

1.一种用于氯化铝精制除钙的方法，其特征在于它由下述步骤组成：
(1)将高铝粉煤灰溶解于水中，并用盐酸调节其pH值为1～2，得到酸浸液；
(2)向酸浸液中加入硫酸盐，每100mL酸浸液中加入2～5g硫酸盐，在80～95℃下搅拌30～120分钟，然后将反应液趁热抽滤；
(3)将步骤(2)抽滤后的滤液趁热加入螯合型阳离子交换树脂柱中进行除钙，滤液的进样量为螯合型阳离子交换树脂柱体积的1.5～50倍，进样流速为1.5～2mL/分钟，得到除钙后的高纯氯化铝溶液。
2.根据权利要求1所述的用于氯化铝精制除钙的方法，其特征在于：在步骤(2)中，向酸浸液中加入硫酸盐，每100mL酸浸液中加入3～5g硫酸盐，在85～90℃下搅拌60～90分钟，然后将反应液趁热抽滤。
3.根据权利要求1所述的用于氯化铝精制除钙的方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述的硫酸盐分两批加入酸浸液中，第一批加入硫酸盐总质量的55％～80％，剩余量的硫酸盐在搅拌一半时间后全部加入。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的用于氯化铝精制除钙的方法，其特征在于：所述的硫酸盐为硫酸钠或硫酸铝。
5.根据权利要求1所述的用于氯化铝精制除钙的方法，其特征在于：在步骤(3)中，滤液的进样量为螯合型阳离子交换树脂柱体积的4.5～20倍，进样流速为1.5～2mL/分钟。
6.根据权利要求1所述的用于氯化铝精制除钙的方法，其特征在于：所述的螯合型阳离子交换树脂为HYA-300、HYB-300或HYC-300螯合型阳离子交换树脂中的任意一种。
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