СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСНОВНОГО ХЛОРИДА АЛЮМИНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C01F7/56 

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности, к технологии получения основных хлоридов алюминия из алюминийсодержащего сырья.

Основные хлориды алюминия применяются как коагулянты при очистке питьевой и сточной воды, а также в процессах проклейки бумаги, дублении кож, бурении скважин, изготовлении бетонов и т.п.

Известен способ получения основных хлоридов алюминия Al₂(OH)_xCl_y, где x= 2-5, y= 1-4 [1] включающий введение в раствор соляной кислоты и хлористого алюминия при непрерывном перемешивании водной дисперсии алюминия. Реакцию проводят при температуре от 90^oC до температуры кипения.

При реализации способа происходит образование смеси оксихлоридов разной основности, что ведет к снижению качества получаемого материала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения основного хлорида алюминия [2] включающий обработку алюминийсодержащего сырья, соляной кислотой.

Соляную кислоту концентрации 5-15 мас. пропускают через неподвижный слой частиц алюминия, плотность которого составляет 0,3- 0,8 кг/л, сверху вниз, добавляя алюминий в верхнюю зону неподвижного слоя со скоростью примерно равной скорости расходования алюминия. Процесс ведут при температуре 70-95 град. Тепло, бурно выделяющееся в верхней зоне реакции, отводят посредством обратного холодильника.

Использование такой системы в крупномасштабном производстве встречает чрезвычайные трудности, связанные с теплоотводом и чревато выбросами реакционной массы из-за локального перегрева и мгновенного выделения большого количества водорода, носящего взрывоподобный характер. Использование холодильников с металлической теплообменной поверхностью нецелесообразно из-за сильной коррозии металла.

Описываемый способ предъявляет значительные требования к составу сырья, что ограничивает его применение, так как не может быть использовано сырье, содержащее всего менее 5% инертных примесей.

Кроме того, при реакции проходит одновременное образование смеси оксихлоридов разной основности, что отражается на качестве получаемого основного хлорида алюминия.

Настоящее изобретение направлено на получение основного хлорида алюминия, отличающегося однородностью состава. Способ обеспечивает получение оксихлорида алюминия требуемой основности.

Процесс является экологически чистым, т.к. идет при полном использовании алюминия и минимальном выделении хлористого водорода.

Решается поставленная задача за счет того, что в способе получения основного хлорида алюминия, включающем обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой согласно изобретению, обработку ведут до выхода основного хлорида алюминия 75-90% а на второй стадии при величине удельной поверхности алюминия в сырье 50- 100 кв. м/кг и стехиометрическом соотношении алюминия к соляной кислоте.

На достижении поставленных в изобретении задач влияют все отличительные признаки, указанные в формуле. Однако, преимущественное значение для получения основного хлорида алюминия не загрязненного другими соединениями имеет выбранное стехиометрическое соотношение алюминия к соляной кислоте на второй стадии процесса. Заданная основность продукта определяется преимущественно обработкой продуктов на первой стадии до выхода основного хлорида алюминия 75- 90% а удельная поверхность алюминия на второй стадии в значительной мере влияет на экологическое состояние процесса получения основного хлорида алюминия.

Осуществление способа поясняется примером.

Первая и вторая стадия способа проводятся в самостоятельных реакторах.

В первый реактор объемом 1 л, заполненный на две трети, с рубашкой, мешалкой и обратным холодильником непрерывно подавались при величине объемного расхода 0125 л/с 15% соляная кислота и величине массового расхода 0,0149 кг/ч. алюминийсодержащее сырье алюминиевая фольга толщиной 100 мкм, нарезанная пластинками. Удельная поверхность фольги составляла 10м² (см. пример 2). Общее количество фольги, находящейся в реакторе, составляет 170 г, что в 1,5 раза больше того количества, которое необходимо для прохождения реакции по стехнометрии.

Температуре реакционной массы в первом реакторе поддерживалась в пределах 85 град.С за счет подачи воды в его рубашку.

Испаряющаяся из реактора вода конденсировалась в обратном холодильнике, конденсат стекал обратно в реактор.

Обработка на первой стадии велась в течение 4,5 часов.

На первой стадии процесса взаимодействие компонентов соляной кислоты и алюминиевой фольги велось на 85% что определяется расходом соляной кислоты, подаваемой в первый реактор и временем обработки в нем.

Суспензия из первого реактора самотеком поступала во второй реактор, где реакция завершалась при стехнометрическом соотношении Al:HCl по массе, т.е. 0,00229 кг/с алюминия с 0,00310 кг/с соляной кислоты.

Необходимый для завершения реакции алюминий с удельной поверхностью 80 кв.м/кг частично поступал из первого реактора, где он образовывался в результате взаимодействия фольги с реакционной массой, а частично добавлялся во второй реактор в форме алюминиевого порошка. В корпусе реактора имеются сливы на разных уровнях для изменения времени пребывания суспензии в реакторе. В описываемом примере обработка материала на второй стадии осуществлялась 3,5 часа. Температура поддерживалась в пределах 85 град.С.

В результате реакции получен чистый раствор Al(OH)₂Cl с содержанием 12,5: Al₂O₃ и pH 2,6.

Осуществление процесса при различных соотношениях алюминия и соляной кислоты, степени завершения процесса и величине удельной поверхности алюминия в сырье представлены в таблице.

В примерах 1-5 показано влияние степени завершения процесса на первой стадии на реакцию получения ОХА. В том случае, когда общее время процесса увеличивается за счет того, что не успевает образоваться мелкодисперсный алюминий, а добавлять в процесс 30% порошкообразного алюминия неэкономично. В том случае, когда реакция на первой стадии проходит со степень превращения выше 90% (пример, 5), образуется очень много мелкодисперсного алюминия, и он оказывается в избытке на второй стадии, в результате чего продукт оказывается загрязнен мелкодисперсным алюминием.

В примерах 6-8 показано влияние отклонения соотношения AL:HCL от стехнометрии на процесс.

При отклонении соотношения от стехнометрического в меньшую сторону реакция взаимодействия алюминия и соляной кислоты не проходит до конца и продукт оказывается загрязнен примесью AlCl₃. В случае отклонения соотношения компонентов в большую сторону от стехиометрии продукт загрязняется примесью алюминия.

Из примеров 9-13 видно, что при удельных поверхностях алюминийсодержащего сырья на 2-й стадии ниже 50 кв.м/кг время реакции существенно возрастает, а при удельных поверхностях свыше 100 кв.м/кг реакция идет слишком бурно, что приводит к пенообразованию и выбросу реакционной массы из аппарата.

Таким образом, предложенный способ получения основного хлорида алюминия обеспечивает получение чистого продукта заданной основности, а сам процесс получения является экологически чистым.

Промышленное освоение способа не представляет затруднений, т.к. при его реализации используется традиционное химическое оборудование.

Использование: в технологии получения основного хлорида алюминия из алюминийсодержащего сырья. Сущность изобретения: основной хлорид алюминия получают путем обработки сырья в две стадии соляной кислотой, причем на первой стадии обработку ведут до выхода основного хлорида алюминия 75-90%, а на второй стадии при величине удельной поверхности алюминия в сырье 50-100 кв. м/кг и стехиометрическом соотношении алюминия к соляной кислоте. 1 табл.

Способ получения основного хлорида алюминия, включающий обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, отличающийся тем, что обработку осуществляют в две стадии, причем на первой стадии обработку ведут до выхода основного хлорида алюминия 75 90% а на второй стадии при увеличении удельной поверхности алюминия в сырье 50 100 м²/кг и стехиометрическом соотношении алюминия к соляной кислоте.