一种制备碱式氯化铝固体粉末的工艺及其装置的制作方法

本发明属于氯化铝制备技术领域，特别涉及一种制备碱式氯化铝固体粉末的工艺及其装置。

背景技术：

碱式氯化铝,或分子简式为al2(oh)ncl(6-n).通常在水溶液里以一种无机多聚合氯化铝结构存在，工业上俗称铝溶胶.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。

gb1327712a专利中，提出通过氢氧化铝凝胶和新鲜制备的氯化铝反应，在水中制备碱式氯化铝胶体材料。这个专利已经失效。随后陆续有许多专利申请，适用于不同的工艺和设备，来制备碱式氯化铝材料，gb1327712a，gb1460966a，gb1531411a，au1975085638a1这些碱式氯化铝材料用水为介质，不溶于水，沉淀物经分离制的。这样的材料因不溶于水，颗粒大，并不是正真意义的的铝溶胶。直到1990年，才有加拿大的inwardpeterw提出全新的制备碱式铝溶胶的方法，在专利ca2014589a1中，金属铝粉溶解在氯化铝溶液中，形成铝氯比列1.7-2.2的溶胶。喷雾制备的铝溶胶，干燥生成固体碱式氯化铝。在欧洲专利ep0554562b1中，实现低铝/氯摩尔比例(0.33—0.66)的铝溶胶。在专利描述的方法是，用盐酸代替氯化铝，和金属铝在水中反应，制的碱式氯化铝溶液。在ep0256832b1专利中描述用其他卤素金属盐，譬如溴化铝代替氯化铝，在水中和金属铝反应，也能制备高铝氯比例的铝溶胶。专利ep0530598b1报告一中间歇式反应过程，而专利gb1462943a报告一种连续反应工艺过程。

在国内，专利cn107138115a发明一种间歇式反应釜，反应釜内搅拌充分搅拌铝丝，和酸反应。专利cn1054658c报告氯化铝在水溶液里和金属铝反应，制备铝氯比例为0.6—2.0铝溶胶。专利cn1051541a报告了类似的制备方法，使用废铝型材作为金属铝源，专利cn1054658c发明了一种电化学法制备铝溶胶方法，氯化铝水溶液直接电解，阳极为铝板，阴极为铁板。专利cn101264962a和cn110330043a报告制备方法类似，使用工业废氯化铝溶液或使用有机酸调节ph值，制备用于废水处理的絮凝剂。

专利cn1334241a发明一种生产聚合氯化铝的工艺，其特征在于：高岭土、煤系高岭土经粉碎后，采用动态悬浮煅烧窑炉煅烧活化，再与盐酸、调节剂一起在一个反应釜内，一次完成反应，一步生产出液体聚合氯化铝产品，分离、干燥后得固体聚合氯化铝。

其他专利cn106517729b，cn107434254b，cn101723471b，cn109748304a，cn103553106a报告废物再利用来技术(煤灰，稀土，高岭土，废硫酸等)，制造铝溶胶溶液。

最初发明的技术以氢氧化铝和氯化铝作为反应物，制备的是低铝氯比例的碱式氯化铝，存在没有反应的氧化铝杂质，没有粘性，无法用作粘结剂，技术已经淘汰。工业化成功的技术可以总结为两类，1)金属铝和氯化铝反应，2)金属铝和无机酸反应。发明使用的金属铝，可以是铝锭或者是废铝。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铝溶胶，对催化剂粘结和性能产生负面影响。最重要的缺点是反应必须在水溶液中进行，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。生产成本高，运输不便，尤其进出口物流成本高。

传统金属铝反应过程如下。

金属铝和盐酸的反应为：al+hcl+h2o→al2(oh)ncl(6-n)+h2，(n＝1,2,3,4,5)；

金属铝和氯化铝的反应为：alcl3+al+h2o→al2(oh)ncl(6-n)+h2，(n＝1,2,3,4,5)。

在专利gb1327712a和cn1334241a中，液体铝溶胶还需要进一步干燥，如喷雾干燥，才能制备固体碱式铝溶胶，无法一步完成。

技术实现要素：

本发明的第一个目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种制备碱式氯化铝固体粉末的工艺。

本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种制备碱式氯化铝固体粉末的工艺，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粉末，包括如下步骤：

s01：以氯化铝晶体为原料，用流化气流流化氯化铝晶体；

s02：流化后的氯化铝晶体随流化气流一起进入混合腔，在混合腔内与射入混合腔的循环气流发生碰撞，在混合腔中的热空气和湿物料接触，干燥物料，得到碱式氯化铝固体粉末；

s03:对步骤s02的碱式氯化铝固体粉末进行收集，并对副产物氯化氢气体和水蒸汽进行尾气处理。

优选地，流化气流和循环气流的温度在120-300℃之间。

优选地，循环气流的气压大于流化气流的气压。

优选地，步骤s01中，空气压缩机产生3-13个大气压的压缩空气，压缩空气经过加热装置加热后被分流阀分成压力不同的流化气流和循环气流。

优选地，步骤s01中，氯化铝晶体原料的铝含量为5-30％，氯含量为35-60％，其余组分为结晶水，结晶体颗粒大小100微米-3毫米。

优选地，步骤s03中，用吸收塔对氯化氢气体进行吸收，对水蒸汽进行冷凝，制备得到稀盐酸。

优选地，步骤s03中，制备得到的稀盐酸的浓度为5-18％，吸收塔内的温度在35-65℃。

本发明的第二个目的可通过下列技术方案来实现：一种流化干燥粉碎装置，其特征在于，包括空气压缩机、用于加热压缩空气的加热装置、粉碎混合装置、用于收集粉碎后的物料的收集装置，所述的加热装置设置有出气管道，所述的出气管道连接有第一连接管道和第二连接管道，所述的粉碎混合装置的顶部设置有进料口，所述的进料口和第一连接管道连通，所述的第一连接管道设置有进料装置，所述的粉碎混合装置内设置有横截面为圆形的混合腔，所述的粉碎混合装置的侧壁设置有用于使第二连接管道中的气体沿着圆的切线方向进入混合腔内的进气口，所述的进气口和第二连接管道连通，所述的粉碎混合装置的底部设置用于和收集装置连通的第一出料口，所述的第一出料口位于粉碎混合装置的中部；所述的出气管道、第一连接管道、第二连接管道的连接处设置有压力分配装置。

优选地，所述的粉碎混合装置包括相对设置的第一圆盘和第二圆盘，所述的第一圆盘和第二圆盘相对拼合后内部形成所述的混合腔，所述的粉碎混合装置设置有用于将第一圆盘和第二圆盘固定在一起的固定装置。固定装置用于固定第一圆盘和第二圆盘，防止第一圆盘和第二圆盘脱开。

优选地，所述的固定装置包括c字形状的卡钳，所述的卡钳设置有开口，所述的开口的一端设置有固定板，所述的开口的另一端设置有螺接座，所述的螺接座中部螺接设置有螺杆，所述的螺杆靠近固定板的一端设置有移动板，所述的螺杆远离固定板的一端设置有用于供操作人员旋转螺杆的把手部。第一圆盘和第二圆盘相对拼合后，其边缘从开口插入，固定板和第二圆盘抵接，操作人员捏住把手部旋转螺杆，直至移动板和第一圆盘抵接，继续旋转螺杆，夹紧固定第一圆盘和第二圆盘。固定装置固定牢固，且操作方便。

优选地，所述的加热装置包括加热炉和位于加热炉内的加热管道，所述的加热管道在加热炉内弯曲形成蛇形管道。加热管道弯曲形成蛇形管道增大了空气在加热管道内流动的行程，从而进行在加热炉内进行充分的热交换，

优选地，所述的进料装置包括加料筒，所述的加料筒内设置有螺旋轴，所述的螺旋轴设置有驱动螺旋轴旋转的驱动装置，所述的加料筒一端设置有加料口，所述的加料筒另一端设置有第二出料口，所述的第二出料口和第一连接管道连通。物料从加料口进入加料筒，然后在螺旋轴的旋转下，物料从第二出料口出料。

优选地，所述的收集装置为布袋除尘器。

本发明的工作原理：本发明以氯化铝晶体为主原料。发生的化学反应为：alcl3·5h2o→al2(oh)ncl(6-n)+hcl+h2o，(n＝1,2,3,4,5)。

原材料为氯化铝晶体，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粉末，氯化铝晶体被热的压缩空气粉碎干燥，在此过程中，氯化铝晶体通过热分解反应，脱除氯化氢，制备得到碱式氯化铝固体粉末，经布袋除尘器收集后，氯化氢气体和水蒸汽吸收回用，碱式氯化铝固体粉末经过包装后外运或储存。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明通过热分解反应，脱除氯化氢，制备碱式氯化铝固体；利用流化干燥粉碎装置处理固体氯化铝晶体，无废水和废物排放，制造方便，成本低，投入少，且为连续式制造方法，固体产物溶于水，得到和液相法生产一样的铝溶胶，氯化铝晶体作为原料，无其他杂质，产品纯度大于99％，产物纯度得到保证，以氧化铝干基计算，产物收率95-100％，产物中铝氯摩尔比0.4-2.4；氯化氢气体的回收率95-100％，回收稀盐酸浓度达到5-18％，产物颗粒直径0.2-500微米，包装和投加方便，无废水和废物排放，制造方便，成本低，投入少。

2.本发明提供了一种新的制造方法和工艺，适合于工业化生产的一步法制造固体碱式铝溶胶。适合于无机催化剂应用的粘结剂。新的技术完全摒弃传统的金属铝作为原料的方法，生产过程不产生氢气，设备设计，工艺操作无需防爆进行，操作安全。制造的固体粉末，具有储藏，运输，不需保温，全天候使用方便。

3.本发明产生的副产物氯化氢气体通过吸收塔回收，实现无污染生产，通过采用大尺寸的粉碎混合装置，适合扩大生产规模。

附图说明

图1是本发明的实施例1工艺流程示意图；

图2是本发明的制备得到碱式氯化铝固体粉末的光学显微镜图；

图3是本发明的实施例2的工艺路线示意图；

图4是本发明流化干燥粉碎装置的结构示意图；

图5是本发明进气口的结构示意图；

图6是本发明固定装置的结构示意图；

图7是本发明粉碎混合装置的剖面结构示意图；

图8是本发明进料装置的结构示意图；

图9是本发明流化干燥粉碎装置结构示意图。

图中，1、加热装置；101、出气管道；102、加热炉；103、加热管道；2、粉碎混合装置；201、进料口；202、混合腔；203、进气口；204、第一出料口；205、第一圆盘；206、第二圆盘；3、收集装置；4、进料装置；401、加料筒；402、加料口；403、螺旋轴；413、螺旋叶片；404、驱动装置；405、第二出料口；5、固定装置；501、卡钳；511、开口；502、固定板；503、螺接座；513、螺杆；523、移动板；533、把手部；6、第一连接管道；7、第二连接管道；8、压力分配装置；9、空气压缩机；10、压力表。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图4-9所示，一种流化干燥粉碎装置，包括空气压缩机9、加热装置1、粉碎混合装置2、收集装置3。粉碎混合装置2包括相对设置的第一圆盘205和第二圆盘206，第一圆盘205和第二圆盘206相对拼合后内部形成5英寸内径的混合腔202，第一圆盘205和第二圆盘206镜像对称，固定装置5将第一圆盘205和第二圆盘206固定在一起，防止第一圆盘205和第二圆盘206脱开。

进一步地，固定装置5沿着第一圆盘205和第二圆盘206的圆周方向均匀设置，本实施例中，固定装置5的数量为六。固定装置5采用不锈钢制成。固定装置5包括c字形状的卡钳501，卡钳501设有开口511，第一圆盘205和第二圆盘206相对拼合后，其边缘从开口511插入，开口511的一端固定连接有固定板502，固定板502抵接在第二圆盘206的底部；开口511的另一端固定连接有螺接座503，螺接座503中部螺接有螺杆513，螺杆513靠近固定板502的一端设置有移动板523，螺杆513远离固定板502的一端固定连接有把手部533，操作人员捏住把手部533旋转螺杆513，直至移动板523和第一圆盘205的顶部抵接，继续旋转螺杆513，夹紧固定第一圆盘205和第二圆盘206。固定装置5固定牢固，且操作方便。粉碎混合装置2连同固定装置5用隔热材料包裹，保温。

加热装置1用于加热压缩空气，加热装置1前端连接有空气压缩机9，空气压缩机9从外界抽气并进行压缩，形成压缩空气输入到加热装置1中，加热装置1对压缩空气进行加热。加热后的空气通过出气管道101出气，并通过压力分配装置8分别输送到第一连接管道6和第二连接管道7，压力分配装置8控制气体压力分配。第一连接管道6、第二连接管道7上均安装有压力表10。第一连接管道6的气流流化物料颗粒，通过进料口201引入到混合腔202，第一连接管道6管径0.25英寸，制造材料为304不锈钢；第二连接管道7的气流从进入口引入混合腔202，产生射流，形成循环气流。

第一连接管道6连接于粉碎混合装置2的顶部，通过进料口201和粉碎混合装置2连接，第一连接管道6设置有进料装置4，进料装置4将待粉碎干燥物料输送到第一连接管道6内，物料和第一连接管道6内的热的压缩气体接触后，然后物料随着第一连接管道6内的气体一起进入粉碎混合装置2的混合腔202中。第二连接管道7连接于粉碎混合装置2的侧壁，第二连接管道7的出气口即为第二连接管道7的进气口203，进气口203按照圆的切线方向设计，使得第二连接管道7中的气体沿着圆的切线方向进入混合腔202内，产生射流。混合腔202的横截面为圆形，混合腔202的内径为5英寸，射流进入混合腔202形成循环气流，然后与带有物料的流化气流混合，物料颗粒收到扰动，加强颗粒间接触碰撞。较小的颗粒，向心力减少。细颗粒向着粉碎混合装置2的中心移动，随着循环气流从第一出料口204进入收集装置3被收集。第一出料口204在粉碎混合装置2的底部，且位于粉碎混合装置2的中部。

冷空气经过空气压缩机9压缩，然后进入加热装置1，加热装置1包括加热炉102和位于加热炉102内的加热管道103，加热管道103和空气压缩机9连接，加热管道103内为压缩空气，加热管道103置于加热炉102内，加热炉102采用电加热的形式，将加热管道103弯曲形成1米长的蛇形管道，在体积一定加热炉102内，增大了压缩空气在加热管道103的行程，从而有利于加热管道103内的压缩空气进行充分的热交换。

进一步地，进料装置4包括加料筒401，加料筒401内设置有螺旋轴403，螺旋轴403上间隔设置有多个螺旋叶片413，螺旋叶片413之间的间距相同，螺旋轴403连接有驱动螺旋轴403旋转的驱动装置404，加料筒401一端设置有加料口402，加料筒401另一端设置有第二出料口405，第二出料口405和第一连接管道6连通。物料从加料口402进入加料筒401，然后在螺旋轴403的旋转下，物料从第二出料口405出料。能实现连续操作。

进一步地，收集装置3为布袋除尘器，布袋除尘器的原理是空气通过布袋除尘器，空气中的灰尘杂质会被布袋阻挡，空气得到了净化，而布袋实现了对灰尘的收集。而布袋除尘器可以应用到本发明中，从第一出料口204出料的是带有干燥粉碎后物料的气流，用布袋除尘器能将干燥粉碎后的颗粒物料阻挡，布袋收集颗粒物料。副产物氯化氢气体和水蒸汽，经布袋除尘，进入吸收塔，氯化氢气体被水吸收，水蒸汽被冷凝，制造稀盐酸，回收再利用来制造氯化铝晶体。氯化铝晶体又可以作为原料制备碱式氯化铝固体粉末。

氯化铝晶体可以为外购,或通过氢氧化铝和稀盐酸反应，蒸发，结晶。

工艺流程：

氯化铝晶体为外购,或通过氢氧化铝和稀盐酸反应，蒸发，结晶。铝含量为5-30％，氯含量为35-60％，其余组分为结晶水。结晶体颗粒大小100微米-3毫米。

粉碎混合装置2为自己设计制造，内径为5英寸，或8英寸。也可放大到22和35英寸。一路热压缩空气进入混合腔202产生射流，在混合腔202内形成循环气流；同时另一路热压缩空气将氯化铝晶体流化，称为流化气流，流化气流将物料带入混合腔202，通过碰撞，粉碎成小颗粒。热空气温度在120-300℃。第一圆盘205和第二圆盘206的材料是耐氯合金钢或内衬陶瓷材料。调节温度，可制造不同铝氯摩尔比例和固体的水分含量或灼减，调节气流压力，制造不同颗粒粉末固体。

热压缩空气由加热炉102加热，压缩空气由商用压缩机提供，压力为3-13大气压。

产物为细粉，随着尾气进入布袋收集机收集。粉末的颗粒粒径0.2-500微米，灼减40-75％，白色或浅黄色，易溶于水，无其他杂质，产品纯度大于99％，以氧化铝干基计算，产物收率95-100％，产物中铝氯摩尔比0.4-2.4。

副产物为氯化氢气体和水蒸汽，经布袋除尘，进入吸收塔，氯化氢气体被水吸收，水蒸汽被冷凝，稀释盐酸气，制造稀盐酸，回收再利用来制造氯化铝。稀盐酸浓度5-18％，吸收塔为常压，玻璃钢制造，操作温度35～65度。氯化氢气体的回收率95-100％。

细粉产物收集在布袋，经转料机，进入粉末包装机，包装在内衬塑料薄膜的编织袋，可包装25公斤，50公斤或1吨。用叉车，运到仓库，外运出售。

中试车间实施例1

待粉碎干燥物料为氯化铝晶体氯化铝含水晶体，颗粒大小(d50)为1毫米微米，铝含量为10％，加入物料速度120公斤/小时(以干基算)。

先接通加热炉102，电预热至300℃，接通空气压缩机9产生13个大气压的压力，压力分配装置8的分配比例为10：3，即第一连接管道6内的气流压力为3个大气压，第二连接管道7内的气流压力为10个大气压。待压力稳定后，当第一出料口204的出口温度达到300℃，接通进料装置4，以120公斤/小时的速度，连续加入待干燥物料，氯化铝晶体经过热分解形成hcl气体和水蒸气，并制备得到碱式氯化铝固体粉末，细粉收集到布袋除尘器，收集到细粉，布袋出料口用转阀，送到粉末包装机，包装成50公斤编织袋，用磅秤，实际包装速度118公斤/小时(以干基算)。分析产物颗粒大小d50为320微米，固体含量为70％或灼减30％，铝/氯摩尔比例为2.0，氧化铝纯度为99.2％(以氧化铝干基计算纯度)。材料实际光学显微镜照片如图2所示，工艺流程图如图1所示。

实施例2

本发明也可以压缩空气不加热，先对氯化铝晶体进行粉碎，然后再用焙烧炉或者沸腾床加热设备，脱除氯化氢和水。工艺路线如图3所示。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。