工業(yè)無水三氯化鋁生產中產品的顏色變化及控制的研究

1、第 1 8 卷第 5 期 2 0 0 4年 5月 化工B , - _ KUCh e mi c a lI n d u s t r yT i me sV o I ． 1 8， No． 5Ma y． 5． 2 0 0 4 工業(yè)無水三氯化鋁生產中的顏 色變化及控制的研 屠仁華( 浙江巨化化工礦業(yè)有限公 司， 浙江 衙州 3 2 4 4 o 3 )產 品 究 摘要 從鋁錠法生產的工藝原理人手， 剖析無水三氯化鋁產品顏色產生原因及變化機理，

2、提出： 鋁錠中雜質鐵的兩種氯化產物隨余氯的影響而轉變的結果是引起產品顏色變化的根本因素。對生產中產品出現異常的紅、 灰料， 在分析 了各種生成原因的前提下 ， 提出了相應的生產控制方法。關鍵詞工業(yè)無水三氯化鋁 產品顏色變化 生產控制Re s e a r c ho nt h eP r o d u c t ’ SC o l o rVa r i a t i o na n di t sC o n t r o li nt h eP r o d u

3、 c t i o no fAn h y d r o u sAl u mi n u m C h l o r i d eT uRe n h u a( Z h e j i a n gJ u h u aC h e m i c a la n dM i n i n gI n d u s t r yC o m p a nyL i m i t e d ， Q u z h o uZ h e J i a ng3 2 4 4 0 3 )Ab s t r a

4、 c tB yl o o k i n gi n t ot h eb a s i cp r i n c i p l ef o rt h ep r o d u c t i o no fa lu m in u mi n g o t s ， t h ea r t i c l ee x p l a i n sh o wt h eol o u r0 ft l l ep r o d u c tc o m e si n t ob e i n ga n

5、da na ly z e st h eme c h a n i s m o fi t sv a r i a t i o n． I t ’ Sp o i n t e do u tt h a tt h ec o n v e r s i o nb e t w e e nt w ok i n d so fc h l o r i d e so fi r O Bw h i c he x i s t si na lu m i n u m i n

6、g o t sc a u s e db yt l l ei n f l u e n c eo ft h es u r p l u sc h l o r i d ei St l l ec o l ef a c t o rf o rt hec o l o rv a r i a t i o no ft h ep r o d u c t ． I ta lS Op u tf o rw a r dt l l es o l u t i o nf o

7、rt l l ec o n t r Olo v e rt w ou n wa nt e dc o l o r s ． n a me l yl eda n dg r a y ， a f t e rc s r e f u l l ya n a l y z e si t sf o r ma t i o n．Ke ywo r d sa n h y d r o u sa lu mi n u m c h l o r i d ef o ri n d

8、 u st r i a lp u 】0 s ev a r i a t i o no ft hec o l o ro fp r o d u c tP r o d u c t i o nc o n t r o l工業(yè)無水三氯化鋁作 為有機合成催化劑?， 全 國年消耗量已達到 1 5 萬 t 以上。2 0 0 3年全 國共出 口無 水三氯化鋁 74 0 0 多 tJ 。工業(yè)無水三氯化鋁質量標準按國家- 3或企業(yè)標 準可分為兩部分 ： 外觀質量

9、和內在技術指標 。三氯化 鋁的外觀按國家標準 為 ： 白色、 黃色或微帶灰色的顆 ?；蚍勰?， 不應有 大于 1 0m m 的塊 狀物。國家標 準 為 ： 白色 、 黃色或微帶灰色的顆?；蚍勰?， 不應有大于 1 0n l n l 的塊狀物。不同 的用戶 對三氯化鋁 的粒度 有 不同的要求， 但對產品的顏色只有一種要求——黃 色。筆者積多年三氯化鋁生產管理之經驗 ， 在三氯化 鋁的生產技術中對產 品顏色的操作控制手段 ， 保證了生產中產

10、品顏色的穩(wěn)定 ， 從而達到提升產品的品質的目的 ， 對企業(yè)生產有十分重要的意義?？?工業(yè)無水三氯化鋁產品 顏色的變化機理 國內 目前基本都采用金屬鋁錠法 生產工業(yè)無水 三氯化鋁， 其工藝是： 將鋁錠放人熔融的氯化爐內， 氯 氣 由上順導管( 燃燒管 ) 送人爐 內， 從 底部上升 ， 高溫 下氣液接觸反應生成三氯化鋁( 升華成氣相) ， 反應溫 度一般控制在 8 0 0 ℃左 右 ， 氣 相產 物在 4 0 0 ℃左右下 進入產 品捕集

11、器后 ， 經 自然冷凝結 晶 ， 即得 到無水三 氯化鋁成品。尾氣經稀堿 、 水洗滌吸收后排空 。氯氣從爐子的底部通人后 ， 在浮力作用下 以氣泡 的形式上升 ， 氣泡形成后表面的氯氣 不斷與熔融的鋁 起反應生成 A 1 C 1， 生成的 A I C 1 3 將向氣泡內部滲透，氣泡內的 c l 2 不斷的向反應界面補充， 使反應連續(xù)進 行。在這一過程 中， 反應 界 面始終 處于 鋁過量 的狀 態(tài)， 因而生成的三氯化鋁氣體會與鋁液繼續(xù)反

12、應生成 不穩(wěn)定的強還原性的一氯化鋁及二氯化鋁 ， 該產物在 向氣泡內部滲透時又被氯氣氧化成 三氯化鋁， 直至氣 泡逸 出鋁液面， 反應終止。此 時 ， 反應 產物中未反應 完全的氯氣( 余氯) 的含量多少是決定產品顏色的主 收 稿 日 期 ： 2 0 0 4 — 0 3 — 0 2作者簡介： 屠仁華( 1 9 6 8 ～) ， 男， 工程師。主要從事化工生產管理及化工生產技術研究工作 一 5 9 — 維普資訊 http://www.c

13、qvip.com ■置圓 2 0 0 4 ． V o I ． 1 8 ， N o ． 5工 藝 · 試 驗 { T e c h n o l o g y & T e s t i n g }要因素。生產實踐證明， 隨著產物中余氯含量的降 低 ， 三氯化鋁的顏色會有從桔紅色一 桔黃色一 黃色一 淺黃色一 白色一淺灰色的變化過程 。其實 ， 三氯化鋁的顏色轉變 主要是產品中三氯化 鐵含量 的變化引起 的， 而三氯化鐵的含量變化

14、正是 由反應產物中余氯含量多少所決定的。目 鋁錠法生 產過程中 鐵的氧化及氧化產物的分離 原料鋁錠 ， 以質量最好的 A l9 9 ． 8 5為例 ， 雜質中F e 含量不大于 0 ． 1 2 ％l L 5 j ， 如全部氧化為三氯 化鐵 ， 則 在三氯化鋁成 品中三氯化鐵 可達 0 ． 0 7 ％， 而實際生 產中一般 在 0 ． 0 2 ％以 下。這是 由于高 溫下 ， 在鋁 過 量條件下 ， 因鋁還原作用 ， 使鐵一 般只氧化 到

15、 2 價 氧 化物。只有當氧化產物與三氯 化鋁一起逸 出鋁 液面 時， 若有余氯則 2 價鐵的氯化物會繼續(xù)被氧化到3 價 鐵 。質量差一點的鋁錠 ， 甚 至不 合格 的高鐵 鋁( 鐵含 量在 l ％以上) 生產， 在正常情況下 ， 產品 中的 3氯化 鐵含量也 在 0 ． 0 2 ％左右。因為三氯化鐵的氣化點為 3 1 7c I =』 ， 會在氣相 下隨三氯化鋁氣體一起上升而進入成 品中， 從而引起產 品的顏色轉變 ； 而氯化亞鐵 的氣

16、化點要 比三氯化鐵高 得多 ， 其熔點就高達 6 7 7 ℃， 在正 常的生產條件下 ， 當產物逸 出鋁液面后氯化亞鐵將不會被氣化 ， 而以固體 爐渣的形式從鋁液 中分離。三氯化鋁產品顏色的生產控制在實際的生產 中， 只把 產品按顏色分 為灰料、 紅 料及正常的黃色的產 品。應該說淡 黃色乃至 白色 的產 品才是工業(yè)無水三氯化鋁產品中的精品 ， 但 由于生 產過程中較難控制并穩(wěn)定得 到此類產 品， 在生產經營 中 ， 往往把黃色的產品作

17、為生產控制的 目 標 。3 ． 1 紅料的控制 紅料其實主要指那些比正常的產品顏色偏深的 產品 ， 如桔黃色 ， 含三氯化鐵在 0 ． 0 3 ％ 一 0 ， 0 5 ％之間，主要是生產過程中余氯含量升高而引起的。要控制紅料的產生， 可在操作中控制余氯的量來 達到。在一般穩(wěn)定 的通氯 量下 ， 當氯氣進 入反 應爐 后， 在氣泡逸出鋁液面前， 其在液相中的停留時間不 夠是余氯偏高的主要原因。通常是反應爐內鋁液面 偏低引起 的， 適當提高

18、鋁液 面液位后 ， 產品的顏色應 該能向淺 的方向轉變 。但是 當反應爐 內鋁 液溫度過 低時 ， 即使液位正常 ， 也會造成余 氯偏高 的結果 。因一 6 O 一 為反應溫度 降低 ， 氯 氣分子活性相對下降 ， 反 應速度 將減慢 ， 在相 同的反應路徑 中， 參加反應 的氯氣 量減 少， 余氯肯定上升?？刂妻D變的方法是適當減少通氯 量或適當升高鋁液液位 ， 產 品的顏色也 即轉變。3 ． 2 灰料 的控制當反應過程中產物逸出鋁液

19、面時， 若氯氣已消耗 殆盡 ， 則鐵將只被 氧化成 2 價 的氯化物 ， 同時產物 中含有強還 原性 的一氯 化鋁和二 氯化鋁 ， 在冷 凝結 晶 后 ， 將在生成的三氯化鋁表面析 出高純鋁而使產品呈 現灰色 ， 即所謂灰料。7 O ％以上的灰料其產生原因是爐子 中鋁液 的溫 度過高引起的 ， 這主要是反應溫度上升后 ， 氯氣分 子 活性升高 ， 反應加速 ， 在相同的反應路徑 中， 氯氣反應 完全的時間縮短 ， 易造成在產物逸 出鋁液

20、時氯氣 已消耗殆盡。生產操作中一般采用鋁錠置換鋁液的辦法 ，來達到降低爐溫的 目的。還有兩 種情況會 產生料色 偏灰 ： 一是在正常的反應溫度和鋁液 面液位 下 ， 當通 氯量過低時， 產物中余氯勢必減少， 既而出現灰料 ， 解 決辦法是調整通氯量到正常范圍就可以了： 二是 通氯 燃燒管老化結垢 ， 使管徑變粗 ， 那 么氯氣在鋁液 中產 生的初始氣泡體積增大 ， 也就是增加 了氣液相的接觸 面積， 反應肯定加速， 灰料幾率大大提高，

21、及時更換老 化的燃燒管是減少 由此而產生灰料 的唯一手段 。此 外 ， 當工業(yè)反應爐子老化時 ， 其爐壁易結垢 ， 在同樣工 藝條件下 ， 因爐壁結垢后 向外散熱受阻 ， 破壞 了系統(tǒng) 自 然 的熱量平衡 ， 使 爐 內鋁液溫度不斷上升 ， 出現灰 料的幾率也會升高， 這時要及時更換爐襯 ： 以保證產 品的質量 ?？?笪 適通過對工藝參數的控制， 以保證產物中一定的余 氯量， 來預 防生產 的波動 。生產過程 中， 在諸 多影響 產品顏

22、色的因素中， 反應爐內鋁液的溫度是生產控制 的關鍵 ， 要通過調節(jié)通氯量 和鋁液液面等操作來減少 爐溫 的波動 ， 至于燃燒 管斷裂、 老化及 反應爐子老化 等的影響只有通過更換來加以解決 了。參考文獻 [ 1 ] 化學工業(yè) 出版社 組織編寫 ． 中國化工產 品大全 ， 上 卷 ， 北京 ： 化工 出版 社 ， 1 9 9 5 。 6[ 2 ]中國化工信息周 刊 ． 2 0 0 4 。 5[ 3 ]中華人 民共和 國國家標準 G B ／