煤矸石生產(chǎn)聚合氯化鋁的原理及工藝

制取聚合氯化鋁的方法很多，大至可分為：熱解法、酸溶法、電解法、電滲法等。本文所介紹的用煤矸石制取聚合氯化鋁的方法就是其中的酸溶法，整個(gè)原理及工藝流程可分為粉碎、焙燒、連續(xù)酸溶、濃縮結(jié)晶、沸騰分解、配水聚合五道工序，其原理及工藝流程如圖1所示。

1、粉碎焙燒

粗碎后的煤矸石在焙燒過(guò)程中，隨著溫度的升高、高嶺石成為非晶質(zhì)或半晶質(zhì)，進(jìn)一步升溫，使高嶺石逐漸轉(zhuǎn)化為γ-Al2O3和SiO2，其化學(xué)反應(yīng)式如下：

Al2O3·2SiO2·2H2O→（550-700℃）Al2O3·2SiO2+2H2O

Al2O3·2SiO2→（700-800℃）γ-Al2O3+2SiO2↓

在這一過(guò)程中溫度不能過(guò)高，當(dāng)溫度超過(guò)850℃時(shí)，γ-Al2O3逐漸轉(zhuǎn)化為α-Al2O3，使反應(yīng)失去活性，煤矸石中Al2O3一般較高溶出率的焙燒溫度控制范圍為600-800℃。

2、連續(xù)酸溶

焙燒后的煤矸石應(yīng)細(xì)粉至60目左右，以便使氧化鋁溶出率較高且較經(jīng)濟(jì)，然后連續(xù)酸溶。

其工藝條件是：

（1）選用在恒沸點(diǎn)附近濃度為20%鹽酸溶液較佳，這時(shí)氧化鋁的溶出率較高，但制備結(jié)晶AlCl3中間產(chǎn)物的成化度較高、為降低結(jié)晶AlCl3中間產(chǎn)物的成化度，允許鹽酸的濃度可適當(dāng)增加，當(dāng)鹽酸濃度增加到0.8M以上時(shí)，結(jié)晶AlCl3中間產(chǎn)物的成化度下降很快，但氧化鋁溶出率增長(zhǎng)幅度并不大。

（2）酸溶設(shè)備采用四釜，用蒸汽直接加熱，在常壓溫度為100-110℃的條件下，連續(xù)酸溶并壓風(fēng)攪拌。

（3）溶出液采用混凝沉淀法進(jìn)行分離。從反應(yīng)釜連續(xù)流出的溶出液進(jìn)入沉淀池，待沉淀池充滿后，加混凝劑聚丙烯酰胺或動(dòng)物膠進(jìn)行混合，靜止4h，清液轉(zhuǎn)入存貯池、沉渣即可排出。

3、濃縮結(jié)晶

從連續(xù)酸溶工序中得來(lái)的酸溶母液進(jìn)入搪瓷釜內(nèi)，呈負(fù)壓狀態(tài)，然后用蒸汽加熱以實(shí)現(xiàn)濃縮。當(dāng)蒸出液為母液體積的45-50%時(shí)，即停止加熱濃縮，濃縮周期為10h。然后，出料經(jīng)滯留槽冷卻過(guò)濾后可得結(jié)晶AlCl3。蒸發(fā)出的水蒸汽和部分鹽酸氣經(jīng)吸收，可循環(huán)使用。

4、沸騰熱解

濃縮結(jié)晶的AlCl3用熱網(wǎng)加熱到170-180℃條件下，進(jìn)行熱分解，使產(chǎn)品堿化度控制在70-75%。熱分解的HCl氣體在吸收塔內(nèi)循環(huán)吸收，用以配制稀鹽酸，可在連續(xù)酸溶工序中重復(fù)利用。每分解1t結(jié)晶AlCl3可得300kg HCl氣體，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

5、配水聚合

從沸騰熱解工序中得到的AlCl3，加水溶解混合并加以攪拌，產(chǎn)品由稀變稠，到一定濃度，從容器中倒出，經(jīng)風(fēng)干龜裂后，即得固體聚合氯化鋁混凝劑。 

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