专利名称:从低纯铝制备的铝溶胶中脱除杂质的方法
本发明属于铝的氯化合物的杂质分离铝溶胶又称聚合氯化铝、碱式氯化铝、羟基氯化铝、氯代氢氧化铝。采用金属铝和盐酸(或三氯化铝)可制备出铝浓度和铝氯比高、稳定性好的铝溶胶，其所含金属杂质数量取决于金属铝的纯度。若要得到杂质含量低的高纯铝溶胶，现有的方法有一是使用高纯原料制备;二是使用低纯原料制备，再脱除其中的有害杂质。
使用高纯铝(指金属铝纯度大于99.93%)制备铝溶胶的优点是工艺简单，但要制备铁含量低于0.005重%(以氧化铝为基准，以下同)的铝溶胶，金属铝的纯度至少要在99.95%以上。因此，用该方法原料价格昂贵，生产周期长，能耗大，且易生成白色絮状的高聚物，影响铝溶胶的透明度。
一九六七年美国发表了从低纯铝生产高纯铝溶胶的方法(美国专利3340205号)。该方法是分批生产，并强调脱除杂质最好在制备铝溶胶过程中同时进行，即当盐酸和低纯铝在消化器内消化过程中，低纯铝的杂质，以细小颗粒形式析出进入铝溶胶中，可用机械的方法(最好磁力分离)不断地将其除去。该方法的优点是铝溶胶的合成使用了过量铝，抑制了杂质进入铝溶胶，并在合成过程中不断地将生成的杂质除去，提高了铝溶胶的纯度。缺点是在铝溶胶合成过程中，不断地将杂质脱除，致使反应速度越来越慢，虽使用过量铝加以弥补，但铝溶胶易出现高聚物，而且在操作过程中新鲜铝粒和上次运转所剩余的铝混同制备，未充分发挥新鲜铝粒对铝溶胶的精制作用。
一九七○年美国专利3535268号发表了用连续法生产铝溶胶，其方法是盐酸和循环铝溶胶自消化器的底部进入，新鲜铝粒自顶部进入，两者接触时使铝溶胶受到精制，但由于过程中没有脱除杂质的措施，而杂质本身又比较轻，致使杂质和铝溶胶一起自上部进入贮罐，在贮罐中一部分杂质又重新溶解在铝溶胶中，从而降低了新鲜铝粒的精制作用。
本发明的目的是提供一种价廉、清亮透明的高纯铝溶胶的生产方法，并为医药、化妆品、催化剂等行业提供所需的原料。
本发明的要点是在铝溶胶中加入一定数量、纯度为98～99.9%的新鲜低纯铝或纯度为99.93～99.99%的高纯铝(下同)，以抑制在铝溶胶合成过程中所析出的金属杂质进入铝溶胶中而成为溶解性杂质(指能透过0.2μ微孔膜而保留在铝溶胶中的杂质，它主要是以二价铁离子形式存在于铝溶胶中)，而且经过一定反应时间，溶解在铝溶胶中的金属杂质被金属铝还原而成为金属态，用机械分离的方法连续或间歇地将它们除去，达到提纯铝溶胶的目的。
本发明把盐酸(或三氯化铝)与低纯铝反应生成铝溶胶的过程称为铝溶胶的合成过程，而把铝溶胶和新鲜低纯铝(或高纯铝)接触的过程称为精制过程。根据被提纯铝溶胶中金属杂质含量和提纯要求，又可分为一段和两段精制。
若铝溶胶的制备是分批生产的，则合成过程和低纯铝的一段精制过程可以在同一装置内交替进行。当装置内进行铝溶胶的合成时，所用的金属铝是一段精制用过的低纯铝。按预定的铝浓度和铝氯比加入盐酸及水进行反应。反应的温度可在70～103℃之间。反应温度取决于低纯铝的纯度及盐酸水溶液的浓度，以不出白色高聚物为宜。为了保持和精制过程的物料平衡，此处铝不过量。所析出的金属杂质不脱除，在某些情况下还可加入一些铁粉使之起催化剂的作用，以加速其反应。待低纯铝90%以上转化成铝溶胶后，加入和合成过程数量、纯度均相同的新鲜低纯铝，继续反应一段时间，其间不断用磁力分离方法(也可以用过滤方法)脱除金属杂质颗粒。该过程使用低纯铝精制的结果，可将铝溶胶中0.03～0.20重%Fe和0.01～0.03重%的Cu分别脱除到0.0025～0.0150重%和0.0005～0.0020重%。
若过程采用两段低纯铝精制，第一段低纯铝精制、第二段高纯铝精制及铝溶胶的合成过程是连续生产时，则需要增添精制设备。
两段低纯铝精制时，新鲜的低纯铝自第二段进入，逆向而行，最终在合成过程中消尽。此过程可使含0.03～0.20重%Fe和0.01～0.03重%Cu的铝溶胶，经精制后杂质分别降低到Fe为0.0025～0.005重%，Cu为0.0003～0.0010重%。
若两段精制采用一段低纯铝精制、二段高纯铝精制的方案，则可使含0.03～0.20重%Fe和0.01～0.03重%Cu的铝溶胶，经精制后杂质分别降到Fe为0.0015～0.0050重%和Cu为0.0001～0.0005重%。
若铝溶胶的合成过程是连续的，则可使用一段高纯铝精制。用连续法生产铝溶胶，其Fe含量约在0.007～0.020重%之间，Cu含量约在0.0005～0.0020重%之间。经精制后，其杂质可分别下降到0.0015～0.0050重%和0.0001～0.0005重%之间。
采用高纯铝精制的优点是过程可以连续，但精制时间较长，需6～16小时，并要严格控制操作条件，以避免铝溶胶出现白色高聚物。
精制过程所用的铝溶胶，其铝浓度可在5～13%之间，以8～12%较为经济。铝溶胶的组成按通式Al2(OH)xCl6-x来表示，X可在1～5之间，而常用的范围则在4～4.8之间。金属铝的用量，对于低纯铝而言，一般金属铝对铝溶胶中铝之比(Al/Al+++)可在1～4之间(Al/Al+++为1时，精制用的低纯铝全部为新鲜金属铝，大于1时，大于1的部分为合成过程剩余的低纯铝)，而以1左右为宜。当精制使用高纯铝时，Al/Al+++可在0.5～10之间，而以1～5为宜。铝溶胶精制的时间，取决于铝的纯度。纯度越高，精制的时间也就越长。
由于本发明采用了新的脱除铝溶胶中杂质的方法，提高了杂质脱除的效率，因此，其优点是若和现有技术采用相同的金属铝纯度来制备铝溶胶，则能使铝溶胶中所含的杂质降到更低的水平。换言之，若铝溶胶中所含的杂质水平要求一定时，则本发明可以采用纯度更低的金属铝作为制备铝溶胶的原料，这样，无疑降低了产品的生产成本，扩大了原料的来源。另外，由于过程采用了一段或两段精制，且精制过程所用金属铝的纯度也是可以变更的，从而使生产流程有较大的适应性，产品的质量有较大的稳定性，并为连续生产铝溶胶提供了精制的方法。所得产品也较现有技术所生产的清亮透明，适用于作为医药、化妆品和催化剂载体的原料。此外，在铝溶胶合成过程中不脱除金属杂质有利于加速反应。
本发明所用的金属铝属于变形铝合金中的纯铝(L)，试验中常用的两种金属铝的规格如表1。
例1(1)低纯铝的一段精制将精制铝溶胶时，已用过的纯度为99.7%的铝粒318克，脱离子水625毫升，放入三口瓶内，逐步加入(1∶1)工业合成盐酸1568毫升，使在3小时内加酸完毕。反应温度一般控制在90～95℃，反应12小时后，再加入纯度为99.7%的新鲜铝粒318克，并插入磁棒，在上述温度下继续反应2小时。在此期间，每隔15分钟，取走所生成的磁性金属颗粒。待反应结束后，将铝溶胶冷却，用G-3烧结漏斗过滤，所得结果如表2所示。
将表2中后5个试验所得的样品混合后，进行杂质分析，得如下结果Fe0.0060重%，SO＝40.019重%，Na0.0057重%，Si0.036重%，Cu0.0001重%(以上分析结果均以氧化铝为基准，下同)。
(2)低纯铝在制备铝溶胶过程中脱除磁性金属杂质颗粒将纯度为99.7%的新鲜铝粒424克和1000毫升脱离子水放入三口瓶内，逐步加入(1∶1)工业合成盐酸1956毫升，使在3小时内加酸完毕。反应温度一般控制在90～95℃，共反应28小时。在反应开始时插入磁棒，在反应过程中不断地除去生成的磁性金属杂质颗粒。反应结束后用G-3漏斗过滤，对样品进行杂质分析，结果如下Al11.67重%，Cl9.56重%，Al/Cl(重)1.22，Fe0.0115重%，残余铝20克，铝转化率95.3%。
以上结果看出(1)中铝溶胶精制后的铁含量只有(2)的一半。
例2低纯铝的一段精制将纯度为99.6%的新鲜金属铝粒(其中含Fe0.19重%，Si0.22%，Na0.0027重%，Cu0.0034重
%)108克和蒸馏水467毫升放入三口瓶内，逐步加入283毫升31%的工业合成盐酸，使2小时内加酸完毕。反应温度85～95℃，反应10小时后，再加入纯度为99.6%的新鲜金属铝粒108克，并插入磁棒。精制温度同反应温度。每隔15分钟，取走所生成的磁性金属杂质颗粒。2小时后，用漏斗过滤。所得铝溶胶含Al12.86重%，Cl11.07重%，Al/Cl(重)1.16，Fe0.0083重%，Si0.083重%，Na0.0045重%，Cu0.0005重%。
例3低纯铝的一段精制将纯度为99.7%新鲜铝粒108克，分析纯结晶三氯化铝181克，化学纯结晶三氯化铁26.1克，蒸馏水600毫升放入三口瓶内。反应温度控制在85～95℃，反应8小时后，用磁棒将剩余的铝粒全部除去。重新加入纯度为99.7%新鲜金属铝粒108克，并插入磁棒，在上述温度下继续反应。在此期间，每隔15分钟用磁棒除去所析出的磁性金属颗粒，共进行2小时。之后将铝溶胶过滤所得铝溶胶含Al12.22重%，Cl9.32重%，Fe0.0070重%，Si0.025重%，Na0.0011重%，Cu0.0004重%。
例4高纯铝的一段精制将含Al12.30重%，Cl9.64重%，Fe0.024重%的低纯铝溶胶3000克，加入含HCl0.361克/毫升脱铁盐酸171毫升，并加入纯度为99.95%的高纯铝粒800克。在90～103℃下反应16小时。在此期间，每隔15分钟用磁棒除去所析出的磁性金属杂质颗粒。反应结束后，将铝溶胶过滤。所得铝溶胶含Al12.95重%，Cl10.50重%，Fe0.0024重%，共消耗高纯铝60克。由连续法合成的铝溶胶所用原料低纯铝的纯度为99.7%，所得铝溶胶的Fe含量为0.007～0.020重%，Cu0.005～0.002重%之间，即可按此例精制。
例5(1)低纯铝的两段精制一段精制用过的铝粒(即纯度99.7%的新鲜金属铝粒与铝溶胶反应4小时后的铝粒)108克，水184毫升放入三口瓶内，逐步加入(1∶1)的工业合成盐酸566毫升，使在3小时内加酸完毕。反应温度70～95℃，反应12小时后，加入二段精制用过的铝粒(即纯度99.7%的新鲜金属铝与铝溶胶反应2小时后的铝粒)104.7克，继续在上述温度下精制2小时。在此期间，每隔15分钟用磁棒除去所析出的磁性金属颗粒。反应结束后，用漏斗过滤。所得的铝溶胶含Al10.80重%，Cl11.83重%，Fe0.0096重%，Si0.040重%，Na0.0044重%，Cu0.0005重%。
将上述铝溶胶693.7克，加入水150毫升，新鲜低纯铝104克，在70～95℃下继续反应2小时(此时不用磁力分离)，过滤后，所得铝溶胶含Al10.67重%，Cl11.17重%，Fe0.0036重%，Si0.041重%，Na0.0046重%，Cu0.0005重%。
(2)低纯铝在制备铝溶胶过程中不断脱除磁性金属杂质颗粒将一段精制用过的金属铝粒108克，二段精制用过的金属铝粒108克(二者的来源同(1))，纯度为99.7%的新鲜金属铝108克三者相混合，水184毫升放入三口瓶内，逐步加入(1∶1)的工业合成盐酸566毫升，3小时加酸完毕。反应温度70～95℃。在反应一开始，即将磁棒插入液体内，每隔15分钟用磁棒除去所析出的磁性金属颗粒，共反应10小时。之后将铝溶胶过滤，所得铝溶胶含Al13.64重%，Cl12.38重%，Fe0.0068重%。
比较(1)和(2)所得结果，(1)中铝溶胶精制后的铁含量只有(2)的一半左右。
例6第一段低纯铝精制、第二段高纯铝精制(1)将低纯铝一段精制后的铝溶胶(含Al12.0重%，Cl10.58重%，Fe0.0062重%)2500克，加入纯度为99.95%的高纯铝900克。在反应90～100℃下，接触6小时。在此期间，不断地用磁棒脱除所析出的磁性金属杂质颗粒，最终用G-3漏斗过滤。共消耗高纯铝23克。所得铝溶胶含Al13.86重%，Cl11.02重%，Al/Cl(重)1.26，Fe0.0022重%，SO＝40.009重%，Na0.0070重%，Si0.037重%，Cu0.0002重%。
(2)2500克铝溶胶(其组成同(1))加入纯度为99.95%的高纯铝300克，在反应温度90～100℃下，精制16小时。在此期间，不断地用磁棒脱除所析出的磁性金属杂质颗粒，最终在G-3漏斗内过滤。
所得铝溶胶含Al13.75重%，Cl11.18重%，Al/Cl(重)1.23，Fe0.0020重%。
权利要求
1.一种从铝溶胶中脱除杂质的方法，其特征在于采用低纯铝与工业盐酸(或三氯化铝)合成铝溶胶后，加入新鲜低纯铝或高纯铝进行一段或两段精制，在精制期间或以后用机械分离方法脱除金属杂质。
2.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于一段或两段精制使用的低纯铝溶胶中铝浓度为5～13%，以8～12%最佳。
3.根据权利要求
1，2所述的方法，其特征在于一段或两段精制使用的铝溶胶中铝氯比，按通式Al2(OH)xCl6-x表示，其X为1～5，以4.0～4.8最佳。
4.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于将铝溶胶中含有的0.03～0.20重%的Fe和0.005～0.030重%的Cu，要求分别脱除到0.0025～0.0150重%和0.0005～0.0020重%时，采用一段低纯铝精制。
5.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于将铝溶胶中含有的0.03～0.20重%的Fe和0.01～0.03重%的Cu，要求分别脱除到0.0025～0.0050重%和0.0003～0.0010重%时，采用两段低纯铝精制。
6.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于将铝溶胶中含有0.03～0.20重%的Fe和0.01～0.03重%的Cu，要求分别脱除到0.0015～0.005重%和0.0001～0.0005重%时，采用第一段低纯铝精制、第二段高纯铝精制。
7.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于当铝溶胶的合成过程是连续的，铝溶胶中含有0.007～0.020重%的Fe和0.0005～0.0020重%的Cu时，采用一段高纯铝精制。
8.根据权利要求
1，4，6所述的方法，其特征在于一段精制过程所用低纯铝的纯度为98～99.9%，以99.5～99.9%最佳。
9.根据权利要求
1，5所述的方法，其特征在于两段精制过程所用低纯铝的纯度为98～99.9%，以99.7～99.9%最佳。
10.根据权利要求
1，6，7所述的方法，其特征在于使用高纯铝精制时，高纯铝的纯度为99.93～99.99%，以99.93～99.95%最佳。
11.根据权利要求
1，4，5，6所述的方法，其特征在于使用低纯铝精制时，铝和铝溶胶的接触时间为0.5～12小时，以1～8小时最佳。
12.根据权利要求
1，6，7所述的方法，其特征在于使用高纯铝精制时，铝和铝溶胶的接触时间为4～20小时，以6～16小时最佳。
13.根据权利要求
1，4，5，6所述的方法，其特征在于使用低纯铝精制时，低纯铝的用量为铝溶胶中铝含量的1～4倍，以1倍最佳。
14.根据权利要求
1，6，7所述的方法，其特征在于使用高纯铝精制时，高纯铝的用量为铝溶胶中铝含量的0.5～10倍，以1～5倍最佳。
专利摘要
一种从低纯铝与工业盐酸(或三氯化铝)制备的铝溶胶中脱除杂质的方法，采用了在铝溶胶中加入纯度为98～99.9％的新鲜低纯铝或纯度为99.93～99.99％的高纯铝进行精制。在精制期间或之后，用机械分离的方法脱除所析出的杂质。在操作过程中还可以改变加铝的方式，以提高脱除杂质的效率。用此方法生产的铝溶胶其Fe含量可降到0.0015～0.0050重％，Cu含量可降到0.0001～0.0005重％，能满足医药、化妆品、催化剂等行业的使用要求。
文档编号C01F7/00GK85100219SQ85100219
公开日1986年7月16日 申请日期1985年4月1日
发明者吴朝华, 俞佩勋 申请人:中国石油化工总公司石油化工科学研究院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan