專利名稱：從含鋁礦石制取堿式氯化鋁的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋁化合物的制取方法，特別是一種從含鋁礦石用酸法制取堿式氯化鋁的方法及裝置。
堿式氯化鋁即聚合氯化鋁是一種高效無機高分子絮凝劑，其化學通式為[Al2(OH)nCl6-n]m，其中1≤n≤5，m≤10。堿式氯化鋁過去一般都采用傳統(tǒng)的生產方法，即以氧化鋁(Al2O3)為原料的固體氧化鋁熱解法和中和法，這些方法存在如下缺點1、工藝復雜;2、熱解法通過復雜的工藝制得的結晶三氯化鋁，采用沸騰爐進行熱分解，該設備投資大，防腐不易解決，熱利用率較低;3、中和法生產酸堿消耗量大，產品氧化鋁含量降低，雜質多，產品質量差;4、中和法干燥機采用蒸氣加熱，熱利用率低，產品成本高。另還有以工業(yè)廢渣鋁灰為原料的“酸溶一步法”，該法因受到鋁灰原料成本高、來源少的限制而未能形成大規(guī)模生產。由于目前一般采用上述幾種方法生產，致使我國豐富的含鋁礦石資源在化工上應用極少。最近雖也有從鋁礦石中制取堿式氯化鋁的報道，但此種生產工藝中不僅需要有加工成礦粉、焙燒、加壓酸浸溶出、過濾、熱解聚合等工序，而且礦粉需經活化煅燒后與硫酸、氟化物添加劑按比例混合配料進行焙燒，且要經多次這樣的配料進行焙燒反應和數次酸浸溶出反應，再將溶出的氧化鋁結晶后熱解聚合制成堿式氯化鋁，因而工藝復雜，流程長，熱解速度慢。
本發(fā)明的目的在于提供一種能克服上述制取方法的不足之處，充分利用我國儲量豐富的含鋁礦石資源的堿式氯化鋁的制取方法及裝置。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達到一種從含鋁礦石制取堿式氯化鋁的方法，將含鋁礦石原料加工成礦粉，礦粉焙燒活化后在加熱加壓條件下直接用鹽酸酸浸溶出氧化鋁，再進行固液分離，最后采用噴霧熱解聚合干燥裝置利于過熱蒸氣直接對固液分離所得低鹽基度的堿式氯化鋁半成品溶液同時進行噴霧熱解聚合和干燥制得堿式氯化鋁。
本發(fā)明所指含鋁礦石可為高嶺石、一水軟鋁石、煤矸石、粘土礦、三水鋁礦石等。
一種用于從含鋁礦石制取堿式氯化鋁的噴霧熱解聚合干燥裝置，由噴霧熱解聚合干燥塔、液料供料裝置、開關閥門、與噴霧熱解聚合干燥塔連通并提供噴霧熱解聚合干燥熱能的供熱裝置及其上的測溫孔、與供熱裝置和供料裝置連通且一端伸進噴霧熱解聚合干燥塔內的過熱蒸氣管道、安裝在噴霧熱解聚合干燥塔下部內的下料槽、成品廢氣分離器、廢氣回收裝置、風管、起負壓抽風作用的引風機等主要部分組成。過熱蒸氣管道伸進噴霧熱解聚合干燥塔內的部分有噴頭，噴霧熱解聚合干燥塔內位于噴頭上方位置處有一能使熱空氣均勻分布在塔內的空氣分布板，下料槽與成品廢氣分離器之間和成品廢氣分離器與廢氣回收裝置之間均通過風管連通，風管與下料槽連通端位于下料槽的敞口上口的適當位置，引風機安裝在靠近廢氣回收裝置的風管上，成品廢氣分離器和下料槽的出料口均安裝有星型卸料閥，此種閥能起到只讓卸料而不致使空氣進入分離器和下料槽內的作用。
本發(fā)明的目的還可以通過以下措施來達到加工成礦粉工序可先將含鋁礦石經破碎處理再細碎成一定粒徑的礦粉，使含鋁礦石與鹽酸在進行固液相反應時有較好的接觸面積。加工粒度對氧化鋁的溶出率及反應殘渣的分離效果有較大影響。礦粉粒徑越小，氧化鋁酸浸溶出率越高，但反應殘渣分離時越困難。本發(fā)明礦粉加工粒度一般為40-80目。
經以上加工后的礦粉在適宜的焙燒溫度下焙燒活化分解出在酸中有較好的反應活性的Al2O3，焙燒溫度以氧化鋁最高溶出率的焙燒溫度600-850℃為佳。焙燒時間也是影響氧化鋁溶出率的重要因素之一，焙燒時間可為0.5-1小時。
經焙燒活化后再加酸酸浸溶出礦粉中的氧化鋁，其主要反應是
尤其在加熱加壓的條件下鹽酸酸浸，由于時間的延長，在氧化鋁大量過剩情況下，反應繼續(xù)向溶出方向移動，且生成的〔Al(H2O)6〕Cl3單體逐漸演變制得低鹽基度的堿式氯化鋁半成品溶液。
酸浸溶出反應是用含鋁礦石原料生產堿式氯化鋁的重要工序之一。影響氧化鋁溶出率的因素除與礦物類型、粒徑、焙燒條件有關外，主要影響因素還有所用鹽酸的濃度和用量、酸浸溶出處理時間等，下面分述如下1、用酸濃度。酸浸溶出反應時，最好選用低濃度鹽酸，因為氧化鋁溶出率隨鹽酸濃度的增高而增高，但是如果鹽酸濃度太高，鹽酸揮發(fā)量大大增大，對操作環(huán)境、收率均有不利影響，但鹽酸濃度太低，一方面氧化鋁溶出率降低，另一方面氯化鋁濃度也相應降低，使產品中的氧化鋁含量達不到產品質量標準?？紤]溶出率和鹽酸揮發(fā)因素，在110-150℃和0.7-5Kg/cm2的加熱加壓條件下，鹽酸濃度選用15-20%的低濃度為宜。
2、加酸量。加酸量以控制加酸當量比即酸浸溶出中所加鹽酸當量數與礦粉中氧化鋁當量數之比的方法進行。氧化鋁的溶出率隨加酸當量比的增加而增加，溶出液的鹽基度則隨加酸當量比的增加而減少。為了得到一定量氧化鋁溶出率和鹽基度含量的溶出液，應將加酸當量比控制在0.5-1.0。
3、酸浸溶出反應時間。氧化鋁溶出率隨酸浸溶出反應時間的增長而增加，但1.0小時以內時，溶出率隨反應時間的增長而增加的幅度不大，為了提高設備利用率，反應時間選用1-2小時為宜。
酸浸溶出反應液經過濾和洗滌得低鹽基度的堿式氯化鋁半成品濾液。將此濾液采用噴霧熱解聚合干燥裝置利用過熱蒸氣直接并同時進行噴霧熱解聚合和干燥制得固體堿式氯化鋁。因噴霧顆粒微細，所以在280-300℃溫度下保持2-3秒鐘即可獲得下列指標的固體堿式氯化鋁成品Al2O3含量30-35%，鹽基度60-80%，pH值4.0-5.0，水不溶物0.5-3%，水溶性良好，外觀好。
堿式氯化鋁的應用，目前除給水處理廣泛采用外，在多種工業(yè)廢水處理，如印染水、石油廢水、冶煉廢水、選礦廢水的處理中也得到了應用。此外，堿式氯化鋁在精密鑄造、造紙、醫(yī)藥、制革、油處理等方面也開辟了新的應用途徑。
本發(fā)明與現有技術相比具有如下優(yōu)點1、工藝簡單，焙燒和酸浸溶出不需反復進行多次，且進行焙燒反應時不用加硫酸和任何添加劑，不需將酸浸溶出的氧化鋁結晶，而是將經酸浸溶出和過濾處理后的低鹽基度堿式氯化鋁溶液直接采用過熱蒸氣在280-300℃條件下同時進行噴霧熱解聚合和干燥處理2-3秒鐘，反應速度快，因而簡化了工藝，縮短了工藝流程，勞動強度降低，生產環(huán)境好。
2、能充分利用我國儲量豐富、廉價易得的高嶺石等含鋁礦石資源。
3、酸浸溶出反應使用低濃度鹽酸，能在含低鹽基度的堿式氯化鋁半成品溶液pH值較低(pH值3左右)的情況下生產出合格的固體堿式氯化鋁產品，而且還可以利用回收率高的副產低濃度鹽酸返回酸浸溶出工藝中循環(huán)使用，既降低了產品成本，延長了設備耐腐蝕周期，又防止了空氣污染。
4、由于采用噴霧熱解聚合干燥裝置，以過熱蒸氣作噴霧介質，代替壓縮空氣，可以不要空氣壓縮機，故可節(jié)省電能，尤適用于無電地區(qū)推廣應用。同時噴霧熱解聚合干燥塔可以采用鋼筋混凝土結構，投資少，熱容量大，熱解聚合反應較為充分，因此產品產量高，質量好。
附圖的圖面說明如下。


圖1為本發(fā)明制取方法的工藝流程框圖。
圖2為用于本發(fā)明制取方法的一種具體的噴霧熱解聚合干燥裝置示意圖。
圖中1為噴霧熱解聚合干燥塔;2為供料裝置;3為開關閥門;4為供熱裝置;5為過熱蒸氣管道;6為下料槽;7為成品廢氣分離器;8為廢氣回收裝置;9為風管;10為引風機;11為反吹風機;12為星型卸料閥;13為空氣分布板;14為噴頭;15為測溫孔;16為入孔;17為旋風分離器。
本發(fā)明下面將結合附圖作進一步詳述。
實施例一。如圖1和圖2所示，采用含Al2O354%的高嶺石為原料，先用顎式破碎機將塊狀高嶺石礦石破碎成20-40mm粒徑，再采用球磨機細碎成40-50目的細粒礦粉。礦粉在800℃溫度下焙燒活化0.5小時，再按鹽酸當量數∶高嶺石礦粉中氧化鋁的當量數＝0.8∶1的比例加入濃度為15.3%的鹽酸在120℃溫度和1.0Kg/cm2壓力的加熱加壓條件下酸浸溶出經焙燒活化后的礦粉1小時，即得低鹽基度(鹽基度為20%)的堿式氯化鋁半成品溶液，經過過濾和洗滌后的濾液即液料裝入供料裝置2內，由通入過熱蒸氣管道5中的供熱裝置4所提供的過熱蒸氣通過噴頭14在噴霧熱解聚合干燥塔1內噴霧成微粒狀，并由供熱裝置4提供的熱空氣在280℃溫度下進行熱解聚合和干燥3秒鐘，即得Al2O3含量30.14%，鹽基度68.5%，pH值4.2，水不溶物含量2%，外觀好的固體堿式氯化鋁成品。噴霧熱解聚合干燥塔1內的噴頭14上方有一能使熱空氣均勻分布在塔內的空氣分布板13。在塔的下部，部分產品經上口為敞口狀，底部裝有星型卸料閥12的下料槽6流出，大部分產品則在起負壓抽風作用的引風機10的作用下抽入成品廢氣分離器7(本例為布袋分離器)內，經分離后成品由分離器7下面卸出，廢HCl氣體通過風管9引入廢氣回收裝置8內，回收所得鹽酸循環(huán)用于酸浸溶出反應。供料裝置4的熱風管上有一測溫孔15，供料裝置2底部的管道和過熱蒸氣管道5上有開關閥門3。
本例噴霧熱解聚合干燥塔1為鋼筋混凝土結構，塔側有供人進出作業(yè)的人孔16。
與布袋分離器連通的風管9上安裝有可向布袋中吹氣的反吹風機11，可把粘附在布袋上的成品吹掉并從布袋分離器底部卸出。在連接下料槽6和成品廢氣分離器7之間的風管9上增加安裝一個底部有星型卸料閥12的旋風分離器17，以使顆粒大的產品在旋風分離器17中先卸出，從而可減輕布袋分離器的負擔。
實施例二。采用鋁土礦為原料，加工成粒徑80目的礦粉，在650℃條件下焙燒1小時，按鹽酸當量數∶鋁土礦中氧化鋁當量數＝0.5∶1.0的比例加入濃度為20%的鹽酸在150℃和4.0Kg/cm2的加熱加壓條件下酸浸溶出經焙燒活化后的礦粉2小時得低鹽基度的堿式氯化鋁半成品溶液，經過濾和洗滌后濾液在300℃溫度下噴霧熱解聚合干燥2.0秒鐘即得下列組成的固體堿式氯化鋁成品Al2O3含量34.7%，鹽基度78%，pH值4.5，水不溶物0.75%，噴霧熱解聚合干燥裝置結構和噴霧熱解聚合干燥操作步驟同于實施例一。
權利要求
1.一種從含鋁礦石制取堿式氯化鋁的方法，堿式氯化鋁即聚合氯化鋁的化學通式為[Al2(OH)nCl6-n]m，其中1≤n≤5，m≤10，將含鋁礦石原料加工成礦粉，其特征在于將礦粉焙燒活化后在加熱加壓條件下直接用鹽酸酸浸溶出氧化鋁(Al2O3)，再進行固液分離，最后采用噴霧熱解聚合干燥裝置利用過熱蒸氣直接對固液分離所得低鹽基度的堿式氯化鋁半成品溶液同時進行噴霧熱解聚合和干燥制得堿式氯化鋁。
2.根據權利要求1所述制取方法，其特征在于將含鋁礦石原料經破碎再細碎成40-80目的礦粉，礦粉在600-850℃溫度條件下焙燒活化0.5-1小時，然后在110-150℃和0.7-5Kg/cm2的加熱加壓條件下加入濃度為15-20%的鹽酸酸浸經焙燒活化后的礦粉，鹽酸加入量控制在鹽酸當量數與礦粉中氧化鋁當量數之比在0.5-1.0的范圍內，酸浸溶出反應時間1-2小時，酸浸溶出液經過濾分離后的低鹽基度(鹽基度20-40%)的堿式氯化鋁半成品濾液采用噴霧熱解聚合干燥裝置直接利用過熱蒸氣在280-300℃溫度條件下噴霧熱解聚合干燥2-3秒鐘。
3.一種用于從含鋁礦石制取堿式氯化鋁的噴霧熱解聚合干燥裝置，其特征在于由噴霧熱解聚合干燥塔1、液料供料裝置2、開關閥門3、與噴霧熱解聚合干燥塔1連通并提供噴霧熱解聚合干燥熱能的供熱裝置4及其上的測溫孔15、與供熱裝置4和供料裝置2連通且一端伸進噴霧熱解聚合干燥塔1內的過熱蒸氣管道5、安裝在噴霧熱解聚合干燥塔1下部內部的下料槽6、成品廢氣分離器7、廢氣回收裝置8、風管9、起負壓抽風作用的引風機10等主要部分組成，過熱蒸氣管道5伸進噴霧熱解聚合干燥塔1內的部分有噴頭14，噴霧熱解聚合干燥塔1內位于噴頭14上方位置處有一能使熱空氣均勻分布在塔內的空氣分布板13，下料槽6與分離器7之間和分離器7與廢氣回收裝置8之間均通過風管9連通，風管9與下料槽6連通端位于下料槽6的敞口上口的適當位置，引風機10安裝在靠近廢氣回收裝置8的風管9上，分離器7和下料槽6的出料口均安裝有星型卸料閥12。
4.根據權利要求3所述的的裝置，其特征在于噴霧熱解聚合干燥塔1為鋼筋混凝土結構，塔側有供人進出的入孔16。
5.根據權利要求3或4所述的裝置，其特征在于連通下料槽6和成品廢氣分離器7的風管9上增加安裝一個底部具有星型卸料閥12的旋風分離器17，成品廢氣分離器7為布袋分離器，與布袋分離器連通的風管9上安裝有可向布袋中吹氣的反吹風機11。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從含鋁礦石制取堿式氯化鋁的方法及裝置。該方法將含鋁礦石加工成礦粉后焙燒，再加低濃度鹽酸直接酸浸溶出含鋁礦石中的氧化鋁，酸浸溶出物經分離后的半成品溶液采用噴霧熱解聚合干燥裝置利用過熱蒸汽直接并同時進行噴霧熱解聚合和干燥制得成品。本發(fā)明具有工藝簡單，設備投資少，成本低，不需加任何添加劑，產品質量好等優(yōu)點。
文檔編號C01F7/56GK1054955SQ9010132
公開日1991年10月2日 申請日期1990年3月10日 優(yōu)先權日1990年3月10日
發(fā)明者張書林, 王學祥, 林依明, 趙煥政, 喬繼舜, 劉培義, 申寶升, 李書勇 申請人:河南省鞏縣中原給水排水工程材料廠