一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法
2023-06-04 01:51:26
一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法
【專利摘要】本發明公開一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法，包括：（1）將六水氯化鋁乾燥脫去大部分結晶水；（2）乾燥後的氯化鋁溶於醇中配置氯化鋁的醇溶液，採用真空蒸餾的方法脫去氯化鋁的醇溶液中水分；（3）脫水後的氯化鋁醇溶液與氨反應結晶生成AlCl3·NH3；（4）洗滌、過濾、乾燥得AlCl3·NH3晶體，並將乾燥後的晶體加熱分解脫氨製得無水氯化鋁；在各過程中氨氣、洗滌劑和結晶母液可循環使用；該工藝原料六水氯化鋁易得、操作方便，易於大規模生產，能耗低，產品成本低，對環境無汙染，製備的無水氯化鋁可作為有機合成和石油裂解的催化劑及電解法生產金屬鋁的原料。
【專利說明】一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無機鹽的製備方法，特別涉及一種製備無水氯化鋁的方法。
【背景技術】
[0002]無水三氯化鋁是重要的無機化工產品之一，主要用於有機合成催化劑、石油裂化催化劑，此外還廣泛應用於合成洗滌劑、農藥、染料、香料等。除了上述用途之外，無水三氯化鋁還被用來製備金屬鋁，這是70年代後期才出現的新興行業。據文獻報導用無水三氯化鋁製金屬鋁比目前國際上普遍應用的荷爾(Hall)法以氧化鋁作原料電解制金屬鋁，每噸鋁可節約電耗3000度左右，同時具有電爐單產高，可防止大氣汙染、電極壽命可以延長、操作溫度可以降低、可連續化生產等優點。美國鋁業公司曾於1976年建立了第一座年產1.5萬噸鋁的氯化鋁電解實驗工廠，並以氯化鋁為原料電解生產金屬鋁約7000噸。由於用氧化鋁製取無水氯化鋁成本高，且無水氯化鋁中要求雜質含量低，因而製備、儲備、運輸等過程工藝要求嚴，導致經濟性差，該公司不得不與1982年停止了該生產裝置。因此，經濟的製備無水氯化鋁是無水三氯化鋁電解制金屬鋁的關鍵。
[0003]目前，大多數企業一般採用鋁錠法生產無水氯化鋁，其具體方法是:預熱後的鋁錠投入密閉的氯化反應爐內，氯氣由上方順道管送入爐內，在800 — 900°C下發生氯化反應生成無水氯化鋁，經升華管進入冷凝器，被捕集析出晶體，即得成品。該工藝的不足是尾氣排放時需經洗滌塔用鹼水洗滌，另外是生產成本高。除此之外，也有少數企業用鋁氧粉法生產無水氯化鋁，如美國鋁業公司，國內的錦西化工廠。用鋁氧粉法生產無水氯化鋁主要原理是以氧化鋁為主要原 料，用煤作還原劑，氯氣作氧化劑，在850 — 950°C環境下反應生成無水氯化鋁，主要有固定床、流動床及沸騰床三種氯化工藝。該工藝存在以下不足:一是尾氣中含少量氯氣，需處理後排放；二是製取的無水氯化鋁純度低，需升華精製才能得到高純度的無水氯化鋁；三是工藝流程複雜，不易操作。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是:提供一種製備無水氯化鋁的方法，製備無水氯化鋁的原料來源廣泛，工藝簡單，成本低，無廢氣排放，且製得的無水氯化鋁純度高。
[0005]本發明的技術方案為:一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法，包括以下步驟:
(1)六水氯化鋁乾燥脫去大部分結晶水；
(2)乾燥後的氯化鋁溶於醇中配置氯化鋁的醇溶液，採用真空蒸餾的方法脫去氯化鋁的醇溶液中水分；
(3)脫水後的氯化鋁醇溶液與氨反應結晶生成AlCl3.NH3 ；
(4)洗滌、過濾、乾燥得AlCl3.NH3晶體，並將乾燥後的晶體加熱分解脫氨製得無水氯化招。
[0006]所述的步驟(1)中，六水氯化鋁為市售產品或粉煤灰經鹽酸浸取後的浸取液經除雜，蒸發，濃縮和結晶後所形成的六水氯化鋁晶體。
[0007]所述的步驟(1)中，六水氯化鋁在110 — 170°C，通過流態化乾燥技術得到結晶水含量小於21.2%的氯化鋁粉體，六水氯化鋁乾燥脫水過程中不需刻意防止水解。
[0008]所述的步驟(2)中的醇為甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、乙二醇和丙三醇中的一種或幾種的混合物。
[0009]所述的步驟(2)中，乾燥後的氯化鋁溶於醇中製備氯化鋁的醇溶液，加入氯化鋁含量10 — 15wt%的氯化銨。
[0010]所述的步驟(2)中，製備的氯化鋁的醇溶液採用真空蒸餾的方法脫除其中的水分，溫度100 — 150°c，真空度500 — 700mmHg，直至溶液含水量小於1.5%。
[0011]所述的步驟(3)中，結晶母液首先用液氨飽和，然後與氨氣逆流操作，在流化床反應結晶器中反應生成AlCl3.NH3晶體，結晶溫度控制在20 — 50°C，停留時間30 — 150min。
[0012]所述的步驟(4)中，AlCl3.NH3晶體選擇用被氨飽和的醇作為洗滌劑，洗滌後的AlCl3.NH3晶體在80- 110°C下乾燥。
[0013]所述的步驟(4)中，乾燥的AlCl3.ΝΗ3晶體在300-400°C條件下反應60 — 150min,
經捕集得到氨與無水氯化鋁混合氣體，再將混合氣體冷卻到室溫獲得固體無水氯化鋁，分離出來的氨循環利用。
[0014]所述的在整個過程中氨氣、洗滌劑和結晶母液可循環使用。
[0015]本發明的優點有:
(O原料六水氯化鋁來源廣泛，且生產成本低。
[0016](2)六水氯化鋁乾燥脫水過程不需刻意防止水解，易操作、工藝條件範圍寬。
[0017](3)由於六水氯化鋁首先通過乾燥已脫去大部分結晶水，因此可降低製備單位重量無水氯化鋁所需要的有機溶劑(醇)的用量，同時可降低單位產品無水有機介質循環量，提高單位有機溶劑的氯化鋁的產出率，降低能耗。
[0018](4)反應結晶製備AlCl3 ^成前，採用乾燥和真空蒸餾的方法，幾乎完全除去水分，消除了水分對AlCl3.NH3晶體質量的影響。
[0019](5) AlCl3.NH3反應結晶過程採用流化床反應結晶器，強化了過程的傳質和傳熱，提高了晶體粒徑分布的均勻性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1本發明的六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0021]一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法，包括以下步驟:
(1)六水氯化鋁乾燥脫去大部分結晶水；
(2)乾燥後的 氯化鋁溶於醇中配置氯化鋁的醇溶液，採用真空蒸餾的方法脫去氯化鋁的醇溶液中水分；
(3)脫水後的氯化鋁醇溶液與氨反應結晶生成AlCl3.NH3 ；
(4)洗滌、過濾、乾燥得AlCl3.NH3晶體，並將乾燥後的晶體加熱分解脫氨製得無水氯化招。[0022]所述的步驟(1)中，六水氯化鋁為市售產品或粉煤灰經鹽酸浸取後的浸取液經除雜，蒸發，濃縮和結晶後所形成的六水氯化鋁晶體。
[0023]步驟(1)中，六水氯化鋁在110 — 170°C，通過流態化乾燥技術得到結晶水含量小於21.2%的氯化鋁粉體，六水氯化鋁乾燥脫水過程中不需刻意防止水解。
[0024]步驟(2 )中的醇為甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、乙二醇和丙三醇中的一種或幾種的混合物。
[0025]步驟(2)中，乾燥後的氯化鋁溶於醇中製備氯化鋁的醇溶液，加入氯化鋁含量10- 15wt%的氯化銨。
[0026]步驟(2)中，製備的氯化鋁的醇溶液採用真空蒸餾的方法脫除其中的水分，溫度100- 150°C，真空度500 — 700mmHg，直至溶液含水量小於1.5%。
[0027]步驟(3)中，結晶母液首先用液氨飽和，然後與氨氣逆流操作，在流化床反應結晶器中反應生成AlCl3.NH3晶體，結晶溫度控制在20 — 50°C，停留時間30 — 150min。
[0028]步驟(4)中，AlCl3 -NH3晶體選擇用被氨飽和的醇作為洗滌劑，洗滌後的AlCl3 -NH3晶體在80 — 110°C下乾燥。
[0029]步驟(4)中，乾燥的AlCl3.ΝΗ3晶體在300-400°C條件下反應60 — 150min，經捕集得到氨與無水氯化鋁混合氣體，再將混合氣體冷卻到室溫獲得固體無水氯化鋁，分離出來的氨循環利用。在整個過程中氨氣、洗滌劑和結晶母液可循環使用。 [0030]以下結合附圖和實施例對本發明進行詳細的說明 實施例1
取400克六水氯化招,在150°c下乾燥脫水,乾燥後重量246克,失重154克。六水氯化鋁在150°C下乾燥，發生部分水解，乾燥產物中AlCl3.H2O佔68.2%。
[0031]實施例2
將六水氯化鋁經150°C下乾燥後密封保存。取乾燥後的氯化鋁粉體150克溶於1000ml乙二醇溶劑中，同時加入35克氯化銨，採用卡爾-費休法測定溶液的含水量為
2.45%。將配置的溶液置於2000ml的三口蒸餾瓶中，在真空度650mmHg，溫度150°C條件下間歇真空蒸餾脫水操作180min，測定真空蒸餾脫水後的溶液含水量為0.87%。從蒸餾脫水後的溶液取出800ml氯化鋁的乙二醇溶液冷卻，加入100ml液氨，然後通入氯氣，在流化床反應結晶器中生成AlCl3.NH3沉澱，將其過濾後，用被液氨飽和的乙二醇洗滌三次，然後在80°C環境下乾燥2小時，得到86.6克AlCl3.NH3晶體，氯化鋁的收率為85.3%。
[0032]實施例3
取100克六水氯化鋁，不經乾燥，直接溶於1000ml乙二醇中，採用卡爾-費休法測定溶液的含水量為6.8%。配置的氯化鋁的乙醇溶液不經過真空蒸餾脫水的步驟，直接進行反應結晶過程(反應結晶、過濾、洗滌和乾燥過程)與實例2相同，結果得到的AlCl3.NH3晶體不純，經分析知其中AlCl3.NH3的含量約為91%。
[0033]實施例4
將實例2得到的AlCl3.NH3晶體50克放在石英玻璃杯中，置於可控電爐中逐步升溫，在360°C條件下，保持120 min脫除氨，得到無水氯化鋁，經分析知所得無水氯化鋁的純度為 99.4%ο
【權利要求】
1.一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法，其特徵在於:包括以下步驟: (1)六水氯化鋁乾燥脫去大部分結晶水； (2)乾燥後的氯化鋁溶於醇中配置氯化鋁的醇溶液，採用真空蒸餾的方法脫去氯化鋁的醇溶液中水分； (3)脫水後的氯化鋁醇溶液與氨反應結晶生成AlCl3.NH3 ； (4)洗滌、過濾、乾燥得AlCl3.NH3晶體，並將乾燥後的晶體加熱分解脫氨製得無水氯化招。
2.根據權利要求1所述的一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法，其特徵在於:步驟(1)中，六水氯化鋁為市售產品或粉煤灰經鹽酸浸取後的浸取液經除雜，蒸發，濃縮和結晶後所形成的六水氯化鋁晶體。
3.根據權利要求1所述的一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法，其特徵在於:步驟(1)中，六水氯化鋁在110 — 170°C，通過流態化乾燥技術得到結晶水含量小於21.2%的氯化鋁粉體，六水氯化鋁乾燥脫水過程中不需刻意防止水解。
4.根據權利要求1所述的一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法，其特徵在於:步驟(2)中的醇為甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、乙二醇和丙三醇中的一種或幾種的混合物。
5.根據權利要求1所述的一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法，其特徵在於:步驟(2)中，乾燥後的氯化鋁溶於醇中製備氯化鋁的醇溶液，加入氯化鋁含量10 —15wt%的氯化銨。
6.根據權利要求1所述的一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法，其特徵在於:步驟(2)中，製備的氯化鋁的醇溶液採用真空蒸餾的方法脫除其中的水分，溫度100 —150°C，真空度500 — 700mmHg，直至溶液含水量小於1.5%。
7.根據權利要求1所述的一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法，其特徵在於:步驟(3)中，結晶母液首先用液氨飽和，然後與氨氣逆流操作，在流化床反應結晶器中反應生成AlCl3.NH3晶體，結晶溫度控制在20 — 50°C，停留時間30 — 150min。
8.根據權利要求1所述的一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法，其特徵在於:步驟(4)中，AlCl3.NH3晶體選擇用被氨飽和的醇作為洗滌劑，洗滌後的AlCl3.NH3晶體在80 — 110°C下乾燥。
9.根據權利要求1所述的一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法，其特徵在於:步驟(4)中，乾燥的AlCl3.NH3晶體在300-400°C條件下反應60 — 150min，經捕集得到氨與無水氯化鋁混合氣體，再將混合氣體冷卻到室溫獲得固體無水氯化鋁，分離出來的氨循環利用。
10.根據權利要求1所述的一種由六水氯化鋁脫水製備無水氯化鋁的方法，其特徵在於:在整個過程中氨氣、洗滌劑和結晶母液可循環使用。
【文檔編號】C01F7/58GK103803622SQ201210436788
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月6日 優先權日:2012年11月6日
【發明者】馬家玉 申請人:貴陽鋁鎂設計研究院有限公司