一种无水氯化铝的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无水氯化铝的制备方法，属于粉煤灰综合利用技术领域。
【背景技术】
[0002]三氯化招,分子式A1C13,英文名称Aluminum trichloride,密度2.44,酸性腐蚀品危险标记20，无水三氯化铝属于有机类化工产品，是制取染料的主要原料，广泛应用于催化剂的合成、石油裂解、合成染料、橡胶、医药、洗涤剂、香料、农药和有机铝化合物的制备，还用于金属冶炼和润湿油的加工等方面。近年来，随着全球铝土矿资源的日益枯竭，无水氯化铝的生产成本逐步降低，它最有可能成为取代氧化铝成为电解铝的原料来源。氯化铝电解炼铝的最大优点是能耗低，吨铝电耗9000?lOOOOKWh，阳极不消耗，氯气还可做到循环使用。
[0003]目前无水氯化铝制备主要有两种技术。一种是铝锭法，即采用氯气直接通过熔融金属铝，使两者直接接触制取，其反应式为:，铝锭法的特点是工艺流程简单，设备少，投资低，但由于采用金属铝作为原料成本较高。另一种是铝氧粉法，即采用氧化铝、氯气和碳作为原料，在一定的温度下，三者共同反应制取，其反应式为:，其中m+2n=3。铝氧粉法的特点是原料价格低，成本较之铝锭法低得多，但是综合成本还是偏高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种无水氯化铝的制备方法。以粉煤灰为原料生产无水氯化铝，为氯化铝熔盐电解法生产金属铝中无水氯化铝的制备提供一种能耗小、工艺简单、生产成本低，适合工业大型化生产的制备方法。
[0005]本发明的技术方案:
一种无水氯化铝的制备方法，该方法用粉煤灰或含铝大于30%的含铝矿为原料，用盐酸溶出得氯化铝溶液；经浓缩结晶得结晶氯化铝；将结晶氯化铝与固体碳混合后放入温度高于300°C，压力为常压或微负压的氯化炉中通入氯气，生成质量百分含量大于10%的无水氯化铝。
[0006]前述方法中，所述用盐酸溶出的氯化铝溶液是在电加热反应罐中进行溶出，用定量给料机将原料缓慢加入盐酸中，控制溶出条件:盐酸与原料摩尔比大于6.5、压力大于0.5Mpa、温度为大于100°C。
[0007]前述方法中，所述浓缩结晶是:将氯化铝溶液放在蒸发结晶罐内蒸发浓缩。
[0008]前述方法中，所述固体碳为石油焦、活性炭、木炭、煤焦或煅后焦。
[0009]前述方法中，所述氯化炉中的氯气与结晶氯化铝的摩尔比大于6.5 ;氯化炉中的固体碳与结晶氯化铝的摩尔比大于6.5。
[0010]前述方法中，所述质量百分含量大于10%的无水氯化铝经精制除杂得纯度大于95%的无水氯化铝。
[0011 ] 前述方法中，所述纯度为95%的无水氯化铝升温至178°C以上得纯度大于99%的无水氯化铝。
[0012]前述方法中，所述精制除杂根据氯化后气体的沸点差来进行分离，采用三级冷凝提纯法；第一级保持冷凝温度为280±10°C，冷凝大部分的FeC13气体；第二级保持冷凝温度为260±5°C，冷凝剩余的FeC13气体和微量的A1C13气体；第三级保持冷凝温度为160±2°C，完全冷凝A1C13气体而得到纯度大于95%的无水氯化铝。
[0013]前述方法中，所述精制除杂排放的尾气含有CO、C02、HCl、C12，经过水吸收HCl和一部分C12后再通入碱溶液吸收剩余的HCl和C12后排放。
[0014]与现有技术相比，本发明采用的技术具有原料价廉易得、能源消耗少、工艺简单、易于工业大型化生产等特点。由于上述特点本发明能够大大降低无水氯化铝的生产成本，尤其适用于氯化铝熔盐电解法生产金属铝中无水氯化铝的制备。
【具体实施方式】
[0015]下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
[0016]一种无水氯化铝的制备方法，用粉煤灰或含铝大于30%的含铝矿(如铝土矿、煤矸石等)为原料，用盐酸溶出得氯化铝溶液；经浓缩结晶得结晶氯化铝；将结晶氯化铝与固体碳(如石油焦、活性炭、木炭、煤焦、煅后焦等)用定量给料机按固体碳与结晶氯化铝的摩尔比大于6.5混合后加入温度高于300°C，压力为常压或微负压的氯化炉中，按氯气与结晶氯化铝的摩尔比大于6.5的比例通入氯气，原料和固体碳在氯化炉中反应后生成质量百分含量大于10%的无水氯化铝。如果要得到纯度更高的无水氯化铝，还可以经精制除杂得到纯度大于95%的无水氯化铝。再将95%的无水氯化铝加热至178°C以上还可得到纯度大于99%的无水氯化铝。
[0017]前述用盐酸溶出得氯化铝溶液是:在电加热反应罐中进行溶出，用定量给料机将原料缓慢加入盐酸中，控制溶出条件:盐酸与原料摩尔比大于6、压力大于0.5Mpa、温度大于100°C。前述浓缩结晶是:将氯化铝溶液放在蒸发结晶罐内蒸发浓缩。
[0018]氯化反应和精制除杂过程生成的气体有A1C13、FeC13、CO、C02、HCl、C12等，炉渣主要有:MgC12、CaC12、NaCl、KCl。炉渣定期排放，炉气通过三级冷却收集到FeC13、AlC13。第一级保持冷凝温度为280±10°C;第二级保持冷凝温度为260±5°C;第三级保持冷凝温度为160±2°C。其他尾气通过水吸收后再经碱液吸收后排入大气。
[0019]实施例:电加热反应罐，采用定量给料机将100g粉煤灰固体缓慢加入3600g 30%的盐酸溶液中，控制溶出压力0.5Mpa、温度为150°C，对粉煤灰进行盐酸溶出，得到含杂质较多的氯化铝溶液，反应生成的氯化铝溶液用蒸发结晶罐浓缩结晶得到结晶氯化铝2013g，与700g含碳98.5%的石油焦混合，用定量给料机加入氯化炉通入4270g氯气进行反应，控制氯化反应温度为400°C，氯化反应生成13.6%的A1C13混合气体7360g，其气体种类有A1C13、FeC13、CO、C02、HC1、C12 等，炉渣主要有:MgC12、CaCl2、NaCl、KCl。炉渣定期排放，炉气通过三级冷凝精制除杂收集到95%的无水三氯化铝1033g。再将95%的无水氯化铝加热至182°C升华冷凝收集得到99%的无水三氯化铝1023g，其尾气C0、C02、HC1、C12通过水吸收后再经碱液吸收后排入大气。
【主权项】
1.一种无水氯化铝的制备方法，其特征在于:该方法用粉煤灰或含铝大于30%的含铝矿为原料，用盐酸溶出得氯化铝溶液；经浓缩结晶得结晶氯化铝；将结晶氯化铝与固体碳混合后放入温度高于300°C，压力为常压或微负压的氯化炉中通入氯气，生成质量百分含量大于10%的无水氯化铝。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于:所述用盐酸溶出的氯化铝溶液是在电加热反应罐中进行溶出，用定量给料机将原料缓慢加入盐酸中，控制溶出条件:盐酸与原料摩尔比大于6.5、压力大于0.5Mpa、温度为大于10CTC。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于:所述浓缩结晶是:将氯化铝溶液放在蒸发结晶罐内蒸发浓缩。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于:所述固体碳为石油焦、活性炭、木炭、煤焦或煅后焦。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于:所述氯化炉中的氯气与结晶氯化铝的摩尔比大于6.5 ;氯化炉中的固体碳与结晶氯化铝的摩尔比大于6.5。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于:所述质量百分含量大于10%的无水氯化铝经精制除杂得纯度大于95%的无水氯化铝。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于:所述纯度为95%的无水氯化铝升温至178°C以上得纯度大于99%的无水氯化铝。
8.根据权利要求6所述方法，其特征在于:所述精制除杂根据氯化后气体的沸点差来进行分离，采用三级冷凝提纯法；第一级保持冷凝温度为280±10°C，冷凝大部分的FeC13气体；第二级保持冷凝温度为260±5°C，冷凝剩余的FeC13气体和微量的A1C13气体；第三级保持冷凝温度为160±2°C，完全冷凝A1C13气体而得到纯度大于95%的无水氯化铝。
9.根据权利要求6所述方法，其特征在于:所述精制除杂排放的尾气含有C0、C02、HC1、C12，经过水吸收HCl和一部分C12后再通入碱溶液吸收剩余的HCl和C12后排放。
【专利摘要】本发明公开了一种无水氯化铝的制备方法。用粉煤灰或含铝大于30%的含铝矿为原料，用盐酸溶出得氯化铝溶液；经浓缩结晶得结晶氯化铝；将结晶氯化铝与固体碳混合后放入温度高于300℃，压力为常压或微负压的氯化炉中通入氯气，生成质量百分含量大于10%的无水氯化铝混合气体，经过精制除杂得到纯度99%以上的无水氯化铝。本发明采用的技术具有原料价廉易得、能源消耗少、工艺简单、易于工业大型化生产等特点。
【IPC分类】C01F7-58
【公开号】CN104671270
【申请号】CN201310610471
【发明人】周小淞, 肖伟, 卢良油
【申请人】贵阳铝镁设计研究院有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年11月27日