CN114349035A

CN114349035A - 一种固体氯基铝溶胶产品的制备工艺及装置

Info

Publication number: CN114349035A
Application number: CN202111514610.XA
Authority: CN
Inventors: 华峰君; 刘丰; 邹开通; 岑诗雨
Original assignee: Ningbo Dapu New Material Technology Co ltd
Current assignee: Ningbo Dapu New Material Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2022-04-15

Abstract

本发明公开了一种固体氯基铝溶胶产品的制备工艺及装置。本发明利用氢氧化铝晶体和盐酸溶液溶解反应得到氯化铝溶液，通过一步法制备固体铝溶胶产品，具体的，将氯化铝溶液加入真空耙式干燥机，经脱水浓缩结晶，聚合反应得到制备出的产品方便储藏和运输，不需保温，全天候使用方便，适合于无机催化剂应用的粘结剂，还适用于陶瓷、造纸、废水处理、净水剂及磨料粘结剂等领域；本发明完全摒弃了传统液体铝溶胶的以金属铝作为原料的，本发明的生产过程不产生氢气，设备设计及工艺操作无需防爆进行，操作安全，适合于工业化生产。

Description

一种固体氯基铝溶胶产品的制备工艺及装置

技术领域

本发明涉及铝溶胶技术领域，特别涉及一种固体氯基铝溶胶产品的制备工艺及装置。

背景技术

氯基铝溶胶指的是碱式氯化铝溶胶，或分子简式为Al₂(OH)_nCl_(6-n)，n＝0～5，通常在水溶液里以一种无机多聚合氯化铝结构存在。它目前具有广泛的工业应用，主要应用于陶瓷、造纸、废水处理等领域。近几年来，铝溶胶在炼油裂化催化催化剂生产得到广泛的商业应用，它作为粘接剂，可替代硅溶胶，产生更好的水热稳定性。

公开号为CN111994932A的发明专利公开了一种制备碱式氯化铝固体的工艺，其特征在于，利用流化干燥粉碎装置对氯化铝晶体进行干燥粉碎，制备得到碱式氯化铝固体，我公司在此基础上进行延伸，从氢铝出发制备固体氯基铝溶胶产品。

目前，生产的氯基铝溶胶，以盐酸或氯化铝为基本原料，在酸性条件下金属铝和盐酸或氯化铝进行，生产过程存在严重的酸腐蚀和氯腐蚀。因使用金属铝，是铝锭或者是废铝。为满足反应釜搅拌，铝锭需要加工成铝条铝饼、铝丝、铝屑或铝粉。使用金属铝，反应产物产生氢气，对反应釜，生产线和工艺过程设计和操作有防爆炸要求，铝锭纯度要求高，从铝锭来的杂质带入到产品，对催化剂粘结和性能产生负面影响。最重要的缺点是产物固体含量低，凝固点高，对气候敏感，尤其在霜冻天，铝溶胶凝固，粘结性无法恢复。

根据工业迅速发展和环保的实际需要，研发出一种原料易得、工艺合理制备固体氯基铝溶胶产品的是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体氯基铝溶胶产品的制备工艺及装置，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

第一方面，本发明提供的一种固体氯基铝溶胶产品的制备工艺，包括如下步骤：

(1)将氢氧化铝晶体和盐酸溶液混合，在温度为60～120℃、气压为0.1～2.0MPa的条件下进行溶解反应，经1～12小时溶解得到氯化铝溶液；

(2)将步骤(1)所得的氯化铝溶液加入真空耙式干燥机中，调节真空耙式干燥机的温度、气压和转速，在温度为150～300℃、气压为10～150KPa的条件下以5～60r/min的转速进行聚合反应，经聚合反应1～12小时即得产品。

本发明提供的工艺流程图如图1所示。

优选的，在所述步骤(1)中，所述氢氧化铝晶体中铝含量为31～38％。

优选的，在所述步骤(1)中，所述盐酸溶液中盐酸的质量浓度为10～31％。

优选的，在所述步骤(1)中，所述盐酸溶液中氯元素与所述氢氧化铝晶体中铝元素的摩尔比为1.5～3.5:1。

优选的，步骤(1)所得的氯化铝溶液中铝含量为5～15％，氯化铝的质量浓度为10～38％。

可以理解的是，在步骤(1)中，以氢氧化铝晶体为主要原料生产氯化铝溶液，发生的化学反应式如下：

Al(OH)₃+3HCl＝AlCl₃+3H₂O。

优选的，在所述步骤(2)中，所述氯化铝晶体的粒径为20～500μm。

优选的，在所述步骤(2)中，所述固体氯基铝溶胶产品中铝含量为18～32％，氯含量为18～32％。

可以理解的是，在步骤(2)中，氯化铝溶液耙干聚合，生产出不同型号的固体氯基铝溶胶产品，化学反应式如下：

其中，n＝1,2,3,4,5。

优选的，在步骤(2)中，真空耙式干燥机排出的尾气经冷凝器冷却后进入吸收塔进行尾气吸收，通过浓缩富集尾气中的氯化氢气体，获得回收的盐酸溶液，所述回收的盐酸溶液的质量浓度为10～31％，作为氢氧化铝溶解的原材料进行回收。

第二方面，本发明提供的一种实施第一方面所述的真空耙式干燥机，包括包括干燥筒体、进料机构、搅拌机构、传动机构、除尘机构及出料机构；所述干燥筒体包括内筒体、夹套，所述内筒体外安装有夹套，所述夹套与所述内筒体之间设置有加热腔，所述内筒体的两端分别设置有端盖；所述夹套的底部设置有与所述加热腔连通的介质入口，所述夹套的顶部设置有与所述加热腔连通的介质出口；所述进料机构包括进料筒，所述进料筒穿过所述夹套后与所述内筒体固定连通，所述进料筒的上端开口处设置有进料盖板；所述搅拌机构包括转轴、耙齿，所述转轴贯穿所述内筒体，所述耙齿的一端垂直安装于所述转轴上，所述转轴两端分别与两个端盖转动配合；所述传动机构包括电机、减速机，所述电机与减速机传动连接，所述减速机与所述转轴传动连接；所述除尘机构包括除尘机体，所述除尘机体的下端贯穿所述夹套后与所述内筒体连通，所述除尘机体内设置有除尘过滤组件，所述除尘机体的顶部设置有抽气口，所述抽气口与真空冷凝系统相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过一步法制备固体氯基铝溶胶产品，具有储藏，运输，不需保温，全天候使用方便，适合于无机催化剂应用的粘结剂，还适用于陶瓷、造纸、废水处理、净水剂及磨料粘结剂等领域；

本发明完全摒弃本发明完全摒弃了传统液体铝溶胶的以金属铝作为原料的，因制备工艺不同，本发明的生产过程不产生氢气，设备设计及工艺操作无需防爆进行，操作安全，适合于工业化生产；

本发明还回收真空耙式干燥机排出尾气，通过浓缩富集尾气中的氯化氢气体得到盐酸，回收得到的盐酸全部用于氢铝溶解反应，从而形成封闭的生产体系，无废弃物排放，对环境友好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的工艺流程图；

图2为本发明提供的真空耙式干燥机的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，本发明所述的“常压”是指一个标准大气压。

实施例1

将20Kg的氢氧化铝固体(铝含量为31％)、68Kg的盐酸溶液(盐酸溶液中盐酸的质量浓度为31％)加入溶解釜中，在60℃、常压条件下进行溶解反应，经12小时溶解后得到氯化铝溶液(铝含量为9％)，将所得的氯化铝溶液加入真空耙式干燥机中，将真空耙式干燥机的温度调至150℃，压强调至150Kpa，以40r/min的转速保温保压聚合12小时，得到固体氯基铝溶胶产品，经检测固体氯基铝溶胶产品的产量为32Kg，铝含量为19％、氯含量为30％，收率(按氧化铝计算)为98％，平均粒径为120μm。

真空耙式干燥机排出的尾气经冷凝器冷却后进入吸收塔进行尾气吸收，通过浓缩富集来自尾气中的氯化氢气体，获得回收的盐酸溶液，经检测，回收盐酸的质量为109Kg，回收的盐酸溶液的质量浓度为10％，盐酸回收率为90％。

实施例2

将20Kg的氢氧化铝(铝含量为31％)、129Kg的盐酸溶液(盐酸溶液中盐酸的质量浓度为28％)加入溶解釜中，在120℃、2.0MPa条件下进行溶解反应，经6小时溶解后得到氯化铝溶液(铝含量为5％)，将所得的氯化铝溶液加入真空耙式干燥机中，将真空耙式干燥机的温度调至230℃，压强调至150Kpa，以5r/min的转速保温保压聚合12小时，得到固体氯基铝溶胶产品，经检测固体氯基铝溶胶产品的产量为24Kg，铝含量为31％、氯含量为18％，收率(按氧化铝计算)为98％，平均粒径为480μm。

真空耙式干燥机排出的尾气经冷凝器冷却后进入吸收塔进行尾气吸收，通过浓缩富集来自尾气中的氯化氢气体，获得回收的盐酸溶液，经检测，回收盐酸溶液的质量为97Kg，回收盐酸溶液中盐酸的质量浓度为31％，盐酸回收率为95％。

实施例3

将20Kg的氢氧化铝(铝含量为38％)、66Kg的盐酸溶液(盐酸溶液中盐酸的质量浓度为31％)加入溶解釜中，在120℃、1.5MPa条件下进行溶解反应，经1小时溶解后得到氯化铝溶液(铝含量为9％)，将所得的氯化铝溶液加入真空耙式干燥机中，将真空耙式干燥机的温度调至230℃，压强调至10Kpa，以60r/min的转速保温保压聚合2小时，得到固体氯基铝溶胶产品，经检测固体氯基铝溶胶产品的产量为26Kg，铝含量为29％、氯含量为20％，收率(按氧化铝计算)为98％，平均粒径为20μm。

真空耙式干燥机排出的尾气经冷凝器冷却后进入吸收塔进行尾气吸收，浓缩富集来自尾气中的氯化氢气体，回收盐酸溶液，经检测，回收盐酸溶液的质量为75Kg，回收盐酸溶液中盐酸的质量浓度为20％，盐酸回收率为97％。

实施例4

将20Kg的氢氧化铝(铝含量为31％)、154Kg的盐酸溶液(盐酸溶液中盐酸的质量浓度为10％)加入溶解釜中，在120℃、1.5MPa压强条件下进行溶解反应，经6小时溶解后得到氯化铝溶液(铝含量为5％)，将所得的氯化铝溶液加入真空耙式干燥机中，将真空耙式干燥机的温度调至200℃，压强调至150Kpa，以20r/min的转速保温保压聚合6小时，得到固体氯基铝溶胶产品，经检测固体氯基铝溶胶产品的产量为28Kg，铝含量为27％、氯含量为22％，收率(按氧化铝计算)为99％。平均粒径为251μm。

真空耙式干燥机排出的尾气经冷凝器冷却后进入吸收塔进行尾气吸收，浓缩富集来自尾气中的氯化氢气体，回收盐酸溶液，经检测，回收盐酸溶液的质量为59Kg，回收盐酸溶液中盐酸的质量浓度为15％，盐酸回收率为95％。

实施例5

将20Kg的氢氧化铝(铝含量为38％)、51Kg的盐酸溶液(盐酸溶液中盐酸的质量浓度为31％)加入溶解釜中，在90℃、常压条件下进行溶解反应，经12小时溶解后得到氯化铝溶液(铝含量为15％)，将所得的氯化铝溶液加入真空耙式干燥机中，将真空耙式干燥机的温度调至150℃，压强调至150Kpa，以20r/min的转速保温保压聚合12小时，得到固体氯基铝溶胶产品，经检测固体氯基铝溶胶产品的产量为30Kg，铝含量为25％、氯含量为22％，收率(按氧化铝计算)为99％，平均粒径为400μm。

真空耙式干燥机排出的尾气经冷凝器冷却后进入吸收塔进行尾气吸收，通过浓缩富集来自尾气中的氯化氢气体，获得回收的盐酸溶液，经检测，回收盐酸溶液的质量为56Kg，回收盐酸溶液中盐酸的质量浓度为15％，盐酸回收率为95％。

实施例6氯铝比对产品的影响

为了进一步说明本发明的有益效果，本实施例采用与实施例3类似的制备方法制得固体氯基铝溶胶产品，区别仅在于氢氧化铝和盐酸溶液的重量不同，以研究不同氯铝比对产品的影响。具体如表1所示。

表1氯铝比对产品的影响

实施例7聚合时间对产品的影响

为了进一步说明本发明的有益效果，本实施例采用与实施例3类似的制备方法制得固体氯基铝溶胶产品，区别仅在于聚合时间不同，以研究不同聚合时间对产品的影响。具体如表2所示。

表2聚合时间对产品的影响

实施例8聚合温度对产品的影响

为了进一步说明本发明的有益效果，本实施例采用与实施例3类似的制备方法制得固体氯基铝溶胶产品，区别仅在于聚合时间不同，以研究不同聚合温度对产品的影响。具体如表3所示。

表3聚合温度对产品的影响

参见图2，上述实施例中涉及的真空耙式干燥机包括干燥筒体100、进料机构200、搅拌机构300、传动机构400、除尘机构500及出料机构600；干燥筒体100包括内筒体101、夹套102，内筒体101内安装有温度传感器及气压传感器，内筒体101外安装有夹套102，夹套102与内筒体101之间设置有加热腔103，内筒体101的两端分别设置有端盖104；夹套102的底部设置有与加热腔103连通的介质入口105，夹套102的顶部设置有与加热腔103连通的介质出口106；进料机构200包括进料筒201，进料筒201穿过夹套101后与内筒体101固定连通，进料筒201的上端开口处设置有进料盖板202；搅拌机构300包括转轴301、耙齿302，转轴301贯穿内筒体101，耙齿302的一端垂直安装于转轴301上，转轴301两端分别与两个端盖104转动配合；传动机构400包括电机401、减速机402，电机401与减速机402传动连接，减速机402与转轴301传动连接；除尘机构500包括除尘机体501，除尘机体501的下端贯穿夹套102后设置于所述内筒体101的底部，除尘机体501内设置有除尘过滤组件，除尘机体501的顶部设置有抽气口505，抽气口505与真空冷凝系统连接；出料机构600设置于干燥筒体100的底部。

在本发明中，将介质入口105通过导管和流量控制阀与外部加热器的出口连接，介质出口106通过导管与外部加热器的进口连接，介质(如蒸汽或热油)经由介质入口105进入加热腔103，对真空耙式干燥机内的物料进行加热，后经介质出口106回流至加热器进行加热循环；内筒体101内产生的气体通过除尘机构500过滤后，经抽气口505排出进入外部的真空冷凝系统，由于搅拌机构300对干燥筒体100内的物料进行翻动，使进入除尘机体501的气体中携带有物料粉尘，而除尘过滤组件可过滤掉物料粉尘，避免粉尘进入真空泵、冷凝器。内筒体101内的气压可通过真空泵进行调节，通过调节真空泵与大气连接的放气口的密封程度来调节气压。内筒体101内的温度可通过控制介质流量来调节。

除尘过滤组件的上方设置有反吹气管502，反吹气管502的一端贯穿除尘机体501后与反吹气包503连通，反吹气管502上设置有电磁阀504。本发明由电磁阀定时控制反吹气包503内的反吹气体反吹除尘过滤组件，以防止除尘过滤组件阻塞，有利于提高整体的耙干收率。耙干物料可以是粉体物料，也可以是液体原料；还可以是固液混合物料。

除尘过滤组件包括支架506及布袋507，支架506安装于除尘机体501内，布袋507嵌套在并固定支架506上。

除尘机体501的外壁上设置有电伴热装置(图中未示出)。若内筒体101内产生的气体为酸性气体，电伴热装置可对进入除尘机体501的酸性气体进行加热，防止进入除尘机体501的酸性气体冷凝而再次流入内筒体101，从而进入物料，保证酸气从抽气口505彻底排出。

在本发明一具体实施例中，端盖104上安装有喷淋头107，喷淋头107的喷射方向朝内筒体101内。通过喷淋头107在不停机的状态下加入液体助剂。

端盖104上安装有视窗108，通过视窗108可观测真空耙式干燥机内物料的流动状态，以便工作人员根据流动状态实时调整，通过喷淋头107加入液体助剂。

内筒体101的底部设置有出料口109，出料机构600包括放料阀601，放料阀601安装于出料口601处，放料阀601上设置有出料手轮602，用于控制放料阀602进行放料包装或溶解使用。

传动机构400还包括轴承座403，轴承座403的一侧与端盖104的外壁面固定连接，转轴301与轴承座403通过轴承404转动配合。

转轴301与端盖104通过单端面机械密封303和填料密封304连接。

干燥筒体100、电机401及减速机402分别安装于机架700上。

耙齿302的数量不少于三个且交错等间距分布于转轴301上。

综上所述，本发明以传统的真空耙式干燥机与布袋式过滤机构相结合，创造出一种具有耐酸碱腐蚀及较大过滤面积的真空耙式干燥机，利用布袋除尘结构，捕获跑损的粒径较小的颗粒，并利用设计的反吹气流，将捕获的颗粒返回到干燥筒体100内，提高收率，利用电伴热装置加热，保证酸气不液化回流，并将酸性气体全部抽出，防止酸气停留对设备腐蚀。本发明提供的真空耙式干燥机的侧面设置视窗108和喷淋头107，以观察内部物料的耙干情况及助剂的加入情况，在不停机的情况下，将所需液体助剂均匀喷涂于物料表面，达到均匀反应和提升化工材料特定性能的能力。本发明提供的真空耙式干燥机壳适用于氯化物、硫酸盐、硝酸盐及磷酸盐等无机材料，在本发明中，用于接触物料的部件均采用现有表面处理技术增加抗磨损性能及耐酸碱腐蚀性能，保证设备的长期稳定运行，所述干燥筒体100的容积在5L-4m³的范围内。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种固体氯基铝溶胶产品的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将氢氧化铝晶体和盐酸溶液混合，在温度为60～120℃、气压为0.1～2MPa的条件下进行溶解反应，经1～12小时溶解得到氯化铝溶液；

2.根据权利要求1所述的固体氯基铝溶胶产品的制备工艺，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述氢氧化铝晶体中铝含量为31～38％。

3.根据权利要求1所述的固体氯基铝溶胶产品的制备工艺，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述盐酸溶液中盐酸的质量浓度为10～31％。

4.根据权利要求1所述的固体氯基铝溶胶产品的制备工艺，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述盐酸溶液中氯元素与所述氢氧化铝晶体中铝元素的摩尔比为1.5～3.5:1。

5.根据权利要求1所述的固体氯基铝溶胶产品的制备工艺，其特征在于，步骤(1)所得的氯化铝溶液中铝含量为5～15％，氯化铝的质量浓度为10～38％。

6.根据权利要求1所述的固体氯基铝溶胶产品的制备工艺，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述氯化铝晶体的粒径为20～500μm。

7.根据权利要求1所述的固体氯基铝溶胶产品的制备工艺，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述固体氯基铝溶胶产品中铝含量为18～32％，氯含量为18～32％。

8.根据权利要求1所述的固体氯基铝溶胶产品的制备工艺，其特征在于，在步骤(2)中，真空耙式干燥机排出的尾气，通过浓缩富集尾气中的氯化氢气体，获得回收的盐酸溶液，盐酸。

9.根据权利要求8所述的固体氯基铝溶胶产品的制备工艺，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述回收的盐酸溶液的质量浓度为10～31％。

10.一种实施权利要求1所述的真空耙式干燥机，其特征在于，包括包括干燥筒体、进料机构、搅拌机构、传动机构、除尘机构及出料机构；所述干燥筒体包括内筒体、夹套，所述内筒体外安装有夹套，所述夹套与所述内筒体之间设置有加热腔，所述内筒体的两端分别设置有端盖；所述夹套的底部设置有与所述加热腔连通的介质入口，所述夹套的顶部设置有与所述加热腔连通的介质出口；所述进料机构包括进料筒，所述进料筒穿过所述夹套后与所述内筒体固定连通，所述进料筒的上端开口处设置有进料盖板；所述搅拌机构包括转轴、耙齿，所述转轴贯穿所述内筒体，所述耙齿的一端垂直安装于所述转轴上，所述转轴两端分别与两个端盖转动配合；所述传动机构包括电机、减速机，所述电机与减速机传动连接，所述减速机与所述转轴传动连接；所述除尘机构包括除尘机体，所述除尘机体的下端贯穿所述夹套后与所述内筒体连通，所述除尘机体内设置有除尘过滤组件，所述除尘机体的顶部设置有抽气口，与真空冷凝系统相连，形成负压，利于酸气的及时抽出；所述端盖上安装有喷淋头，适宜液体助剂的不停机均匀加入；所述出料机构设置于所述干燥筒体的底部。本发明设备经过表面处理增加抗磨损性能及耐酸碱腐蚀性能，保护设备的长期稳定运行，干燥筒体容积在5L-4m³的范围内。