六水氯化鋁脫水制備無(wú)水氯化鋁的設(shè)想

1、六水氯化鋁脫水制備無(wú)水氯化鋁的設(shè)想六水氯化鋁脫水制備無(wú)水氯化鋁的設(shè)想馬家玉123，姜躍華13，楊小平1（1.貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴陽(yáng)550081；2.中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410083；3.國(guó)家鋁鎂電解裝備工程技術(shù)研究中心，貴陽(yáng)550081）摘要：摘要：在“粉煤灰—無(wú)水氯化鋁—電解鋁”的新工藝路線中，六水氯化鋁脫水制備無(wú)水氯化鋁是關(guān)鍵。評(píng)述了六水氯化鋁制備無(wú)水氯化鋁的方法，并在參考六水氯化鎂脫水工藝的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了六水

2、氯化鋁的脫水方案。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：六水氯化鋁；脫水；無(wú)水氯化鋁；粉煤灰；設(shè)想中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：TF821；TQ124.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：文章編號(hào)：10077545（2013）09000000HypothesistoPrepareAnhydrousAluminiumChlideviaDehydrationofAluminiumChlideHexahydrateMAJiayu123JIANGYuehua13YANG

3、Xiaoping1(1.GuiyangAluminiumMagnesiumDesign2.SchoolofMetallurgicalScienceEngineeringCentralSouthUniversityChangsha410083China3.NationalEngineeringTechnologyResearchCentrefAluminiumdehydrationanhydrousaluminiumchlideflyas

4、hhypothesis無(wú)水氯化鋁是一種重要的無(wú)機(jī)化工原料[15]，也有望通過(guò)直接電解的方法生產(chǎn)金屬鋁，在節(jié)能減排、減少溫室氣體排放方面具有巨大潛力[6]。粉煤灰是煤炭燃燒后的固體廢棄物，其主要化學(xué)成分是Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO和其它多種微量元素。其中Al2O3SiO2CaOFe2O3一般占90%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）以上，Al2O3可達(dá)15%~40%，特別是Al2O3大于30%的高鋁粉煤灰是制備氧化鋁的良好

5、資源[7]。目前利用高鋁粉煤灰制備氧化鋁技術(shù)還處在實(shí)驗(yàn)室研究及工業(yè)化試驗(yàn)階段[810]。主要工藝分為酸法、堿法及酸堿聯(lián)合法等，但各種方法均具有局限性。如酸法工藝存在設(shè)備腐蝕、溶出率低、生產(chǎn)出的氧化鋁質(zhì)量指標(biāo)不滿足電解鋁的要求[9]；堿法工藝流程復(fù)雜、能耗高、殘?jiān)刻?、殘?jiān)C合利用難、綜合效益差等[10]。針對(duì)上述情況，我們提出了一種全新的研究思路：即用粉煤灰制取無(wú)水氯化鋁，然后用無(wú)水氯化鋁直接電解生產(chǎn)金屬鋁。完整的工藝流程分為3部分：

6、粉煤灰經(jīng)鹽酸浸出、除雜、濃縮結(jié)晶后得到六水氯化鋁（即結(jié)晶氯化鋁），六水氯化鋁脫水制備無(wú)水氯化鋁及無(wú)水氯化鋁電解生產(chǎn)金屬鋁。其中粉煤灰濕法制備六水氯化鋁已有研究及工業(yè)化應(yīng)用示范報(bào)道[11]；無(wú)水氯化鋁電解法生產(chǎn)金屬鋁早在20世紀(jì)70年代美國(guó)鋁業(yè)公司就曾做過(guò)大量研究，并投產(chǎn)了1.5萬(wàn)ta無(wú)水氯化鋁的生產(chǎn)線，實(shí)際運(yùn)行了4年[12]。該工藝成敗的關(guān)鍵是六水氯化鋁脫水制備無(wú)水氯化鋁技術(shù)，而當(dāng)前關(guān)于六水氯化鋁脫水制備無(wú)水氯化鋁的研究報(bào)道還較少。1六

7、水氯化鋁脫水方法六水氯化鋁脫水方法1.1氯氣、氯化氫等保護(hù)氣氛下脫水氯氣、氯化氫等保護(hù)氣氛下脫水六水氯化鋁（AlCl36H2O）直接加熱脫水的反應(yīng)為：AlCl36H2O=AlCl36H2O(1)同時(shí)，AlCl36H2O在高溫條件下會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)：2(AlCl36H2O)=Al2O36HCl9H2O(2)收稿日期：收稿日期：20130321基金項(xiàng)目：基金項(xiàng)目：國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目（2013DFB70220）作者簡(jiǎn)介：作者簡(jiǎn)介：馬家玉（

8、1982），男，河南信陽(yáng)人，工程師，博士.doi：10.3969j.issn.10077545.2013.09.009華東理工大學(xué)與青海鹽湖集團(tuán)還共同興建了第1套1500ta無(wú)水氯化鎂醇氨法脫水工業(yè)示范裝置并成功生產(chǎn)出98.5%的無(wú)水氯化鎂[30]。在參考六水氯化鎂醇氨法與復(fù)鹽法脫水工藝的基礎(chǔ)上，我們對(duì)六水氯化鋁脫水工藝方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)。2.1六水氯化鋁醇氨法脫水工藝六水氯化鋁醇氨法脫水工藝該方法包括2個(gè)步驟，第一步是將六水氯化鋁與醇

9、類先行絡(luò)合，使醇取代水合物中的大部分結(jié)晶水。但由于單純醇類脫水存在氯化鋁的脫水不徹底以及固液分離困難等缺陷，因此本方法在醇類絡(luò)合之后再加入了第二個(gè)步驟，即將含醇的氯化鋁混合物與某些物質(zhì)進(jìn)行螯合，加入的物質(zhì)進(jìn)一步減弱氯化鋁水合物中水與氯化鋁分子之間的鍵合力。本方法的關(guān)鍵是尋找能與氯化鋁進(jìn)行絡(luò)合的醇、以及能與氯化鋁進(jìn)行螯合的物質(zhì)。經(jīng)過(guò)初步的試驗(yàn)探索，并考慮醇的價(jià)格與沸點(diǎn)，初步選定的醇為乙二醇，與氯化鋁進(jìn)行螯合的物質(zhì)為氨氣，由此設(shè)計(jì)了圖1所示

10、的六水氯化鋁醇氨法脫水工藝。圖1六水氯化鋁醇氨法六水氯化鋁醇氨法脫水脫水制備無(wú)水氯化鋁工藝流程圖制備無(wú)水氯化鋁工藝流程圖Fig.1Flowsheetofanhydrousaluminiumchlidepreparationfromaluminiumchlidehexahydratebyalcoholammoniamethod設(shè)計(jì)的工藝流程包括：1）將六水氯化鋁通過(guò)流態(tài)化干燥技術(shù)脫除大部分結(jié)晶水，過(guò)程中不需刻意防止水解。2）干燥后的氯化鋁

11、溶于醇中配置氯化鋁的醇溶液，同時(shí)加入一定量的氯化銨，以消除水解副產(chǎn)物的影響，然后采用真空蒸餾的方法脫除氯化鋁的醇溶液中水分。3）脫水后的氯化鋁醇溶液與氨氣逆流操作，在流化床反應(yīng)結(jié)晶器中反應(yīng)生成AlCl3NH3晶體。4）洗滌、過(guò)濾、干燥得AlCl3NH3晶體，并將干燥后的晶體加熱分解，經(jīng)捕集得到氨與無(wú)水氯化鋁混合氣體，再將混合氣體冷卻到室溫獲得固體無(wú)水氯化鋁，分離出來(lái)的氨循環(huán)利用。該工藝的特點(diǎn)有：1）六水氯化鋁干燥脫水過(guò)程不需刻意防止水解

12、，易操作、工藝條件范圍寬。2）由于六水氯化鋁首先通過(guò)干燥已脫除大部分結(jié)晶水，因此可降低制備單位重量無(wú)水氯化鋁所需要的有機(jī)溶劑（醇）的用量，同時(shí)可降低單位產(chǎn)品無(wú)水有機(jī)介質(zhì)循環(huán)量，提高單位有機(jī)溶劑氯化鋁的產(chǎn)出率，降低能耗。3）反應(yīng)結(jié)晶制備AlCl3NH3前，采用干燥和真空蒸餾的方法，幾乎完全脫除水分，消除了水分對(duì)AlCl3NH3晶體質(zhì)量的影響。4）AlCl3NH3反應(yīng)結(jié)晶過(guò)程采用流化床反應(yīng)結(jié)晶器，強(qiáng)化了過(guò)程的傳質(zhì)和傳熱，提高了晶體粒徑分布的