專利名稱：用硬鋁礦石生產混凝劑的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用硬鋁礦(主要成分為α-Al2O3·H2O)生產無機高分子(或復合物)、無機低分子鋁鹽作混凝劑的方法。
混凝劑是水處理、化工、輕工、冶金、石油、礦山等部門廣泛采用的固液分離操作中的一種重要藥劑，可用無機高分子或無機低分子及有機高分子制成。
國內外所使用的混凝劑一般為無機高分子如聚合氯化鋁(堿式氯化鋁)、聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸鋁鐵;無機低分子如三氯化鋁、硫酸鋁等。
通常生產聚合氯化鋁和聚合硫酸鋁，是直接用三氯化鋁、凝膠輕氧化鋁、偏鋁酸鈉、鋁灰等生產，但上述原材料短缺、成本高，國內也有使用三水軟鋁石、一水軟鋁石、高嶺石等來生產的，但這些鋁礦石儲量有限，而國內大量存在的是硬鋁礦石(主要是α-Al2O3·H2O)，這種礦石大量用來冶煉鋁、制造高鋁水泥和耐火材料，如用硬鋁礦石生產聚合氯化鋁需用碳酸鈉、石灰、礦粉固相燒結反應或氫氧化鈉與礦粉液相反應，制得鋁酸鈉，再分解制得凝膠氫氧化鋁，用凝膠法制得聚合氯化鋁。其流程大部分與生產氧化鋁廠生產方法相同，這種生產方法投資大、設備復雜、成本高。參考文獻《堿式氯化鋁》74頁、92頁，作者李潤生，中國建筑工業(yè)出版社1982年出版，《聚合氯化鋁技術資料選編》國家建委研究情報所，1974年。《低品位鋁土礦研制聚合氯化鋁》作者王愛華等“無機鹽工業(yè)”刊物，1990.3。日本專利特開昭61-11113。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術中的不足之處而提供一種用資源豐富的硬鋁礦石(主要是α-Al2O3·H2O)通過簡單工藝生產聚合氯化鋁及其他鋁鹽(高分子、低分子)系列產品作為混凝劑的方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達到將硬鋁礦石與石灰石煅燒，使硬鋁礦石中的Al2O3的活性由低變高，經鋁礦石與石灰石反應，生成了二鋁酸鈣(CaO·2Al2O3)，六鋁酸鈣(CaO·6Al2O3)，硅鋁酸鈣(2CaO·Al2O3·SiO2)為主的中間產物。再將上述中間產物分別與不同同量的鹽酸、硫酸、三氯化鐵、硫酸鐵進行反應，生成了聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、三氯化鋁、硫酸鋁、聚合氯化鋁鐵(復合物)、聚合硫酸鋁鐵(復合物)混凝劑。
具體生產方法第一步將硬鋁礦石和石灰石(CaCO3)破碎球磨成細度為200目以上的粉末，充分混合后，在1300℃～1500℃溫度下煅燒，鋁礦石中的氧化鋁Al2O3與石灰石中的氧化鈣(CaO)其摩爾比為1∶0.12～0.5。
經煅燒后生成了六鋁酸鈣(CaO·6Al2O3)，二鋁酸鈣(CaO·2Al2O3)，硅鋁酸鈣(2CaO·Al2O3·SiO2)為主的中間產物。
第二步將中間產物分別與以下酸、鹽在特定的條件下進行反應，經過濾、排渣、烘干等。生成了聚合三氯化鋁等六種系列化鋁鹽產品，作為混凝劑。
(1)將中間產物加入鹽酸中，使鹽酸中氯離子和中間產物中的鋁離子摩爾比為0.3～1.2∶1。二者反應生成聚合氯化鋁[Al2(OE)nCl6-n]m(注1≤n≤5，m≤16)。
(2)中間產物加入鹽酸中，使鹽酸中氯離子與中間產物中鋁離子的摩爾比大于3，反應生成三氯化鋁(AlCl3·6H2O)。
(3)中間產物加入硫酸中，使硫酸根與中產物中鋁離子的摩爾比為0.15～0.6∶1，反應生成硫酸鋁[Al2(OH)n(So4)3-n/2]m。
(4)中間產物和硫酸反應，使硫酸根與中間產物鋁離子摩爾比大于1.5，生成硫酸鋁[Al2(So4)3·18H2O]。
(5)將中間產物加入三氯化鐵溶液中反應，使鋁離子與鐵離子的摩爾比為0.4～2.5∶1，生成聚合氯化鋁鐵[Al2(OH)nCl6-n]m·[Fe2(OH)nCl6-n]m。
(6)將中間產物加入硫酸鐵溶液中反應，使鋁離子與鐵離子摩爾比為0.4～2.5∶1，生成聚合硫酸鋁鐵[Al2(OH)n(SO4)3-n/2]m·[Fe2(OH)n(CO4)3-n/2]m。
其工藝流程見說明書附

圖1本發(fā)明的目的還可以通過以下措施來達到(1)將中間產物六鋁酸鈣、二鋁酸鈣、硅鋁酸鈣和15%～25%的鹽酸反應，控制加酸量，使鹽酸中氯離子和中間產物中的鋁離子其摩爾比為0.3～1.2∶1。反應中間加適量水，反應時間3-5小時，經冷卻后，抽取澄清液，再經烘干，得固體聚合氯化鋁。
(2)將中間產物和15%～25%的鹽酸反應，控制加酸量使鹽酸中氯離子和中間產物中的鋁離子其摩爾比大于3。反應時間3-5小時，經冷卻、澄清分離，濃縮結晶，生成物主要是三氯化鋁。
(3)中間產物和20%～70%的硫酸反應，控制加酸量，使硫酸中的硫酸根和中間產物中的鋁離子其摩爾比為0.15～0.6∶1。反應中加適量水，反應時間3-5小時，經冷卻后，抽取澄清液，再經烘干，得固體聚合硫酸鋁。
(4)將中間產物和20%～70%的硫酸反應，控制加酸量，使硫酸中的硫酸根和中間產物中的鋁離子其摩爾比這于1.5。經反應3-5小時，冷卻、澄清分離，濃縮結晶，生成物主要是硫酸鋁。
(5)中間產物和三氯化鐵溶液經行反應，使鋁離子和鐵離子的摩爾比等于0.4～2.5∶1，反應中加適量水，反應時間1～2小時，PH3.5～5.5，經過濾、排渣、烘干，其生成物為聚合氯化鋁鐵復合物。
(6)將中間產物和硫酸鐵溶液進行反應，使鋁離子和鐵離子摩爾比等于0.4～2.5∶1，反應中加適量水，PH值控制在2.5～5.5，反應時間1～2小時，經過濾、排渣、烘干，其生成物是聚合硫酸鋁鐵復合物。
附圖的圖面說明圖1、本發(fā)明的工藝流程2、聚合氯化鋁或聚合硫酸鋁的工藝流程3、聚合氯化鋁鐵或聚合硫酸鋁鐵的工藝流程4、三氯化鋁或硫酸鋁的工藝流程圖本發(fā)明結合實施例及框圖再作進一步詳述。
實施例1第一步將Al2O3含量78.56%，SiO25.18%的硬鋁礦石6kg和含CaO55.4%的石灰石1.33kg，混合破碎、粉磨、細度為200目，經煅燒、溫度1470℃左右，即可獲得活性極高的中間產物6.54kg，主要成分六鋁酸鈣(CaO·6Al2O3)，二鋁酸鈣CaO·2Al2O3、硅鋁酸鈣2CaO·Al2O3·SiO2。
第二步將1.09kg的中間產物和2.81kg和16%的鹽酸反應，反應過程中加水0.1kg，反應時間4小時，冷卻至室溫，澄清后取上面清液，在框圖1中所示烘干，溫度控制在140℃左右，得到聚合氯化鋁(也稱堿式氯化鋁)[Al2(OH)nCl6-n]m1.43kg，Al2O3含量＞35%，鹽基度(或稱堿化度)為73%左右;重金屬鎘、汞未檢出，鉻遠低于國家標準，顏色為橙黃色。過程詳見圖2。
實施例2用實施例1中的中間產物1.09kg和30%的硫酸1.5kg，反應過程中加水300g，反應3小時生成聚合硫酸鋁溶液，冷卻至室溫、過濾排渣、烘干、溫度控制在140℃左右，生成固體聚合硫酸鋁，產品鹽基度(也稱堿化度)在80%左右，見圖2。
實施例3把中間產物1.09kg加入三氯化鐵溶液7.5kg濃度為30%，PH值控制在4.5左右，反應過程中加水150g，反應1.5小時后，分離液體和沉渣。烘干反應液，得聚合氯化鋁鐵3.7kg。見圖3。
實施例4將中間產物1.09kg和30%濃度的硫酸鐵溶液反應，硫酸溶液取9.3kg，反應過程中加水150g，PH值控制在4.2左右，經反應1.4小時后分離，冷卻至室溫、過濾、排渣、烘干，溫度在150℃左右，可得聚合硫酸鋁鐵4.3kg。見圖3。
實施例5中間產物1.09kg和20%鹽酸3.5kg反應，加熱4小時，冷卻至室溫、澄清分離，將澄清液加熱濃縮，冷卻結晶后得到三氯化鋁3.7kg見圖4。
實施例6中間產物1.09kg和30%硫酸7.5kg反應，加熱4小時，冷卻至室溫、澄清分離，將澄清液加熱濃縮，冷卻結晶后得硫酸鋁5.1kg見圖4。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術比如有如下優(yōu)點1.用本發(fā)明方法，將硬鋁礦石生產成混凝劑，生產工藝流程簡單，成品成本降低，價格為現(xiàn)在市場價格低一半左右。
2.本發(fā)明使礦石中鋁提取率比現(xiàn)有技術高，充分發(fā)揮了礦石潛力。
3.用本發(fā)明不僅能生產出聚合氯化鋁，聚合硫酸鋁，又能生產鋁鐵復合的無機高分子混凝劑，而且很容易生產出三氯化鋁和硫酸鋁，大大提高了經濟效益。
4.硬鋁礦(主要成分α-Al2O3·H2O)在國內外分布廣，品位高，資源豐富，含Al2O360-80%。
5.采用本發(fā)明方法制造時的混凝劑用途廣泛，不僅能用于凈水，而且在破乳在生、精密鑄造、媒染及石油開采中的泥漿配制中起著不可替代的作用，生產出的復合鋁鐵鹽凈水時，沉降速度快，綜合了鋁鹽和鐵盒的優(yōu)點，凈化程度高，污泥處理容易，使用水質范圍廣。
權利要求
1.用硬鋁礦石(主要成分為α-Al2O3·H2O)生產無機高分子、無機低分子混凝劑的方法，其特征在于第一步將硬鋁礦石和石灰石破碎，混合粉磨成細度200目以上的粉末，在1300℃～1500℃溫度下煅燒，并使鋁礦石中氧化鋁Al2O3與石灰石中CaO摩爾比為1∶0.12～0.5，經煅燒后生成六鋁酸鈣CaO·6Al2O3、二鋁酸鈣CaO·2Al2O3、硅鋁酸鈣2CaO·Al2O·SiO2、為主的中間產物；第二步(1)中間產物和鹽酸反應，使鹽酸中氯離子與中間產物中鋁離子摩爾比為0.3～1.2∶1，反應中加水，冷卻、澄清、過濾后烘干，即可得聚合氯化鋁｜Al2(OH)n0l6-n｜m(式中1≤n≤5，m≤16)；(2)中間產物與鹽酸反應，使鹽酸中氯離子與中間產物中鋁離子的摩爾比大于3，經冷卻、澄清分離、濃縮、結晶后可得三氯化鋁AlOl3·6H2O。(3)中間產物與硫酸反應，使硫酸根與中間產物中鋁離子摩爾比為0.15～0.6∶1，反應中加水、冷卻、抽取澄清液、再經烘干，可取得聚合硫酸鋁｜Al2(OH)2(SO4)3-n/2｜m(式中/1≤n≤5，m≤16)；(4)中間產物和硫酸反應，硫酸根與中間產物中鋁離子摩爾比大于1.5，經冷卻、澄清分離、濃縮結晶生成物主要是硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O。(5)中間產物和三氯化鐵溶液反應，中間產物中鋁離子與三氯化鐵中鐵離子摩爾比為0.4～2.5∶1，反應中加水，PH為3.5～5.5，經過濾、排渣、烘干可得聚合氯化鋁鐵復合物｜Al2(OH)2Cl6-n｜n·｜Fe2(OH)nCl6-n｜m。(6)中間產物和硫酸鐵溶液反應，中間產物中鋁離子與硫酸中鐵離子摩爾比為0.4～2.5∶1，反應中加水，PH為3.5～5.5，經過濾、排渣、烘干，可得聚合硫酸鋁鐵復合物｜Al2(OH)2Cl3-n｜m·｜Fe2(OH)nCl3-n｜m。
2.根據(jù)權利要求1所述的用硬鋁礦石制造凝聚劑的方法其特征在于(1)將中間產物與15%～25%的鹽酸反應，使鹽酸中氯離子和中間產物中鋁離子的摩爾數(shù)比為0.3-1.2∶1，反應過程中加適量水，反應時間為3-5小時，冷卻到室溫澄清過濾后，烘干溫度為140℃，生成固體聚合氯化鋁產品。(2)將中間產物與15%～25的鹽酸反應，使鹽酸中氯離子和中間產物中鋁離子的摩爾比大于3，反應時間3-5小時，冷卻至室溫，澄清分離、濃縮、結晶，可得三氯化鋁AlCl3·6H2O。(3)中間產物和20%～70%的硫酸反應，使硫酸中硫酸根氯離子和鋁離子的摩爾數(shù)比在0.15-0.6∶1，反應時間為3-5小時，反應中加適量水，冷卻室溫后經澄清后，過濾，再進行烘干，溫度為140℃為生成固體聚合硫酸鋁產品。(4)中間產物和20%～70%的硫酸反應，使硫酸中硫酸根離子和中間產物中鋁離子的摩爾比大于1.5，反應3-5小時，冷卻至室溫，澄清過濾、濃縮、結晶可得硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O。(5)中間產物和三氯化鐵溶液反應，中間產物中鋁離子與三氯化鐵中鐵離子的摩爾比為0.4～2.5∶1，反應過程中加適量水，PH值控制在3.5-5.5左右，反應1-2小時過濾、排渣、烘干得聚合氯化鋁鐵復合物。(6)中間產物和硫酸鐵溶液反應，中間產物中鋁離子和硫酸鐵中鐵離子摩爾比為0.4-2.5∶1，反應過程中加適量水，PH值控制在3.5～5.5左右，反應1-2小時，冷卻至室溫過濾、排渣、烘干，溫度在150℃可得聚合硫酸鋁鐵復合物。
全文摘要
用硬鋁礦石生產混凝劑的方法。本發(fā)明涉及一種硬鋁礦石生產無機高分子(復合)、無機低分子混凝劑的方法。在國內外有多種方法制造混凝劑，通常用氫氧化鋁、鋁灰等生產聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁等，但原料缺乏，成本高。本發(fā)明采用硬鋁礦石與石灰石煅燒，生成六鋁酸鈣、二鋁酸鈣、硅鋁酸鈣、將此中間產物分別與不同量鹽酸、硫酸、氯化鐵、硫酸鐵溶液進行反應，生成聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁等鋁鹽系列混凝劑，其優(yōu)點為工藝簡單、成本低、效益高。
文檔編號C01F7/56GK1072157SQ9111046
公開日1993年5月19日 申請日期1991年11月11日 優(yōu)先權日1991年11月11日
發(fā)明者周玉龍 申請人:周玉龍