一種從混合液中提取高純六水氯化鋁的方法與流程
2023-05-01 00:01:26 1
本發明涉及六水氯化鋁的生產技術，具體屬於一種從混合液中提取高純六水氯化鋁的方法。
背景技術：
煤矸石和粉煤灰是煤炭的生產和煤燃燒過程中產生的固體廢棄物，其主要化學組分為Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等，而其中Al2O3的含量一般都在40％以上。近年來，從煤矸石和粉煤灰中提取氧化鋁已經引起了研究人員廣泛的關注，為了提高其中鋁的溶出率，利用碳酸鈉活化後鹽酸浸取成為粉煤灰和煤矸石提鋁廣泛採用的工藝之一。該工藝得到的酸浸液通常可以通過加濃鹽酸結晶或蒸髮結晶的方法，可以得到六水氯化鋁產品。但是，由於活化階段引入了大量的碳酸鈉，導致鹽酸浸取液中除了含有氯化鋁之外，還含有大量的氯化鈉以及部分氯化鐵和氯化鈣，其中氯化鈣和氯化鐵由於含量低且結晶順序與氯化鋁有所差別，因此可以通過對蒸發濃縮結晶過程的調控而加以去除。然而，對於氯化鋁和氯化鈉，通過常規的加酸結晶或蒸髮結晶等現有的技術方法都難以實現有效分離，這就導致在六水氯化鋁結晶的過程中伴隨著大量的氯化鈉析出，導致六水氯化鋁產品的純度嚴重低於工業標準。此外，在六水氯化鋁的生產過程中由於常常需要加入濃鹽酸或通入氯化氫氣體來促進結晶的進行，因此生產成本也較大。
通常在六水氯化鋁的酸法工藝的生產過程中都存在六水氯化鋁和氯化鈉以及其他雜質的分離問題，且得到高純的六水氯化鋁較為困難。根據這些技術現狀，可以考慮使用新的技術方案，通過控制溶液的濃縮結晶率和化學性質的方法除去氯化鈉雜質，並製取高純六水氯化鋁產品。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種從混合液中提取高純六水氯化鋁的方法，該方法生產成本低，所提取的產物六水氯化鋁純度高。
本發明是通過如下技術方案實現的。
本發明是利用工業結晶生產中常用的具有物料循環、加熱、蒸發、結晶、液位或溶液體積計量功能的蒸髮結晶器完成的。
一種從混合液中提取高純六水氯化鋁的方法，包括如下步驟：
a)在蒸髮結晶器中加入含有氯化鋁、氯化鈉、氯化鈣和氯化鐵的混合液，根據混合液的液位記錄其初始體積，然後啟動蒸髮結晶器，將混合液的溫度控制在在35-85℃之間進行蒸發操作，在此期間不斷取樣檢測，直到混合液中出現結晶鹽顆粒；
b)根據蒸髮結晶器的液位來確定此時的混合液體積，然後繼續蒸發掉相當於此時混合液體積20％-50％的水量，使蒸髮結晶器內出現結晶鹽沉澱和濃縮混合液；
c)根據蒸髮結晶器的液位來確定結晶鹽沉澱和濃縮混合液的總體積，停止加熱和蒸發操作，並向濃縮混合液中加入相當於結晶鹽沉澱和濃縮混合液總體積10-55％、濃度在95％以上的工業酒精，使濃縮混合液在蒸髮結晶器中循環流動0.5-2小時，並使一部分結晶鹽沉澱再次重新溶解；
d)停止濃縮混合液的循環流動並靜置6-36小時，然後將沉積在蒸髮結晶器底部的結晶鹽排出，結晶鹽經離心脫水和乾燥後得到氯化鈉固體鹽；
e)根據蒸髮結晶器內的液位確定濃縮混合液的體積，啟動蒸髮結晶器並繼續蒸發掉相當於其體積10％-40％的水量，期間保持濃縮混合液在蒸髮結晶器中的循環流動、控制濃縮混合液溫度在35-85℃之間，然後關閉蒸髮結晶器；
f)濃縮混合液在靜置6-36小時後排出蒸髮結晶器中的上清液、分離出蒸髮結晶器底部沉澱的結晶鹽，將相當於步驟c)中結晶鹽沉澱和濃縮混合液總體積2-5％的淡水噴灑到結晶鹽表面，靜置1-3小時以後對結晶鹽進行離心脫水和乾燥，得到高純六水氯化鋁的固體鹽。
上述步驟a)中，所述的混合液中氯化鈉和氯化鋁的總質量含量應是其它雜質鹽組分總質量含量的5倍以上。
上述步驟c)中，所述的工業酒精還可以使用甲醇或乙醇等其它醇類液體來代替，還可以使用丙酮等酮類液體或乙醚等醚類液體來代替，還可以使用醇類、酮類、醚類液體的混合液體來代替。
上述步驟a)-f)中，所述的蒸髮結晶器的蒸發方式採用間歇操作的方式，在保證能夠準確計量混合液體積變化的條件下也可以採用連續操作的方式。
上述步驟e)中，所述的濃縮混合液中還可以注入氯化氫氣體或質量濃度≥37％的濃鹽酸以促進鹽組分的結晶。
本發明工藝方法簡單、易於操作且生產成本較低，能夠將混合液中氯化鈉和氯化鋁組分進行有效的分離，最終得到純度大於98％的高純六水氯化鋁產品。最後蒸髮結晶器中的尾液可以重新加入初始的混合液中，達到資源循環和綜合利用的目的。本發明實現了從現有鹽酸浸取液混合體系中分離高純六水氯化鋁的技術問題，具有顯著的實用性和很好的應用前景。
具體實施方式
下面通過具體實施例來進一步說明本發明。
實施例1
一種從混合液中提取高純六水氯化鋁的方法：
所使用的混合液含有氯化鈉和氯化鋁組分，其中氯化鈉濃度為52.01g/L、氯化鋁濃度為78.32g/L，還含有濃度為6.92g/L的氯化鐵和濃度3.62g/L的氯化鈣等雜質鹽組分。混合液中氯化鈉和氯化鋁的總質量含量是其它雜質鹽組分總質量含量的12.37倍。
利用工業結晶生產中常用的具有物料循環、加熱、蒸發、結晶、液位計量功能的OSLO型蒸髮結晶器，採用間歇操作的蒸發方式，包括如下步驟：
a)在蒸髮結晶器中加入含有氯化鋁、氯化鈉、氯化鈣和氯化鐵的混合液，根據混合液的液位記錄其初始體積，然後啟動蒸髮結晶器，將混合液的溫度控制在在82-85℃之間進行蒸發操作，在此期間不斷取樣檢測，直到混合液中出現結晶鹽顆粒；
b)根據蒸髮結晶器的液位來確定此時的混合液體積，然後繼續蒸發掉相當於此時混合液體積45％的水量，使蒸髮結晶器內出現結晶鹽沉澱和濃縮混合液；
c)根據蒸髮結晶器的液位來確定結晶鹽沉澱和濃縮混合液的總體積，停止加熱和蒸發操作，並向濃縮混合液中加入相當於結晶鹽沉澱和濃縮混合液總體積55％、濃度在96％的工業酒精，使濃縮混合液在蒸髮結晶器中循環流動1.5小時，並使一部分結晶鹽沉澱再次重新溶解；
d)停止濃縮混合液的循環流動並靜置36小時，然後將沉積在蒸髮結晶器底部的結晶鹽排出，結晶鹽經離心脫水和乾燥後得到氯化鈉固體鹽；
e)根據蒸髮結晶器內的液位確定濃縮混合液的體積，啟動蒸髮結晶器並繼續蒸發掉相當於其體積40％的水量，期間保持濃縮混合液在蒸髮結晶器中的循環流動、控制濃縮混合液溫度在82-85℃之間，然後關閉蒸髮結晶器；
f)濃縮混合液在靜置36小時後排出蒸髮結晶器中的上清液、分離出蒸髮結晶器底部沉澱的結晶鹽，將相當於步驟c)中結晶鹽沉澱和濃縮混合液總體積5％的淡水噴灑到結晶鹽表面，靜置3小時以後對結晶鹽進行離心脫水和乾燥，得到高純六水氯化鋁的固體鹽。
採用如上步驟，每立方米的混合液可得到純度98.25％的氯化鈉固體鹽為40.74千克，相當於混合液中氯化鈉的提取率為76.97％；得到純度99.92％的六水氯化鋁固體鹽為51.22千克(含氯化鋁組分28.29千克)，相當於混合液中氯化鋁的提取率為35.88％。最後排放出蒸髮結晶器的尾液排出本流程並使用常規酸浸液結晶技術來繼續提取其中的各種元素。
實施例2
方法流程與實施例1相同，不同之處在於蒸髮結晶器在保證能夠準確計量混合液體積變化的條件下採用連續操作的蒸發方式；並且最後排放出蒸髮結晶器的尾液中，50％的尾液排放出流程並使用常規酸浸液結晶技術來繼續提取其中的各種元素、另外50％的尾液回收並重新混入初始的混合液中。
採用如上步驟，每立方米的初始混合液可得到純度97.85％的氯化鈉固體鹽為42.01千克，相當於混合液中氯化鈉的提取率為79.04％；得到純度99.94％的六水氯化鋁固體鹽為50.05千克(含氯化鋁組分27.67千克)，相當於混合液中氯化鋁的提取率為34.34％。
實施例3
方法流程與實施例1相同，不同之處在於步驟c)中使用甲醇、乙醇、丙酮的混合液體來代替工業酒精，該混合液體含有一定量的水分，其體積比相當於甲醇:乙醇:丙酮:水＝5:79:10:6；步驟e)中，向含有氯化鈉和氯化鋁的混合液中注入質量濃度37％的濃鹽酸以促進六水氯化鋁的結晶，濃鹽酸的注入體積量相當於此時混合液體積的1/3。
採用如上步驟，每立方米的初始混合液可得到純度98.30％的氯化鈉固體鹽為41.46千克，相當於混合液中氯化鈉的提取率為78.37％；得到純度99.91％的六水氯化鋁固體鹽為90.24千克(含氯化鋁組分49.84千克)，相當於混合液中氯化鋁的提取率為63.20％。