CN107601539A

CN107601539A - 一种利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法

Info

Publication number: CN107601539A
Application number: CN201710670702.4A
Authority: CN
Inventors: 高建阳; 杜善国; 刁克建; 姚毅; 陈玉海; 姜梅; 郑霞; 岳巍
Original assignee: Aluminum Corp of China Ltd
Current assignee: Aluminum Corp of China Ltd
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2018-01-19
Anticipated expiration: 2037-08-08
Also published as: CN107601539B

Abstract

本发明公开了一种利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，所述方法包括：1)将第一批钠硅渣与氢氧化铝置于盐酸中进行溶出反应，得到溶出液体，所述溶出反应的时间为1‑6h，温度为120‑160℃；其中，氯离子与铝离子的摩尔比为1.8‑3.5；2)在所述溶出液体中加入第二批钠硅渣，进行聚合反应，固液分离得到聚合氯化铝溶液以及滤渣；所述聚合反应的时间为0.5‑3h，温度为50‑110℃。本发明采用钠硅渣为原料，得到了聚合氯化铝，生产方法简单经济，既充分利用了原料钠硅渣，又大幅度降低了聚合氯化铝生产成本。

Description

一种利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法

技术领域

本发明属于有色金属冶金领域，尤其涉及一种利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法。

背景技术

烧结法氧化铝生产中，在粗液中需要进行深度脱硅时，其渣相成分主要是水化石榴石3CaO·Al₂O₃·xSiO₂·(6-2x)H₂O，其中x为(0.1～0.2)，称之为钠硅渣。理论上钠硅渣中氧化铝含量为26％左右，渣相中A/S比较高，目前生产上的钠硅渣中氧化铝含量也大于20％，因此如何变废为宝，回收其中的氧化铝或寻求其它利用钠硅渣的方法是研究的方向。

目前生产上是将钠硅渣返回烧成车间配料，再进行一次烧结溶出，回收其中的氧化铝，这增加了生产工艺的复杂性和加工费。另外，可采用含碳酸钠的溶液分解钠硅渣，使氧化铝进入溶液中，碳酸钙等进入赤泥中。但是此方法由于存在回收率低、经济性差，产生大量碳酸钙等渣相进入赤泥等问题，目前也只是研究阶段。因此，研究如何更好的处理钠硅渣是很有意义的。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，采用钠硅渣为原料，得到了聚合氯化铝，生产方法简单经济，充分利用了原料钠硅渣。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，所述方法包括：

1)将第一批钠硅渣与氢氧化铝置于盐酸中进行溶出反应，得到溶出液体，所述溶出反应的时间为1-6h，温度为120-160℃；其中，氯离子与铝离子的摩尔比为1.8-3.5；

2)在所述溶出液体中加入第二批钠硅渣，进行聚合反应，固液分离得到聚合氯化铝溶液以及滤渣；所述聚合反应的时间为0.5-3h，温度为50-110℃。

作为进一步的优选，所述方法还包括：将滤渣返回步骤1)，置于所述盐酸中进行所述溶出反应。

作为进一步的优选，所述步骤1)中，所述第一批钠硅渣与氢氧化铝的重量比为[2.1-3.1]：[1.7-2.1]。

作为进一步的优选，所述步骤1)中，所述第一批钠硅渣、氢氧化铝及滤渣的重量比为[2.1-3.1]：[1.7-2.1]：[0.2-0.7]。

作为进一步的优选，所述步骤1)中，所述溶出反应的时间为2-4h，温度为130-150℃。

作为进一步的优选，所述步骤2)中，所述聚合反应的时间为1-2h，温度为60-90℃。

作为进一步的优选，所述步骤1)中，氯离子与铝离子的摩尔比为2.2-3.1。

作为进一步的优选，所述步骤1)和2)中，所述第一批钠硅渣及第二批钠硅渣的粒度D50为5.0-50um。

作为进一步的优选，所述步骤1)和2)中，所述第一批钠硅渣及第二批钠硅渣的粒度D50为5.0-20um。

作为进一步的优选，所述方法还包括：所述步骤2)中，在所述溶出液体中加入第二批钠硅渣至溶出液体的pH值至3.5-4.5。

本发明的有益效果是：本发明将第一批钠硅渣与氢氧化铝置于盐酸中进行溶出反应，得到溶出液体，所述溶出反应的时间为1-6h，温度为120-160℃；继而在所述溶出液体中加入第二批钠硅渣，进行聚合反应，固液分离得到聚合氯化铝溶液以及滤渣；所述聚合反应的时间为0.5-3h，温度为50-110℃。本发明采用的生产原料为氧化铝生产流程中粗液脱硅的产物，即钠硅渣，生产得到了聚合氯化铝，因而是利用脱硅废渣中的有效钙铝成分进行合成，极大的降低了聚合氯化铝的生产成本。其中，为了得到成品净水剂中氧化铝含量，在钠硅渣原料中加入了氢氧化铝，使它们在盐酸中溶出得到溶出液；为了提高pH值以及提高碱基度，在聚合反应中加入了第二批钠硅渣，保证了得到合格的聚合氯化铝产品。

具体实施方式

本发明通过提供一种利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，解决了现有钠硅渣回收利用难的问题。

为了解决上述缺陷，本发明实施例的主要思路是：

本发明实施例利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，所述方法包括：

本发明实施例充分利用了钠硅渣，并与氢氧化铝一同加入到盐酸溶液中，经控制反应时间、温度等参数后进行溶出，然后在溶出液中二次加入钠硅渣进行反应，控制一定添加量、温度时间等参数得到聚合聚合氯化铝溶液，将聚合氯化铝处理后可能各种形态或需求的聚合氯化铝产品，例如聚合氯化铝净水剂。

聚合氯化铝(PAC)又称碱式氯化铝、羟基氯化铝，是一种无机高分子絮凝剂，作为净水剂，其通式为【Al₂(OH)_nCl_(6-n)】m或Alm(OH)nCl₃m-n(m<＝10,n为1-5)。由于其具有投料少、效率高、价格低廉等特点，被广泛用于给水净化及废水处理。而聚合铝的制造方法是决定聚合铝能否工业化生产和大规模应用的重要环节之一，目前国内外已有的聚合铝制备工艺及方法，例如：金属铝直接溶解法，其是将金属态铝直接与盐酸或三氯化铝反应，参加反应的铝的摩尔数应大于盐酸或Cl-的总摩尔数，根据反应时投料的铝/氯摩尔比值，能一次得到所要求的盐基度的聚合铝；以三氯化铝为原料的制造方法这类方法中有代表性的为中和法，电渗析法，热分解法三种；以硫酸铝为原料的制造方法直接以硫酸铝为原料制造聚合铝，因耗用资源较紧张的硫酸，所以国内没有采用；总的说来，上述各方法均相对复杂，因为这些原料或矿物中的铝一般不能直接在酸中溶出，必须经过一系列加工之后，才能使铝溶出，然后再将杂质进行分离，杂质主要成分是二氧化硅。

而本发明采用钠硅渣为原料生产聚合氯化铝，利用脱硅废渣(钠硅渣)中的有效钙铝成分进行合成，钙、铝两元素有效利用率可达到99％以上；既实现了钠硅渣的全面综合利用，延伸了氧化铝产业链，提升氧化铝生产能力，又降低了聚合氯化铝的生产成本，可使聚合氯化铝生产成本降低30％以上；同时本发明实施例处理方法的工艺简单温度，参数易控制，实现了氧化铝行业与氯碱行业的又一个接口，可实现连续化作业，便于进行大型工业化生产，又可避免加入助剂对净水水质带来影响。

本发明实施例方法有望使我国烧结法氧化铝产能增加15％以上，并大幅度降低能耗和生产成本。

为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法。

实施例1

本发明实施例1利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，所述方法包括：

1)配制反应混合物料钠硅渣与氢氧化铝，所述钠硅渣为烧结法氧化铝生产中粗液脱硅的产物，钠硅渣主要含有Al₂O₃％：22.20％，CaO％：40％，SiO₂％：3.08％；所述氢氧化铝为市售粉末状产品；

将第一批钠硅渣与氢氧化铝置于盐酸中进行溶出反应，得到溶出液体，所述溶出反应的时间为1h，温度为160℃；上述第一批钠硅渣与氢氧化铝的重量比为3.1：1.7；溶出反应中，氯离子与铝离子的摩尔比为1.8，选择上述比例是为了控制聚合氯化铝产品，避免得到三氯化铝；其中的铝离子主要来自于氢氧化铝，另一部分约10％来自于第一批钠硅渣；

2)在所述溶出液体中加入第二批钠硅渣，至溶出液体的pH值3.5，进行聚合反应，固液分离得到聚合氯化铝溶液以及滤渣；所述聚合反应的时间为0.5h，温度为110℃。上述第二批钠硅渣的加入是为了提高pH值以及提高碱基度。

上述第一批钠硅渣及第二批钠硅渣的粒度D50为5.0um，粒度偏细时反应快，得到产品的纯度高。

3)将得到的聚合氯化铝溶液雾化干燥，得到粉体聚合氯化铝。

实施例2

本发明实施例2利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，所述方法包括：

1)配制反应混合物料钠硅渣与氢氧化铝，与实施例1类似；

将第一批钠硅渣、氢氧化铝以及前一次聚合反应得到的滤渣作为原料(例如实施例1中步骤2)得到的滤渣)，一同置于盐酸中进行溶出反应，得到溶出液体，所述溶出反应的时间为2h，温度为150℃；控制配料重量比例为：第一批钠硅渣：氢氧化铝：滤渣＝2.1：2.1：0.2。溶出反应中，氯离子与铝离子的摩尔比为2.2，选择上述比例是为了控制聚合氯化铝产品，避免得到三氯化铝；其中的铝离子主要来自于氢氧化铝，另一部分约10％来自于第一批钠硅渣；

2)在所述溶出液体中加入第二批钠硅渣，至溶出液体的pH值4.5，进行聚合反应，固液分离得到聚合氯化铝溶液以及滤渣；所述聚合反应的时间为1h，温度为90℃。上述第二批钠硅渣的加入是为了提高pH值以及提高碱基度。

上述第一批钠硅渣及第二批钠硅渣的粒度D50为20.0um，粒度偏细时反应快，得到产品的纯度高。在步骤2)中，钠硅渣中99％的CaO会全部反应，参与聚合，其中的Al₂O₃会反应90％以上，剩余的滤渣返回后，与盐酸反应，也会全部反应掉。因而，本实施例方法可使钠硅渣中钙回收率大于99％，铝回收率大于99％。

实施例3

本发明实施例3利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，所述方法包括：

1)配制反应混合物料钠硅渣与氢氧化铝，与实施例1类似；

将第一批钠硅渣、氢氧化铝以及前一次聚合反应得到的滤渣作为原料(例如实施例1或2中步骤2)得到的滤渣)，一同置于盐酸中进行溶出反应，得到溶出液体，所述溶出反应的时间为4h，温度为130℃；控制配料重量比例为：第一批钠硅渣：氢氧化铝：滤渣＝2.6：1.9：0.4。溶出反应中，氯离子与铝离子的摩尔比为3.1，选择上述比例是为了控制聚合氯化铝产品，避免得到三氯化铝；其中的铝离子主要来自于氢氧化铝，另一部分约10％来自于第一批钠硅渣；

2)在所述溶出液体中加入第二批钠硅渣，至溶出液体的pH值3.5，进行聚合反应，固液分离得到聚合氯化铝溶液以及滤渣；所述聚合反应的时间为2h，温度为60℃。上述第二批钠硅渣的加入是为了提高pH值以及提高碱基度。

上述第一批钠硅渣及第二批钠硅渣的粒度D50为18.0um。

实施例4

本发明实施例4利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，所述方法包括：

1)配制反应混合物料钠硅渣与氢氧化铝，与实施例1类似；

将第一批钠硅渣、氢氧化铝以及前次聚合反应得到的滤渣作为原料，一同置于盐酸中进行溶出反应，得到溶出液体，所述溶出反应的时间为6h，温度为120℃；控制配料重量比例为：第一批钠硅渣：氢氧化铝：滤渣＝2.1：1.7：0.7。溶出反应中，氯离子与铝离子的摩尔比为3.5，选择上述比例是为了控制聚合氯化铝产品，避免得到三氯化铝；其中的铝离子主要来自于氢氧化铝，另一部分约10％来自于第一批钠硅渣；

2)在所述溶出液体中加入第二批钠硅渣，至溶出液体的pH值4.5，进行聚合反应，固液分离得到聚合氯化铝溶液以及滤渣；所述聚合反应的时间为3h，温度为50℃。上述第二批钠硅渣的加入是为了提高pH值以及提高碱基度。

上述第一批钠硅渣及第二批钠硅渣的粒度D50为10.0um。

实施例5

本发明实施例5利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，所述方法包括：

1)配制反应混合物料钠硅渣与氢氧化铝，与实施例1类似；

将第一批钠硅渣、氢氧化铝以及前次聚合反应得到的滤渣作为原料，一同置于盐酸中进行溶出反应，得到溶出液体，所述溶出反应的时间为5h，温度为150℃；控制配料重量比例为：第一批钠硅渣：氢氧化铝：滤渣＝3.1：2.1：0.2。溶出反应中，氯离子与铝离子的摩尔比为2.5，选择上述比例是为了控制聚合氯化铝产品，避免得到三氯化铝；其中的铝离子主要来自于氢氧化铝，另一部分约10％来自于第一批钠硅渣；

2)在所述溶出液体中加入第二批钠硅渣，至溶出液体的pH值4.0，进行聚合反应，固液分离得到聚合氯化铝溶液以及滤渣；所述聚合反应的时间为3h，温度为50℃。上述第二批钠硅渣的加入是为了提高pH值以及提高碱基度。

上述第一批钠硅渣及第二批钠硅渣的粒度D50为50.0um。

实施例6

本发明实施例6利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，所述方法包括：

1)配制反应混合物料钠硅渣与氢氧化铝，与实施例1类似；

将第一批钠硅渣、氢氧化铝以及前一次聚合反应得到的滤渣作为原料(例如实施例1中步骤2)得到的滤渣)，一同置于盐酸中进行溶出反应，得到溶出液体，所述溶出反应的时间为3h，温度为140℃；控制配料重量比例为：第一批钠硅渣：氢氧化铝：滤渣＝3.1：1.7：0.2。溶出反应中，氯离子与铝离子的摩尔比为2.2，选择上述比例是为了控制聚合氯化铝产品，避免得到三氯化铝；其中的铝离子主要来自于氢氧化铝，另一部分约10％来自于第一批钠硅渣；

2)在所述溶出液体中加入第二批钠硅渣，至溶出液体的pH值4.5，进行聚合反应，固液分离得到聚合氯化铝溶液以及滤渣；所述聚合反应的时间为1.5h，温度为80℃。上述第二批钠硅渣的加入是为了提高pH值以及提高碱基度。

上述第一批钠硅渣及第二批钠硅渣的粒度D50为15.0um，粒度偏细时反应快，得到产品的纯度高。

实施例7

本发明实施例7与实施例6类似，不同之处在于：步骤1)中，控制配料重量比例为：第一批钠硅渣：氢氧化铝：滤渣＝3.1：2.1：0.7。

实施例8

本发明实施例8与实施例6类似，不同之处在于：步骤1)中，控制配料重量比例为：第一批钠硅渣：氢氧化铝：滤渣＝2.1：2.1：0.7。

本实施例1-8得到的聚合氯化铝产品可通过其中的Al₂O₃含量、碱基度B、PH等参数来表征，具体见下表1；

编号\指标	Al₂O₃含量％	B％	PH
				1	10.2	65	3.54
2	9.88	67	3.61
				3	11.65	71	3.71
4	12.52	69	3.66
				5	12.41	73	3.83
6	11.18	68	3.62
				7	11.88	70	3.72
8	11.02	66	3.66

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本发明将第一批钠硅渣与氢氧化铝置于盐酸中进行溶出反应，得到溶出液体，所述溶出反应的时间为1-6h，温度为120-160℃；继而在所述溶出液体中加入第二批钠硅渣，进行聚合反应，固液分离得到聚合氯化铝溶液以及滤渣；所述聚合反应的时间为0.5-3h，温度为50-110℃。本发明采用的生产原料为氧化铝生产流程中粗液脱硅的产物，即钠硅渣，生产得到了聚合氯化铝，因而是利用脱硅废渣中的有效钙铝成分进行合成，极大的降低了聚合氯化铝的生产成本。其中，为了得到成品净水剂中氧化铝含量，在钠硅渣原料中加入了氢氧化铝，使它们在盐酸中溶出得到溶出液；为了提高pH值以及提高碱基度，在聚合反应中加入了第二批钠硅渣，保证了得到合格的聚合氯化铝产品。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，其特征在于：所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，其特征在于：所述方法还包括：将滤渣返回步骤1)，置于所述盐酸中进行所述溶出反应。

3.根据权利要求1所述的利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述第一批钠硅渣与氢氧化铝的重量比为[2.1-3.1]：[1.7-2.1]。

4.根据权利要求2所述的利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述第一批钠硅渣、氢氧化铝及滤渣的重量比为[2.1-3.1]：[1.7-2.1]：[0.2-0.7]。

5.根据权利要求1所述的利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述溶出反应的时间为2-4h，温度为130-150℃。

6.根据权利要求1所述的利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述聚合反应的时间为1-2h，温度为60-90℃。

7.根据权利要求1所述的利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，其特征在于：所述步骤1)中，氯离子与铝离子的摩尔比为2.2-3.1。

8.根据权利要求1所述的利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，其特征在于：所述步骤1)和2)中，所述第一批钠硅渣及第二批钠硅渣的粒度D50为5.0-50um。

9.根据权利要求1所述的利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，其特征在于：所述步骤1)和2)中，所述第一批钠硅渣及第二批钠硅渣的粒度D50为5.0-20um。

10.根据权利要求1所述的利用钠硅渣制备聚合氯化铝的方法，其特征在于：所述方法还包括：所述步骤2)中，在所述溶出液体中加入第二批钠硅渣至溶出液体的pH值至3.5-4.5。