一种利用粉煤灰制备氯化铝的方法技术

一种利用粉煤灰制备氯化铝的方法，属于粉煤灰的综合利用技术领域，可解决现有利用粉煤灰制备结晶氯化铝的方法对设备的腐蚀严重的问题，包括如下步骤：通过硫酸自热自压酸浸浸取粉煤灰中的氧化铝，得到硫酸铝溶液后，控温结晶制得硫酸铝；将硫酸铝与氨水反应，再与盐酸反应制备得到结晶氯化铝。该过程可实现粉煤灰中氧化铝的低能耗高效溶出，并实现氯化铝的低能耗高效结晶，并得到纯度高于95%的结晶氯化铝产品。本发明专利技术充分利用硫酸的稀释热和过程的反应热，浸取过程无需外加热源，显著降低过程能耗，且利用硫酸浸取显著减弱设备腐蚀，使技术的综合成本明显降低，便于推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种利用粉煤灰制备氯化铝的方法
本专利技术属于粉煤灰的综合利用
，具体涉及一种利用粉煤灰制备氯化铝的方法。
技术介绍
粉煤灰是煤炭燃烧和气化过程产生的大宗固体废弃物，近年产生总量已达到6亿吨左右，但受单一利用途径的限制，每年仍有近2亿吨堆存，造成严重的环境污染和资源浪费。低热值煤循环流化床燃烧发电是近年来发展较快的一种燃烧技术，主要以中煤、煤矸石、煤泥等低热值煤炭资源为燃料，由于燃烧温度低（800~950℃），产生的循环流化床粉煤灰主要以烧粘土质非晶相物质为主，难以利用，目前基本以堆存为主。循环流化床粉煤灰中含有丰富的氧化铝，且其中的Al较为活泼，提取其中的氧化铝制备氧化铝、结晶氯化铝、铝系絮凝剂等成为其资源利用的重要方向。结晶氯化铝是一种用途广泛的化工产品，可用于废水处理用聚合氯化铝絮凝剂的生产，此外在印染、医药、皮革、油田、造纸，精密铸造等方面有广泛的用途，通常以铝土矿为原料生产，但随着铝土矿资源的日益耗竭，由粉煤灰制备结晶氯化铝成为发展方向。吉林大学专利技术的“循环流化床粉煤灰制备结晶氯化铝的方法”（专利申请号：200710055504.3），将循环流化床粉煤灰采用盐酸在100℃直接浸取的方法制得氯化铝溶液，经过喷雾干燥制得结晶氯化铝产品。盐酸直接浸取效率低，氧化铝的溶出率不高，结晶氯化铝产品收率低。神华集团专利技术的“一种以粉煤灰为原料制备低铁结晶氯化铝的方法”（专利申请号：201010161827.2），将粉煤灰先通过湿法磁选除铁，然后再用20~30wt%的盐酸在130~150℃、0.3~1.0MPa的条件下溶出氧化铝制得氯化铝溶液，经浓缩结晶制得低铁结晶氯化铝，该法采用盐酸加压酸浸，使粉煤灰中氧化铝的溶出率提高至80%以上，但盐酸加压造成设备腐蚀严重。沈阳金博新技术产业有限公司专利技术的“一种利用电厂粉煤灰制取氧化铝的方法”（专利申请号：201210102794.3），将粉煤灰用质量百分数为90%的硫酸浸出后得到硫酸铝溶液，在硫酸铝溶液中加入25%盐酸，然后通入HCl气体，得到氯化铝晶体，该方法虽然通过采用硫酸浸取降低浸取过程对设备的腐蚀，但在向硫酸铝溶液中通入HCl气体后在溶液中生成硫酸，硫酸和盐酸形成“双酸”共存体系，更加剧了对设备的腐蚀程度，而且给“双酸”后续的分离带来了难度。
技术实现思路
本专利技术针对现有利用粉煤灰制备结晶氯化铝的方法对设备的腐蚀严重的问题，提供一种利用粉煤灰制备结晶氯化铝的方法，本方法可实现低能耗、高效率浸出粉煤灰中氧化铝，且全过程对设备的腐蚀程度明显降低，且可制得杂质含量低的结晶氯化铝产品。本专利技术采用如下技术方案：一种利用粉煤灰制备结晶氯化铝的方法，包括如下步骤：第一步，将研磨至100~200目的粉煤灰与水按比例混合，得到混合物，按比例向混合物中分批加入浓硫酸，进行酸浸反应，得到混合溶液；第二步，向混合溶液中按比例加入温度大于80℃的水，搅拌均匀后趁热进行固液分离，得到硫酸铝浸出液和浸出渣；第三步，向硫酸铝浸出液中添加氢氧化铝调节pH至1~4，得到利用反应放热蒸发浓缩的浓缩液，将浓缩液降温至＜40℃，得到无余液残留的硫酸铝晶体；第四步，将硫酸铝晶体溶于70~90℃的水，保温搅拌，然后进行控温结晶后，固液分离得到精制硫酸铝和循环用于硫酸铝晶体溶解的母液；第五步，按比例向精制硫酸铝中加入氨水，反应完成后，固液分离得到氢氧化铝晶体和硫酸铵溶液；第六步，按比例将氢氧化铝晶体加入盐酸，反应完成后，降温至室温，得到无余液残留的结晶体，经水冲淋后，在30~50℃下低温干燥得到结晶氯化铝。第一步中所述粉煤灰与水的质量比为1:0.5~1:3，浓硫酸的质量浓度为98%，浓硫酸与粉煤灰的质量比为0.5:1~5:1，酸浸反应的温度为120~180℃，压力为0.1~0.6MPa，反应时间为1~10h。进一步地，第一步中所述粉煤灰与水的质量比为1:0.5~1:1.5，浓硫酸与粉煤灰的质量比为1:1~3:1，酸浸反应的温度为130~160℃，压力为0.2~0.4MPa。第二步中所述水与粉煤灰的质量比为0:1~2:1。进一步地，第二步中所述水与粉煤灰的质量比为0.5:1~1.5~1。进一步地，第三步中所述调节pH至2~3。第四步中所述保温搅拌的时间为2~4h，控温结晶的温度为30~70℃。进一步地，第四步中所述控温结晶的温度为40~60℃。第五步中所述氨水的质量浓度为4~20%，氨水中NH3与Al的摩尔比为3~6。进一步地，第五步中所述氨水的质量浓度为8~13%，氨水中NH3与Al的摩尔比为3.5~4.5。第六步中所述盐酸的的质量浓度为10~37%，反应时间为2~10h。进一步地，第六步中所述盐酸的的质量浓度为30~37%，反应时间为2~4h。第二步、第四步和第五步中所述固液分离的方法包括自热沉降分离、板框压滤分离、真空抽滤和离心分离中的任意一种。本专利技术的有益效果如下：1.本专利技术通过硫酸自热自压酸浸浸取粉煤灰中氧化铝，该过程充分利用硫酸的稀释热和过程的反应热，无需外加热源，显著降低过程能耗；通过氢氧化铝调节硫酸浸出液酸度，并采用控温结晶手段，可有效控制结晶硫酸铝中的硫酸和杂质残留；将硫酸铝与氨水反应，再与盐酸反应制备结晶氯化铝过程，可实现结晶氯化铝低能耗、高效率转化结晶。总之，本专利技术可实现粉煤灰中氧化铝的低能耗高效溶出和氯化铝的低能耗高效结晶，并得到高纯度的结晶氯化铝产品。2.利用本专利技术的制备方法制备的结晶氯化铝的纯度高，高达96.7%。附图说明图1为本专利技术实施例4制备的结晶氯化铝的XRD谱图。具体实施方式下述实施例中所用粉煤灰为某电厂循环流化床粉煤灰，其成分如下：实施例1取研磨至100~200目粉煤灰1kg，加入0.6kg水，在保温良好的5L搪瓷罐中充分混匀，取98%的浓硫酸2kg加入搪瓷反应釜中，密封釜体，调整压力为0.3MPa、温度为140℃，保温反应6h；待反应釜的压力降至大气压时加入1.2kg90℃的热水，并用板框压滤机过滤，将得到的硫酸铝溶液放入搪瓷蒸发罐；加入氢氧化铝调节余酸，稳定后测得pH为2.3，利用溶液余热及氢氧化铝释放的中和热蒸发浓缩，自然冷却至30℃分离，得到结晶硫酸铝；将硫酸铝用80℃的热水溶解，并保温搅拌3h，然后冷却至50℃，静置、过滤得到精制硫酸铝；精制硫酸铝用10%的氨水溶出，经沉降分离、洗涤后得到氢氧化铝；氢氧化铝再用37%的盐酸溶解，利用反应热蒸发浓缩，反应3h，待自然降温至室温时，在无结晶余液残留的条件下得到结晶体，经水冲淋后，在50℃干燥得到结晶氯化铝产品。经检测，结晶氯化铝的纯度为96.2%。实施例2取研磨至100~200目粉煤灰1kg，加入1.5kg水，在保温良好的5L搪瓷罐中充分混匀，取98%的浓硫酸3kg加入搪瓷反应釜中，密封釜体，调整压力为0.4MPa、温度为160℃，保温反应5h；待反应釜的压力降至大气压时加入0.4kg90℃的热水，并用板框压滤机过滤，将得到的硫酸铝溶液放入搪瓷蒸发罐；加入氢氧化铝调节余酸，稳定后测得pH为2.2，利用溶液余热及氢氧化铝释放的中和热蒸发浓缩，自然冷却至30℃分离，得到结晶硫酸铝；将硫酸铝用80℃的热水溶解，并保温搅拌3.5h，然后冷却至55℃，静置、过滤得到精制硫酸铝；精制硫酸铝用8%的氨水溶出，经沉降分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用粉煤灰制备结晶氯化铝的方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，将磨细至100~200目的粉煤灰与水按比例混合，得到混合物，按比例向混合物中分批加入浓硫酸，进行酸浸反应，得到混合溶液；第二步，向混合溶液中按比例加入温度大于80℃的水，搅拌均匀后趁热进行固液分离，得到硫酸铝浸出液和浸出渣；第三步，向硫酸铝浸出液中添加氢氧化铝调节pH至1~4，得到利用反应放热蒸发浓缩的浓缩液，将浓缩液降温至＜40℃，得到无余液残留的硫酸铝晶体；第四步，将硫酸铝晶体溶于70~90℃的水，保温搅拌，然后进行控温结晶后，固液分离得到精制硫酸铝和循环用于硫酸铝晶体溶解的母液；第五步，按比例向精制硫酸铝中加入氨水，反应完成后，固液分离得到氢氧化铝晶体和硫酸铵溶液；第六步，按比例将氢氧化铝晶体加入盐酸，反应完成后，降温至室温，得到无余液残留的结晶体，经水冲淋后，在30~50℃下低温干燥得到结晶氯化铝。

【技术特征摘要】
1.一种利用粉煤灰制备结晶氯化铝的方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，将磨细至100~200目的粉煤灰与水按比例混合，得到混合物，按比例向混合物中分批加入浓硫酸，进行酸浸反应，得到混合溶液；第二步，向混合溶液中按比例加入温度大于80℃的水，搅拌均匀后趁热进行固液分离，得到硫酸铝浸出液和浸出渣；第三步，向硫酸铝浸出液中添加氢氧化铝调节pH至1~4，得到利用反应放热蒸发浓缩的浓缩液，将浓缩液降温至＜40℃，得到无余液残留的硫酸铝晶体；第四步，将硫酸铝晶体溶于70~90℃的水，保温搅拌，然后进行控温结晶后，固液分离得到精制硫酸铝和循环用于硫酸铝晶体溶解的母液；第五步，按比例向精制硫酸铝中加入氨水，反应完成后，固液分离得到氢氧化铝晶体和硫酸铵溶液；第六步，按比例将氢氧化铝晶体加入盐酸，反应完成后，降温至室温，得到无余液残留的结晶体，经水冲淋后，在30~50℃下低温干燥得到结晶氯化铝。2.根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备结晶氯化铝的方法，其特征在于：第一步中所述粉煤灰与水的质量比为1:0.5~1:3，浓硫酸的质量浓度为98%，浓硫酸与粉煤灰的质量比为0.5:1~5:1，酸浸反应的温度为120~180℃，压力为0.1~0.6MPa，反应时间为1~10h；第二步中所述水与粉煤灰的质量比为0:1~2:1；第三步中所述调节pH至2~3；第...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭彦霞，赵泽森，崔莉，成怀刚，程芳琴，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14