一种电解氯化铝制备氧化铝的方法技术

本发明专利技术属于电解技术领域，具体涉及一种电解氯化铝制备氧化铝的方法。目的是利用广泛的氯化铝资源短流程、低能耗地获得冶金级氧化铝或化学品氧化铝产品。通过阳离子膜电解槽电解氯化铝溶液，对电解槽阴极区进行机械搅拌；通过过滤装置对电解液及氢氧化铝进行固液分离，滤液循环返回阴极区；烘干过滤产物获得氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧可获得冶金级氧化铝或化学品氧化铝；收集阳极和阴极气体，获得副产品氢气和氯气。本发明专利技术采用电解的方法使氯化铝直接转化为氢氧化铝，电解工艺自动化程度高，流程短，有利于降低生产成本、提高生产效率。

Method for preparing aluminium oxide by electrolytic aluminium chloride

The invention belongs to the field of electrolytic technology, in particular to a method for preparing alumina by electrolyzing aluminium chloride. The aim is to obtain metallurgical grade alumina or chemical alumina products using a wide range of aluminium chloride resources, short processes and low energy consumption. Through the cation exchange membrane electrolytic aluminum chloride solution, mechanical stirring on the cathode electrolytic tank; solid-liquid separation of electrolyte and aluminum hydroxide by filtration, filtrate circulation return to the cathode region; drying filtration products obtained by roasting aluminum hydroxide, aluminum hydroxide can obtain metallurgical grade alumina and alumina chemicals; collecting anode and cathode gas byproduct is obtained hydrogen and chlorine. The electrolytic process of aluminum chloride is directly converted into aluminium hydroxide, and the electrolysis process has high degree of automation and short process, thereby reducing production cost and improving production efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种电解氯化铝制备氧化铝的方法
本专利技术属于电解
，具体涉及一种电解氯化铝制备氧化铝的方法。
技术介绍
氧化铝是一种白色无定形粉末，不溶于水，可溶于无机酸和碱性溶液，熔点2050℃，沸点2980℃。目前普遍认为，氧化铝主要有α型和γ型两种变体，γ-Al2O3是氢氧化铝在140-150℃的低温环境下脱水制得，工业上也叫活性氧化铝、铝胶。γ型氧化铝不溶于水，能溶于强酸或强碱溶液，加热至1200℃就全部转化为α型氧化铝。根据用途的不同，氧化铝被分为两大类：一类为用作电解铝原料的氧化铝，称为冶金级氧化铝；另一类用于陶瓷、化工、制药等领域的非冶金用氧化铝，称为特种氧化铝，也叫化学品氧化铝。目前世界上生产的氧化铝大部分用于电解铝，而用作其他用途的很少，但化学品氧化铝的应用领域也在不断拓展。在很长一段时间内，全球的氧化铝生产量一直呈逐年增长趋势，全球主要的氧化铝生产国为中国、美国、巴西、牙买加、俄罗斯以及印度等。现如今氧化铝企业普遍采用拜耳法工艺，其工艺简单、产品质量高，但流程中溶出过程矿浆稀释程度大，母液蒸发过程能耗高。现有氧化铝企业通过提高循环效率和产出率的技术，可在原有流程设备的基础上提高产能。拜耳法生产氧化铝工艺已经步入依靠设备大型化来提高产能、实现节能降耗。另外，氧化铝生产过程对环境的产生也产生了很大的影响，主要表现在：氧化铝生产过程中所产生的废渣(赤泥)、废水及废气对环境的影响，尤其是大量赤泥对环境的影响；其次是操作人员在生产现场可能受到的伤害及影响。
技术实现思路
针对现有技术中存在的能耗高、成本高以及污染大等难题，本专利技术提供了一种电解氯化铝制备氧化铝的方法，目的是利用广泛的氯化铝资源短流程、低能耗地获得冶金级氧化铝或化学品氧化铝产品。通过阳离子膜电解槽电解氯化铝溶液，对电解槽阴极区进行机械搅拌；通过过滤装置对电解液及氢氧化铝进行固液分离，滤液循环返回阴极区；烘干过滤产物获得氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧可获得冶金级氧化铝或化学品氧化铝；收集阳极和阴极气体，获得副产品氢气和氯气。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：步骤1：对氯化铝水溶液进行电解，电解的工艺参数为：10℃≤温度＜100℃，电解的电压≥2.2V；所述的电解在电解系统中进行，电解系统包括阳离子膜电解槽和过滤回收利用装置；所述的阳离子膜电解槽包括：槽体12、阴极室1、阳极室2、阳离子交换膜3、搅拌器4、直流电源5；所述的过滤回收利用装置包括过滤装置6、干燥箱7、第一溶解槽8、第一泵9、第二溶解槽10和第二泵11；所述的电解系统具有搅拌和过滤的功能；其中，槽体12内部设置有阳离子交换膜3，阳离子交换膜3将槽体12分为两室，其中，与直流电源5的正极连接的为阳极室，与直流电源5的负极连接的为阴极室1，在阴极室1内设置有搅拌器4，所述的搅拌器4通过电极驱动进行搅拌；在阴极室1的下方设置有过滤装置6，过滤装置6设置有固体出口和液体出口，过滤机的固体出口与干燥箱7相连接，过滤机的液体出口与第二溶解槽10相连接，第二溶解槽10通过第二泵11与阴极室1相通；在阳极室2的下侧设置开口与第一溶解槽8相连接，第一溶解槽8通过第一泵9与阳极室2相通。所述的步骤1中，所述的氯化铝水溶液的质量浓度为任意值；步骤2：控制阳离子膜电解槽电解电流密度为0.01-0.6A/cm2，使阳离子膜电解槽阴极室1内直接生成氢氧化铝；步骤3：对阳离子膜电解槽的阴极室1进行搅拌，阴极室1电解液和氢氧化铝定向流动，通过过滤装置6进行过滤，固液分离，得到氢氧化铝和滤液，滤液循环返回至阴极室1作为阴极室1电解液；阳极室2溶液连续抽出，经调节浓度后返回阳极室2；收集阳极气体获得副产品氯气，收集阴极气体获得副产品氢气；所述的步骤3中，所述的搅拌为机械搅拌或电磁搅拌，所述搅拌的作用在于抑制槽体12底部沉淀；所述的步骤3中，所述的定向流动为连续流动或间歇流动，所述的间歇流动的时间间隔根据所用的过滤设备不同而定。所述的步骤3中，所述的滤液加水至原浓度后循环返回至阴极室1，作为阴极室1电解液，阳极室2电解液抽出后加入氯化铝调整浓度至初始反应氯化铝浓度后，返回至阳极室2，实现氯化铝的循环利用。步骤4：将氢氧化铝烘干、焙烧，得到冶金级氧化铝或化学品氧化铝产品。上述方法的反应分别为：阳极反应：2Cl--2e＝Cl2(1)阴极反应：2H2O+2e＝H2+2OH-(2)总反应：煅烧反应：2Al(OH)3＝Al2O3+3H2O↑(4)查得，25℃时，标准生产电势V1＝-1.3583V、V2＝-0.8277，则E总＝-2.186，所以，槽电压必须高于2.186V。与现有技术相比，本专利技术的优势在于：(1)本专利技术采用电解的方法使氯化铝直接转化为氢氧化铝，电解工艺自动化程度高，流程短，有利于降低生产成本、提高生产效率；(2)本专利技术采用电解的工艺生产氧化铝，生产过程中副产品氯气和氢气纯度高，可直接干燥利用，电解液经过滤后循环使用，流程中无污染性产物，环保、无害；(3)本专利技术电解得到的氢氧化铝焙烧制得冶金级氧化铝或化学品氧化铝，所得产品纯度高。附图说明图1为本专利技术电解系统的结构示意图；1-阴极室；2-阳极室；3-阳离子交换膜；4-搅拌器；5-直流电源；6-过滤装置；7-干燥箱；8-第一溶解槽；9-第一泵；10-第二溶解槽；11-第二泵；12-槽体。具体实施方式本专利技术实施例中采用的氯化铝溶液为任意浓度的氯化铝水溶液。以下实施例所采用的电解系统为本专利技术说明书附图1的装置，该电解系统包括阳离子膜电解槽和过滤回收利用装置；所述的阳离子膜电解槽包括：槽体12、阴极室1、阳极室2、阳离子交换膜3、搅拌器4、直流电源5；所述的过滤回收利用装置包括过滤装置6、干燥箱7、第一溶解槽8、第一泵9、第二溶解槽10和第二泵11；所述的电解系统具有搅拌和过滤的功能；其中，槽体12内部设置有阳离子交换膜3，阳离子交换膜3将槽体12分为两室，其中，与直流电源5的正极连接的为阳极室2，与直流电源5的负极连接的为阴极室1，在阴极室1内设置有搅拌器4，所述的搅拌器4通过电极驱动进行搅拌；在阴极室1的下方设置有过滤装置6，过滤装置6设置有固体出口和液体出口，过滤机的固体出口与干燥箱7相连接，过滤机的液体出口与第二溶解槽10相连接，第二溶解槽10通过第二泵11与阴极室1相通；在阳极室2的下侧设置开口与第一溶解槽8相连接，第一溶解槽8通过第一泵9与阳极室2相通。实施例1本实施例由氯化铝电转化为氧化铝的方法，按以下步骤进行：步骤1：对氯化铝水溶液进行电解，电解的工艺参数为：温度为20℃，电解的电压为3V；所述的步骤1中，所述的氯化铝水溶液的质量浓度为50g/L；步骤2：控制阳离子膜电解槽电解电流密度为0.01A/cm2，使阳离子膜电解槽阴极室1内直接生成氢氧化铝；步骤3：对阳离子膜电解槽的阴极室1进行搅拌，阴极室1电解液和氢氧化铝定向流动，通过过滤装置6进行过滤，固液分离，得到氢氧化铝和滤液，滤液循环返回至阴极室1作为阴极室1电解液；阳极室2溶液连续抽出，经调节浓度后返回阳极室2；收集阳极气体获得副产品氯气，收集阴极气体获得副产品氢气；所述的步骤3中，所述的搅拌为机械搅拌，所述搅拌的作用在于抑制槽体12底部沉淀；所述的步骤3中，所述的定向流动为连续流动或间歇流动，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解氯化铝制备氧化铝的方法，其特征在于步骤包括：步骤1：对氯化铝水溶液进行电解，电解的工艺参数为：10℃≤温度＜100℃，电解的电压≥2.2V；所述的电解在电解系统中进行，电解系统包括阳离子膜电解槽和过滤回收利用装置；所述的阳离子膜电解槽包括：槽体、阴极室、阳极室、阳离子交换膜、搅拌器、直流电源；所述的过滤回收利用装置包括过滤装置、干燥箱、第一溶解槽、第一泵、第二溶解槽和第二泵；所述的电解系统具有搅拌和过滤的功能；其中，槽体内部设置有阳离子交换膜，阳离子交换膜将槽体分为两室，其中，与直流电源的正极连接的为阳极室，与直流电源的负极连接的为阴极室，在阴极室内设置有搅拌器，所述的搅拌器通过电极驱动进行搅拌；在阴极室的下方设置有过滤装置，过滤装置设置有固体出口和液体出口，过滤机的固体出口与干燥箱相连接，过滤机的液体出口与第二溶解槽相连接，第二溶解槽通过第二泵与阴极室相通；在阳极室的下侧设置开口与第一溶解槽相连接，第一溶解槽通过第一泵与阳极室相通；步骤2：控制阳离子膜电解槽电解电流密度为0.01‑0.6A/cm

【技术特征摘要】
1.一种电解氯化铝制备氧化铝的方法，其特征在于步骤包括：步骤1：对氯化铝水溶液进行电解，电解的工艺参数为：10℃≤温度＜100℃，电解的电压≥2.2V；所述的电解在电解系统中进行，电解系统包括阳离子膜电解槽和过滤回收利用装置；所述的阳离子膜电解槽包括：槽体、阴极室、阳极室、阳离子交换膜、搅拌器、直流电源；所述的过滤回收利用装置包括过滤装置、干燥箱、第一溶解槽、第一泵、第二溶解槽和第二泵；所述的电解系统具有搅拌和过滤的功能；其中，槽体内部设置有阳离子交换膜，阳离子交换膜将槽体分为两室，其中，与直流电源的正极连接的为阳极室，与直流电源的负极连接的为阴极室，在阴极室内设置有搅拌器，所述的搅拌器通过电极驱动进行搅拌；在阴极室的下方设置有过滤装置，过滤装置设置有固体出口和液体出口，过滤机的固体出口与干燥箱相连接，过滤机的液体出口与第二溶解槽相连接，第二溶解槽通过第二泵与阴极室相通；在阳极室的下侧设置开口与第一溶解槽相连接，第一溶解槽通过第一泵与阳极室相通；步骤2：控制阳离子膜电解槽电解电流密度为0.01-0.6A/cm2，使阳离子膜电解槽阴极室内直接生成氢氧化铝；步骤3：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张廷安，刘燕，潘喜娟，吕国志，豆志河，赵秋月，牛丽萍，傅大学，张伟光，王艳秀，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21