CN111792660A - 一种利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，属于无机化学技术领域。该方法通过直接将AlCl3.6H2O晶体置于200～550℃中，进行水解，得到的无定型氧化铝中间产物采用常压水溶液溶出或加压高温水溶液溶出，溶出温度为70～300℃，得到的含有勃姆石晶体粉末的胶体溶液进行固液分离，分离后的勃姆石晶体粉末，用pH值<10的弱碱液洗涤后，在用清水洗涤、烘干，得到利用氯化铝生产的勃姆石微米粉末；分离后的胶体溶液进行聚沉，将得到的固相产品进行洗涤、烘干，得到利用氯化铝生产的勃姆石纳米粉末。该方法制备的勃姆石微钠米粉末，产品附加值较高，能量消耗低。

Description

一种利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法
技术领域
本发明特别涉及一种利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，其属于无机化学技术领域。
背景技术
我国每年都产生大量的粉煤灰固废需要处理，其中，高铝粉煤灰中氧化铝含量高于40％，具有很大的回收利用价值。目前对于粉煤灰生产氧化铝的工业方法有很多种，但也存在一系列问题需要解决，这些工艺中，主要有碱法烧结和酸浸法两大类；对于碱法烧结中的石灰石烧结法，其虽然工艺简单，耗碱量小，但是，其温度高、能耗高、氧化铝溶出率低、石灰石消耗量大，并且产渣量也很大；对于碱石灰烧结法，其比石灰石烧结法相对来说能耗较低，但是生产流程长、烧结工艺不稳定、氧化铝溶出率也不高；因此，对于碱法来说需要改善技术实现固废减量处理；对于酸浸法来说，其流程简单，能耗低，但是酸性溶液除杂的成本过高，设备腐蚀严重，并且氧化铝质量难以保障。因此，采用粉煤灰制备氧化铝存在诸多问题。
而采用粉煤灰酸法制备氧化铝，其经济效益低。而现有的采用六水氯化铝进行水解制备勃姆石的技术中，均在水溶液中进行，并需要加入沉淀剂、或有机酸试剂等辅助，其成本高，后续处理复杂，并且产生废液，对环境不利。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法。该方法利用高铝粉煤灰生产的氯化铝产品，将六水氯化铝经过低温水解，得到无定型氧化铝中间产物，将无定型氧化铝中间产物在常压或加压条件下高温水溶出，使无定形氧化铝中间产物在高温下发生晶格重新排列结晶，形成勃姆石(γ-AlOOH)晶体结构，得到含有勃姆石晶体粉末的胶体溶液，经过沉聚、分离、洗涤和烘干等工序，得到高质量勃姆石产品，通过控制工艺条件可以控制勃姆石晶体的粒度大小及结晶形貌，可以得到1微米级和100纳米级勃姆石微钠米粉末，附加值较高，可以满足高档分子筛、电子陶瓷、阻燃填料和锂电池等行业的需求，对我国铝工业发展和粉煤灰固废的处理都具有重要意义。该方法具有能量消耗低，产品质量高的特点。
本发明的目的，采用如下技术方案实现：
一种利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，包括以下步骤：
步骤1：将AlCl3.6H2O晶体置于200～550℃中，进行水解，得到无定型氧化铝中间产物；无定型氧化铝中间产物中含有的Al2O3的质量百分比>90％，含有Cl的质量百分比为0.8～8％；
步骤2：将无定型氧化铝中间产物，采用常压水溶液溶出或加压高温水溶液溶出，溶出温度为70～300℃，得到含有勃姆石晶体粉末的胶体溶液；
步骤3：将含有勃姆石晶体粉末的胶体溶液进行固液分离，得到勃姆石晶体粉末和胶体溶液；
步骤4：
(1)将勃姆石晶体粉末，用pH值<10的弱碱液洗涤后，在用清水洗涤、烘干，得到利用氯化铝生产的勃姆石微米粉末；
(2)将胶体溶液进行聚沉，将得到的固相产品进行洗涤、烘干，得到利用氯化铝生产的勃姆石纳米粉末。
所述的步骤1中，所述的AlCl3.6H2O晶体为采用盐酸法处理粉煤灰生产的产品。
所述的步骤2中，在常压水溶液溶出，溶出温度为70～100℃，溶出时间为1h～5h；在加压高温水溶液溶出，溶出温度为100～300℃，溶出时间为30min～2h。其中，加压高温水溶液溶出，压力根据水溶液溶出温度确定。
所述的步骤2中，在常压水溶液溶出过程中，勃姆石晶型生成不完整，且需要时间较长。在加压高温溶出时，温度越高勃姆石结晶越完整。
所述的步骤2中，在溶出过程中，还可以伴随搅拌。
所述的步骤2中，含有勃姆石晶体粉末的胶体溶液中，勃姆石晶体粉末为勃姆石晶体结构(γ-AlOOH)。
所述的步骤2中，按固液比，无定型氧化铝中间产物：水＝(63～125)g：1000mL。
所述的步骤3中，所述的固液分离，采用离心分离或加压过滤中的一种。
所述的步骤4(1)中，弱碱液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、碳化钠水溶液、碳酸钾水溶液中的一种或几种的混合液。
所述的步骤4(2)中，聚沉的方法为：调节pH值至≥8、离心、加入电解质中的一种。
所述的聚沉方法为：向胶体溶液中，加入氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、碳化钠水溶液、碳酸钾水溶液中的一种或几种的混合液，进行聚沉。
一种利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法中，制备的勃姆石微米粉末的粒径为0.5～1.0μm；制备的勃姆石纳米粉末的粒径为≤100nm。
本发明的一种利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，其有益效果是：
通过本发明技术方案的实施，能有效地将粉煤灰生产的氯化铝产品转化为高附加值的勃姆石粉末产品，具有巨大的经济效应，同时利用了固废，具有较大的社会效益。
本发明一种利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，具有以下优点：
1、利用盐酸法生产氯化铝工艺方法中，得到的氯化铝产品含有较高的碱金属(Li，Na，K)和碱土金属(Mg，Ca)杂质。本发明在将该中间产物进行高温高压水溶出，在生成勃姆石晶体的同时，其中的碱金属和碱土金属杂质可以溶解在水中，达到除去杂质的目的。
2、通过控制工艺条件，可以制备1微米级的勃姆石粉末和100纳米级勃姆石粉末，提高了产品质量，具有巨大的经济效应。
3、本发明的AlCl3.6H2O晶体，在高温下水解，其并不在水溶液中进行，其通过在高温下AlCl3.6H2O晶体本身的结晶水提供水分子，从而实现水解，并且水解后，得到的是无定型氧化铝中间产物，其为后续无定形氧化铝中间产物在高温下发生晶格重新排列结晶，形成勃姆石(γ-AlOOH)晶体结构提供了基础。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的勃姆石的XRD图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明采用的AlCl3.6H2O晶体来自某企业采用盐酸法处理高铝粉煤灰生产的产品。
实施例1
(1)取采用盐酸法处理高铝粉煤灰生产的产品AlCl3.6H2O晶体500克，在空气气氛下350℃水解6小时，得到无定型氧化铝中间产物125克(无定型氧化铝中间产物含Cl的质量百分含量为5.3％)；
(2)将无定型氧化铝中间产物用1升纯水在高压釜中溶出3小时，溶出温度150℃，得到含有固相的胶体溶液；
(3)对含有固相的胶体溶液采用0.1微米滤布进行压滤，得到固相118克和过滤得到的胶体溶液；
(4)将固相用pH值为9的氢氧化钠溶液淋洗后，用纯水洗涤2次，烘干，得到勃姆石微米粉末，粒度在0.5微米-1.0微米，勃姆石微米粉末产品含有的成分及其质量百分含量为：Al2O3含量>99.9％，Na2O含量<50ppm，K2O含量<20ppm，Li2O含量<10ppm，MgO含量<20ppm，CaO含量<20ppm。
过滤得到的胶体溶液pH值为4，用氢氧化钠溶液进行中和，到pH值为9，采用离心分离，可以得到纳米级勃姆石粉末，经2次洗涤，烘干后得到勃姆石纳米粉末产品，勃姆石纳米粉末产品粒度小于100nm，勃姆石纳米粉末产品中含有的成分及其质量百分含量为：Al2O3含量>99.95％，Na2O含量<20ppm，K2O含量<10ppm，Li2O含量<10ppm，MgO含量<10ppm，CaO含量<10ppm。
对制备的勃姆石粉末进行XRD分析，其XRD图见图1，通过图中和PDF卡片号：00-021-1307对比，证实是γ-AlOOH的XRD图谱。
实施例2
(1)取采用盐酸法处理高铝粉煤灰生产的产品AlCl3.6H2O晶体1000克，在空气气氛下400℃水解4小时，得到无定型氧化铝中间产物258克(无定型氧化铝中间产物含Cl的质量百分含量为1.5％)；
(2)将无定型氧化铝中间产物用3升纯水在高压釜中溶出6小时，溶出温度200℃，得到含有固相的胶体溶液；
(3)对含有固相的胶体溶液采用离心分离，得到固相286克和过滤得到的胶体溶液；
(4)将固相用pH值为10的碳酸钠溶液淋洗后，用纯水洗涤2次，烘干，得到勃姆石微米粉末，粒度小于1.0微米，勃姆石微米粉末产品含有的成分及其质量百分含量为：Al2O3>99.9％，Na2O含量<20ppm，K2O含量<10ppm，Li2O含量<10ppm，MgO含量<20ppm，CaO含量<20ppm。
过滤得到的胶体溶液pH值为4，用氢氧化钠溶液进行中和，到pH值为10，采用离心分离，可以得到纳米级勃姆石粉末，经2次洗涤，烘干后得到勃姆石纳米粉末产品，勃姆石纳米粉末产品粒度小于80nm，勃姆石纳米粉末产品中含有的成分及其质量百分含量为：Al2O3含量>99.95％，Na2O含量<10ppm，K2O含量<10ppm，Li2O含量<10ppm，MgO含量<10ppm，CaO含量<10ppm。
实施例3
(1)取采用盐酸法处理高铝粉煤灰生产的产品AlCl3.6H2O晶体1000克，在空气气氛下450℃水解5小时，得到无定型氧化铝中间产物252克(无定型氧化铝中间产物含Cl的质量百分含量为0.8％)；
(2)将无定型氧化铝中间产物用4升纯水在高压釜中溶出8小时，溶出温度250℃，得到含有固相的胶体溶液；
(3)对含有固相的胶体溶液采用离心分离，得到固相293克和过滤得到的胶体溶液；
(4)将固相用pH值为10的氢氧化钾溶液淋洗后，用纯水洗涤2次，烘干，得到勃姆石微米粉末，粒度小于1.0微米，勃姆石微米粉末产品含有的成分及其质量百分含量为：Al2O3>99.95％，Na2O含量<10ppm，K2O含量<10ppm，Li2O含量<10ppm，MgO含量<20ppm，CaO含量<20ppm。
过滤得到的胶体溶液pH值为5，用氢氧化钠溶液进行中和，到pH值为8，采用离心分离，可以得到纳米级勃姆石粉末，经2次洗涤，烘干后得到勃姆石纳米粉末产品，勃姆石纳米粉末产品粒度小于80nm，勃姆石纳米粉末产品中含有的成分及其质量百分含量为：Al2O3含量>99.95％，Na2O含量<10ppm，K2O含量<10ppm，Li2O含量<10ppm，MgO含量<10ppm，CaO含量<10ppm。

Claims (10)

1.一种利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将AlCl3.6H2O晶体置于200～550℃中，进行水解，得到无定型氧化铝中间产物；无定型氧化铝中间产物中含有的Al2O3的质量百分比>90％，含有Cl的质量百分比为0.8～8％；
步骤2：将无定型氧化铝中间产物，采用常压水溶液溶出或加压高温水溶液溶出，溶出温度为70～300℃，得到含有勃姆石晶体粉末的胶体溶液；
步骤3：将含有勃姆石晶体粉末的胶体溶液进行固液分离，得到勃姆石晶体粉末和胶体溶液；
步骤4：
(1)将勃姆石晶体粉末，用pH值<10的弱碱液洗涤后，在用清水洗涤、烘干，得到利用氯化铝生产的勃姆石微米粉末；
(2)将胶体溶液进行聚沉，将得到的固相产品进行洗涤、烘干，得到利用氯化铝生产的勃姆石纳米粉末。
2.根据权利要求1所述的利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的AlCl3.6H2O晶体为采用盐酸法处理粉煤灰生产的产品。
3.根据权利要求1所述的利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，其特征在于，所述的步骤2中，在常压水溶液溶出，溶出温度为70～100℃，溶出时间为1h～5h；在加压高温水溶液溶出，溶出温度为100～300℃，溶出时间为30min～2h；其中，加压高温水溶液溶出，压力根据水溶液溶出温度确定。
4.根据权利要求1所述的利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，其特征在于，所述的步骤2中，在溶出过程中，伴随搅拌。
5.根据权利要求1所述的利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，其特征在于，所述的步骤2中，按固液比，无定型氧化铝中间产物：水＝(63～125)g：1000mL。
6.根据权利要求1所述的利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，其特征在于，所述的步骤3中，所述的固液分离，采用离心分离或加压过滤中的一种。
7.根据权利要求1所述的利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，其特征在于，所述的步骤4(1)中，弱碱液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、碳化钠水溶液、碳酸钾水溶液中的一种或几种的混合液。
8.根据权利要求1所述的利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，其特征在于，所述的步骤4(2)中，聚沉的方法为：调节pH值至≥8、离心、加入电解质中的一种。
9.根据权利要求1所述的利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，其特征在于，所述的聚沉方法为：向胶体溶液中，加入氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、碳化钠水溶液、碳酸钾水溶液中的一种或几种的混合液，进行聚沉。
10.根据权利要求1所述的利用氯化铝生产勃姆石微钠米粉末的方法，其特征在于，制备的勃姆石微米粉末的粒径为0.5～1.0μm；制备的勃姆石纳米粉末的粒径为≤100nm。
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