利用煤矸石制备结晶氯化铝_聚合氯化铝

利用煤矸石制备结晶氯化铝、聚合氯化铝

候福春 谷明春　

(大庆市林源炼油厂职工学校)(长春市一五一中学)

闫景辉

(长春光学精密机械学院材料与化工系)

摘　要　对煤矸石的综合利用进行了研究,试生产出了结晶氯化铝、聚合氯化铝,质量经测定均能达到有关标准。

关键词　煤矸石;结晶氯化铝;聚氯化铝

目前,我国生产的能源有煤、石油、天然气,其中煤炭占商品能源的总量的73%,75%的工业燃料和动力,66%的化工原料,以及85%的城市民用燃料都是由煤炭提供的,而煤炭生产的环境污染问题则涉及到煤炭开采加工和消费的全过程。

我国每年产生煤矸石113亿吨,而其中仅有2300万吨被利用。历年堆存的煤矸石超过20亿吨,占地120平方公里左右。全国有煤矸石山1200座,其中正在自燃的110座,矸石山自然排出大量的二氧化硫、一氧化碳、氮氧化合物、硫化氢和烟尘,对环境造成严重污染,若能利用,煤矸石将会变废为宝,造福人民。基于上述原因,我们利用煤矸石生产结晶氯化铝、聚合氯化铝,质量达到了专业标准。结晶氯化铝,主要用于化学工业作有机合成的催化剂、石油精炼、合成染料、合成洗涤剂、医药、农药等,聚合氯化铝,是一种无机高分子化合物,它具有较强的吸附能力,主要用于饮水的净化和及工业废水的处理。1　原料、主要试剂及原理

1)原　料

原料煤矸石是煤炭开采过程中的副产物。本试验所用产地山西大同煤矸石,主要成分如表1所示。

表1　煤矸石的主要成分(%)成 分Al 2O 3SiO 2Fe 2O 3MgO CaO 含量23～2556～603～51～33～6

2～32)试　剂

盐酸　工业品　含量30%液碱　工业品　30Be 3)原　理

煤矸石中三氧化二铝与盐酸反应,生成结晶氯化铝,反应方程式如下:

Al 2O 3+6HCl +9H 2O

2AlCl 3・6H 2O

收稿日期:1999-01-20第22卷第1期

长春光学精密机械学院学报Vol.22　No.11999年3月J.CHAN GCHUN INST.OPT.&　FIN E M ECH.Mar.1999

将上述生成的氯化铝溶液经调整后,加入氢氧化钠溶液生成聚合氯化铝,反应方程式为:

2AlCl 3+5NaOH Al 2(OH )5Cl +5NaCl

2　工艺过程利用煤矸石生产硫酸铝的工艺流程见图

1。

图1　煤矸石生产硫酸铝的工艺流程

3　试验操作

311　结晶氯化铝的制备[1]

31111　酸　解

往衬有耐酸材料,带有搅拌器的反应釜中加入盐酸含量为30%的废液(HCl 用量为理论量的115倍),开动搅拌器,然后把经过球磨机粉碎后的煤矸石缓慢加入反应釜中,使其溶解。由于反应放热,不需加热物料温度便可升至80～90℃,连续搅拌2h ,酸解终点时,控制p H 值为310～312。酸解过程中,煤矸石中的Al 2O 3与盐酸反应,生成氯化铝进入液相,Ca 、Mg 、Fe 的氧化物也与盐酸反应生成CaCl 2、MgCl 2、FeCl 2进入液相。

将物料送至板框压滤机内进行过滤,滤饼用p H315～410的酸性水洗涤后,即得滤渣,洗涤液送酸解反应釜供稀释用;滤液去提纯工序。

31112　提　纯

上述滤液中含有CaCl 2、MgCl 2、FeCl 2等杂质,为了得到符合国家标准的六水氯化铝晶体,分3步除去这些杂质:先除钙、镁,然后中和游离酸HCl 最后除铁。

1)加入草酸

往滤液中加入草酸,会生成CaC 2O 4沉淀、MgC 2O 4沉淀、FeC 2O 4沉淀。化学反应式如下:

CaCl 2+H 2C 2O 4

CaC 2O 4↓+2HCl MgCl 2+H 2C 2O 4

MgC 2O 4↓+2HCl FeCl 2++H 2C 2O 4FeC 2O 4↓+2HCl

加入草酸的量以电导仪出现溶液电导拐点为止。上述沉淀反应完成后,将固液混合液送板框压滤机过滤,除去固体杂质。

2)加入氢氧化钠

由于滤液存在多余的HCl ,会使蒸发结晶时p H 不断下降,固加入氢氧化钠30Be ,最终

66长春光学精密机械学院学报1999年

使液相的p H 为413。

3)加入氨水

由于Al (OH )3的溶度积(111×10-15)与Fe (OH )2的溶度积(1164×10-14)相差较大,故可加氨水(1∶1),将滤液的p H 调到11～13,使铁完全沉淀,而铝不沉淀(p H 为1019时,Al (OH )3完全溶解)。将溶液送至板框过滤机进行过滤,除去氢氧化铁沉淀。31113　蒸发结晶氯化铝

氯化铝在水中的溶解度随温度的降低而减少,因此,先把滤液加热,蒸发除水,使其达饱和浓度,然后用自由水冷却至常温,使氯化铝从溶液中结晶析出,最后置于离心机中脱水,脱水产品经化验合格后去烘干,即得固体六水氯化铝。经测试,均能达到一级品标准。3121聚合氯化铝的制备[2,3]

将311制备的未经结晶的氯化铝溶液,在30℃下搅拌,缓慢加入30Be 的氢氧化纳,搅拌4h ,保温15～20℃,熟化5d ,即得含量30%聚氯化铝溶液,经减压浓缩可生成固体聚合氯化铝。经分析测试,液体产品中含氧化铝大于10%,固体产品中含氧化铝大于30%。4　结果与讨论

1)酸浸时煤矸石以过60～100目为宜,煅烧的最佳温度为700～750℃,煅烧时间为1h 。

2)此法生产成本及效益未作估算。

3)铁离子做为杂质除去,是一种浪费,应加以利用。

4)滤渣还应综合利用。

参考文献

1　詹益兴主编.化工小商品生产方法(第七集).湖南科学技术出版社,1991:202～207

2　化工产品品种基础资料.无机盐工业,1996

3　薛大朋等.含铝废液的综合利用———聚合铝的制备.工业水处理,1992

Preparation of Crystallization Aluminium Chloride 、

Polyaluminium Chloride by Using G angue

Hou Fuchun

(The Oil Ref ining Factary ′s S taf f and Worker College of L in Yan )

Gu M i ngchun

(151Middle School in Changchun )

Y an Ji nghui

(Dep.of M aterial Engineering and Chemist ry of Changchun Inst.Optics and Fine Mech.)

Abstract the use of gangue has been developed and tried to preparate aluminium chloride and polyaluminium ,the qualited of all production is reaching related standard.

Key words G angue ;Crystallization Aluminium chloride ;Polyaluminium chloride 76第1期候福春等:利用煤矸石制备结晶氯化铝、聚合氯化铝