三氯化铝物化性质和制备方法-k8凯发

 

[db:作者] / 2022-12-27 00:00

氯化铝作为一种传统低分子无机絮凝剂，广泛应用于生活饮用水，工业用水和生产、生活废水的净化处理。在这方面前人做了很多研究，如熊鸿斌等用氯化铝对印染废水处理效能进行了实验研究，取得了令人满意的效果。郝红艳等指出氯化铝对污泥是一种很好的调理剂。除作混凝剂外，还可作制备染料及中间体的催化剂和石油化工催化剂，又可用在油品的精制及香料、试剂、农药、涂料等制造方面，以及洗涤剂的烷基化反应等。

[物化性质]无水三氯化铝分子式为alcl3，相对分子质量为133.34。外观呈白色粉末，为无色透明六角晶体;其工业品含有铁等杂质，而呈浅黄色、黄绿色、红棕色等颜色。三氯化铝相对密度2.44，熔点194℃(2.5atm，1atm=101325pa)。暴露在空气中产生刺激性烟雾，至178℃即升华。有强烈腐蚀性，易吸收水分并水解而产生氯化氢气体，并放出大量热，反应剧烈时甚至爆炸。三氯化铝易溶于多种有机溶剂如氯仿、四氯化碳、无水酒精和乙醚。结晶三氯化铝的分子式为aicl3·h2o，工业品为淡黄色或深黄色。吸湿性很强，易潮解，在湿空气中水解生成氯化氢白色烟雾，加热分解放出水和氯化氢。溶于水、乙醇、乙醚和甘油中，易溶于水，生成六水合物(aicl3·6h2o)，同时放出大量热，其水溶液为酸性，微溶于盐酸。

[制备方法] 结晶氯化铝是制备新型无机高分子絮凝剂聚氯化铝的原料或中间产品，在正规生产中，多采用结晶氯化铝产品为原料，通过中和法与热分解法等适当的方法转化为聚氯化铝产品。

我国于20世纪50年代初开始生产和应用。三氯化铝分为粗制品和精制品。结晶氯化铝的生产方法主要有铝锭法、铝氧粉法、煤矸石盐酸法和铝氯酸钙盐酸法，现分别介绍如下：

(1)铝锭法铝锭法也称金属铝法，此法用铝锭及氯气直接反应制取，即将氯气用导管导入铝液层下，由于反应是放热反应，铝锭不断熔化，使铝液保持一定液位与氯气发生反应，生成三氯化铝气体，在一定温度下(以700～800℃为宜)呈结晶析出。此法工艺流程短，设备简单，单位产品投资少且可达精制品等级。由于原料为铝锭，因此原料费用很高。

其反应式为：

2al 3cl2→2alicl3

铝锭法制备三氯化铝工艺流程简单(见图2-2)，设备少，单位产品投资小，因此该法固定成本(包括折旧费及维修费等)低。

铝锭法生产三氯化铝的主要工序有液氯气化、三氯化铝生产、尾气吸收等三个工序。其具体工艺是：液氯在气化器中，通过热水间接加热后气化为氯气，经缓冲器后再经流量管计量加入反应炉。将铝锭放入熔融的反应炉内，氯气由上顺导管(燃烧管)送入炉内，从底部上升，高温下气液接触反应生成三氯化铝(升华成气相)，反应温度一般控制在800℃左右，气相产物在400℃左右进入产品捕集器后，经自然冷凝结晶，即得到无水三氯化铝成品。尾气经稀碱或石灰乳水洗涤吸收后排空。

图2-2 铝锭法生产三氯化铝工艺流程

在反应过程中，反应界面始终处于铝过量的状态，因而生成的三氯化铝气体会与铝液继续反应生成不稳定的强还原性的一氯化铝及二氯化铝，该产物在向气泡内部渗透时又被氯气氧化成三氯化铝，直至气泡逸出铝液面，反应终止此时，反应产物中未反应完全的氯气(余氯)的含量多少是决定产品颜色的主要因素。随着产物中余氣含量的降低，三氯化铝的颜色会经历从橘红色→橘黄色→黄色→浅黄色→白色→浅灰色的变化过程。

(2)铝氧粉法铝氧粉法是以铝氧粉(氧化铝)、氯气为原料，以炭作还原剂，在一定温度下反应生成三氯化铝。铝氧粉法生产三氯化铝又分为固定床和沸腾床两种。铝氧粉法工艺流程较铝锭法复杂，设备繁多，操作复杂，产品质量一般为粗制品等级，单位产品投资为铝锭法的10倍。该法的优点是原料用氧化铝粉，因此原料费用比铝锭法便宜很多。另外，铝锭法制三氯化铝间接耗电每吨3000千瓦时左右，而铝氧粉法要低得多。目前，在我国能源紧张的情况下铝氧粉法已受到重视。我国在1977年以前，是用铝氧粉法制三氯化铝，采用固定床氯化工艺，以后改用沸腾床氯化工艺。沸腾床法与固定床法相比，具有工艺流程短，氯气利用率高，成本低，劳动强度低，“三废”量低等优点。

铝氧粉沸腾床法氯化工艺:作为还原剂的炭有固体、液体和气体三种不同形式。

在还原剂炭存在的条件下，铝氧粉和氯气发生下列反应:

al2o3 (m n)c 3cl2→2aicl3 mco nco2

该方法的工艺流程示意如图2-3所示。将铝氧粉及油焦浆按一定质量比投入焙烧炉，将经过焙烧的混合料溢流入氯化炉入口。在氯化炉底部导入氯气，使固相料处于沸腾状态，在炉里另一侧通入氧气，使之与固相中的剩余油焦燃烧，补充氯化炉热量，使氯化反应温度保:持在900～930℃之间。从氯化炉出来的气体经冷凝净化除去灰分和杂质后，经捕集器收集90%以上的粉粒状三氯化铝，尾气用水洗和碱洗后排放。

(3)煤矸石盐酸法

煤矸石的主要成分是al2o3和sio2，以及fe2o3、cao、mgo、k2o等，对煤矸石进行焙烧、酸浸可以制备三氯化铝。

该方法的工艺流程如图2-4所示。将煤矸石在600～800℃的温度下焙烧，焙烧后的炉渣冷却后，再用球磨机破碎到60目，然后送入料仓以供酸浸。焙烧是为了脱水和改变煤矸石的晶体结构，使其活化，以便酸浸。经过焙烧具有一定活性的煤矸石烧渣料粉与盐酸反应，其中具有活性的氯化铝生成氯化铝的水合物，转入溶剂，同时释放大量热。占料粉大约50%的二氧化硅不起反应，含量不高的铁、镁以及伴生的稀有金属镓、铟、铊、锗、钒、钛等会分别与盐碱反应转入液相中。经过浸出处理的大量煤矸石粉渣悬浮在浸出液中，可采用自然沉降法分离。用浓缩罐将溶出液浓缩结晶，待固液比为1：1时，将浓缩液放入冷却罐，冷却到50~60℃，晶粒进一步增长，然后将浓缩液真空吸滤就得到成品结晶氯化铝，其他氯化物留在结晶氯化铝母液中。

图2-4 煤矸石盐酸法生产三氯化铝工艺流程

铝锭法和铝氧粉法以金属铝和工业氧化铝为原料，生产成本较高。而煤矸石盐酸法以废弃物煤矸石为原料，能够降低生产成本，但是此方法生产效率较低。

(4)铝氯酸钙盐酸法

铝酸钙极易溶于盐酸，在较低浓度时，其铝溶出率可达90%以上，且价格低廉。所以，有学者采用工业稀盐酸和铝酸钙制备结晶氯化铝，制备方法如下。

先对稀盐酸预热，并搅拌，在搅拌过程中加入一定量的铝酸钙，当温度升至浸出温度后，恒温，持续搅拌进行浸出反应，反应过程中保持反应液的体积不变。酸浸反应结束后，自然沉降24h，进行离心固液分离，对获得的固体残渣进行洗涤，将洗涤液与分离出的原浸出液混合，混合后的液体经浓缩结晶、离心分离，即得固体结晶氯化铝。

以工业稀盐酸和铝酸钙制备结晶氯化铝，为低浓度工业废盐酸的处置和利用提供了新思路。

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