CN102092751A - 一种热解结晶六水氯化铝生产氧化铝并副产盐酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热解结晶六水氯化铝生产氧化铝并副产盐酸的方法。将结晶六水氯化铝原料送入热解炉在140～900℃的温度区间内进行内脱水和热裂解反应，生成产品氧化铝，通过尾气处理***吸收热解尾气生成副产品盐酸。本发明延伸了粉煤灰综合利用的产业链，不仅解决了粉煤灰大量堆存的环境污染问题，而且有效回收战略金属资源，可创造巨大的经济效益。本项目工艺过程反应物单一，主工艺简洁清晰，原料供应充足稳定，生产成本低廉，“三废”可全部达标排放，属资源综合利用项目，符合国家倡导的产业政策。

Description

一种热解结晶六水氯化铝生产氧化铝并副产盐酸的方法

技术领域

本发明涉及一种通过煅烧使结晶六水氯化铝在高温下分解以获得高品位三氧化二铝并副产盐酸的方法。

背景技术

结晶六水氯化铝(或称结晶氯化铝、六水氯化铝)分子式为AlCl₃·6H₂O，为氯化铝水溶液浓缩结晶得到的一种产品，可用作水处理药剂、铸造硬化剂、木材防腐剂、造纸施胶沉淀剂等，此外，结晶六水氯化铝还可用于羊毛精制、氢氧化铝凝胶生产、石油加氯裂化催化剂单体的生产、聚合氯化铝生产以及医药工业等。

综合利用粉煤灰或煤矸石可将其中的铝以结晶六水氯化铝的形式进行回收，粉煤灰是以煤为燃料，从烟道气体中收捕下来的细灰，其含量约占燃煤总量的5％～20％，为燃煤电厂排出的主要固体废弃物之一。

利用结晶六水氯化铝进一步生产下游产品的研究和生产现状目前多为生产聚合氯化铝等，生产可用于铝电解的氧化铝产品在相关文献中鲜有报道。

氧化铝(或称三氧化二铝、矾土)分子式为Al₂O₃，可用作研磨剂、炼铝原料，并用于制造坩埚、瓷器、耐火材料、人造宝石、不同晶形的氢氧化铝等产品。

随着铝及其合金产品的应用领域日益广泛，金属铝市场出现持续供不应求的局面，为缓解铝金属资源的供需矛盾、优化产业结构，针对不同的性质原料、运用多种回收方法、选择灵活的产品形式综合利用各种含铝资源及废弃物势在必行。

发明内容

本发明的目的是提供一种热解结晶六水氯化铝生产氧化铝并通过尾气吸收***副产盐酸的方法。

本发明氧化铝及盐酸的生产方法包括下列步骤：

(1)AlCl₃·6H₂O(结晶六水氯化铝)送至原料料仓，通过计量后送入煅烧炉，物料温度在140～900℃下反应30min～180min，热裂解得到氧化铝、氯化氢和水蒸气，回转反应炉内维持微正负压，压力值控制在50～-50mmH₂O。

(2)氧化铝产品从煅烧炉尾排出炉体，经过冷却设备冷却至50～120℃，送入下一工序或包装为成品氧化铝；反应生成的氯化氢和水蒸气经过除尘，冷却、吸收，副产工业级的盐酸；未吸收完全的HCl尾气进入碱洗设备与稀碱液进行中和吸收，实现达标排放。

主要化学反应方程式如下：

2AlCl₃·6H₂O→Al₂O₃+9H₂O+6HCl

HCl+NaOH→NaCl+H₂O

本发明延伸了粉煤灰综合利用的产业链，不仅解决了粉煤灰大量堆存的环境污染问题，而且有效回收战略金属资源，可创造巨大的经济效益。本工艺副产的盐酸可以达到工业级标准，作为粉煤灰中六水氯化铝提炼的反应酸，达到资源的循环利用。

本项目工艺过程反应物单一，主工艺简洁清晰，原料供应充足稳定，生产成本低廉，“三废”可全部达标排放，属资源综合利用项目，符合国家倡导的产业政策。

附图说明

图1是热解工艺流程图。

图2是尾气处理流程图。

具体实施方式

本发明的一种热解结晶六水氯化铝生产氧化铝并通过尾气吸收***副产盐酸的实施方案包括：

(1)结晶六水氯化铝送至原料料仓，通过计量后送入煅烧炉。对于原料结晶六水氯化铝可选用任何市售产品，优选的，使用粉煤灰综合利用产物；对于计量方法可选用定量输送给料机、失重秤、皮带秤等本领域人员熟知的方法，优选的，使用皮带秤进行计量；对于输送方法可选用本领域人员熟知的方法，优选的，使用螺旋输送机进行输送。

(2)将计量后的结晶六水氯化铝送入煅烧炉，物料温度在140～900℃下反应30min～180min，热裂解得到氧化铝、氯化氢与水蒸气，回转反应炉内维持微正负压，压力值控制在50～-50mmH₂O。对于煅烧设备，可选用立式煅烧炉、回转式煅烧炉、振动式煅烧炉、隧道式煅烧炉等，优选的，使用回转式煅烧炉。对于煅烧设备加热方式，可选用外热式或者内热式。

主要化学反应方程式如下：

2AlCl₃·6H₂O→Al₂O₃+9H₂O+6HCl

(3)氧化铝产品从煅烧炉尾排出炉体，经过冷却设备冷却至50～120℃，送入下一工序或包装为成品氧化铝。出料输送方法可选用本领域人员熟知的方法，优选的，使用螺旋输送机进行出料。

(4)反应生成的氯化氢和水蒸气首先除去气体中的粉尘，经冷却及部分吸收，再经由两级HCl吸收器吸收后，副产盐酸。对于除尘设备，可选用重力沉降室、布袋除尘器、电捕除尘器等本领域人员熟知的设备，优选的，使用旋风除尘器或过滤器进行除尘；对于冷却吸收设备，可选用本领域人员熟知的设备，优选的，使用塔设备进行冷却吸收；对于后续吸收设备，可选用本领域人员熟知的设备，优选的，使用石墨降膜吸收器。

(5)未吸收的HCl尾气进入碱洗设备与稀碱液进行中和吸收，实现达标排放。对于碱洗设备，可选用本领域人员熟知的设备，优选的，使用塔设备；对于碱液，可选用本领域人员熟知的物料，优选的，使用氢氧化钠。

主要化学反应方程式如下：

HCl+NaOH→NaCl+H₂O

对于所使用的原料结晶六水氯化铝本发明并无特别限制，优先选用粉煤灰综合利用产物，本发明也同样适用于任何市售结晶六水氯化铝产品。六水氯化铝的粒度可以为0.2～1.2mm，优选的六水氯化铝的粒度为0.3～0.8mm，更优选的六水氯化铝的粒度为0.3～0.5mm。对于六水氯化铝的纯度，优选为85％或者更高，更优选的纯度为95％或者更高，最优选的纯度为98％或者更高。

请参见图1，结晶六水氯化铝送入回转炉内进行热解，热解所需温度由热风***提供，热风通过外壁传热向炉内提供热量或由惰性载热气体直接带入回转炉，煅烧后即可从炉尾得到符合相关标准的氧化铝产品，尾气经过除尘后送尾气吸收***。

请参见图2，热解尾气首先通过激冷塔经由来自氯化氢一级吸收器的吸收液高效冷却并部分吸收，吸收液送入稀盐酸储槽，尾气再进入氯化氢一级吸收器由来自氯化氢二级吸收器的吸收液部分吸收，再进入氯化氢二级吸收器由来自洗气塔的吸收液部分吸收，再进入洗气塔由工业用水部分吸收后最终进入碱洗塔由碱液吸收后实现达标排放。

实施例1

(1)称取40kg结晶六水氯化铝经输送设备送至结晶六水氯化铝料仓，在料仓内通过阀门将粉体物料排入皮带秤中精确计量后，送入下溜管中，通过下料器送入结晶六水氯化铝煅烧炉的进料螺旋，进料螺旋再将物料送入结晶六水氯化铝煅烧炉内煅烧。

原料结晶六水氯化铝堆密度为0.819g/cm³，粒径范围0.6～1.2mm，主要化学组成如下表所示：

组分	AlCl3.6H2O	KCl	NaCl	CaCl2.2H2O	H2O
						含量	93～95％	0.05～0.1％	0.05～0.1％	0.1～0.5％	3～5％

(2)煅烧炉加热方式采取外热式，外部热风温度控制在850～1050℃之间，炉内物料温度在650～850℃。结晶六水氯化铝在煅烧炉内进行内脱水和热裂解反应，物料在煅烧炉内的停留时间约为60min，反应产物氧化铝进入煅烧炉的出料箱，通过星形下料器连续的将氧化铝通过溜管送入冷却机，冷却至80℃左右，共收集到氧化铝产品约8.42kg。

经过计算结晶六水氯化铝的转化率为99.608％，热解所得氧化铝产品粒径范围178～420μm，堆密度为0.464g/cm³.

(3)热裂解反应生成的氯化氢气体与水蒸气首先进入旋风除尘器，除去气体中大部分的粉尘，然后再进入过滤器除去剩下的粉尘。除尘后的气体送入下一个工序进行吸收。

整个除尘过程中，气体温度保持在180℃以上，以防止氯化氢气体与水蒸气结露生成盐酸腐蚀设备与管道。整个***压力维持在-200Pa的微负压条件下运行，***的负压由后续***的负压风机提供，运行过程中保障酸性气体不外泄。

(4)煅烧***所需热量全部由热风循环***提供。重油在燃烧炉内充分燃烧后，直接进入炉体和夹套之间的通道，对炉体同时进行辐射和对流加热。

实施例2

(1)称取40kg结晶六水氯化铝经输送设备送至结晶六水氯化铝料仓，在料仓内通过阀门将粉体物料排入皮带秤中精确计量后，送入下溜管中，通过下料器送入结晶六水氯化铝煅烧炉的进料螺旋，进料螺旋再将物料送入结晶六水氯化铝煅烧炉内煅烧。

原料结晶六水氯化铝堆密度为0.819g/cm³，粒径范围0.3～0.5mm，主要化学组成如下表所示：

组分	AlCl3.6H2O	KCl	NaCl	CaCl2.2H2O	H2O
						含量	93～95％	0.05～0.1％	0.05～0.1％	0.1～0.5％	3～5％

(2)天然气在燃烧炉中燃烧产生的载热高温气体从回转炉炉尾进入炉内，并向炉前移动，形成从炉尾到炉头递减的温度梯度，反应温度控制在850～1050℃之间，进入煅烧炉的结晶六水氯化铝原料在炉内不断向炉体后段移动，进行内脱水和热裂解反应，物料在煅烧炉内的停留时间约为70min。反应产物氧化铝进入煅烧炉的出料箱，通过下料器连续的将氧化铝通过溜管送入冷却机，冷却至70℃左右，共收集到氧化铝产品约8.43kg。

经过计算结晶六水氯化铝的转化率为99.80％，热解所得氧化铝产品粒径≥45μm。

(3)温度降低后的热风以及热裂解反应生成的氯化氢气体与水蒸气首先进入旋风除尘器，除去气体中大部分的粉尘，然后再进入过滤器除去剩下的粉尘。除尘后的气体进一步脱除氯化氢外其它水溶性气体后，送入下一个工序进行吸收。

整个除尘过程中，气体温度保持在180℃以上，以防止氯化氢气体与水蒸气结露生成盐酸腐蚀设备与管道。整个除尘***在-300Pa的微负压条件下运行，***的负压由后续***的负压风机提供，运行过程中保障酸性气体不外泄。

(4)煅烧***所需热量由天然气完全燃烧后产生的热烟风提供。

以上对本发明所提供的热解结晶六水氯化铝生产氧化铝的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种热解结晶六水氯化铝生产氧化铝并副产盐酸的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)结晶六水氯化铝送至原料料仓，通过计量后送入煅烧炉，物料温度在140～900℃下反应30min～180min，热裂解得到氧化铝、氯化氢和水蒸气，煅烧炉内维持微正负压，压力值控制在50～-50mmH₂O；

(2)氧化铝从煅烧炉尾排出炉体，经过冷却设备冷却至50～120℃，送入下一工序或包装为成品氧化铝；反应生成的氯化氢和水蒸气经过除尘、冷却、吸收，副产工业级的盐酸；未吸收完全的HCl尾气进入碱洗设备与稀碱液进行中和吸收，实现达标排放。

2.根据权利要求1所述的一种热解结晶六水氯化铝生产氧化铝并副产盐酸的方法，其特征在于结晶六水氯化铝原料粒径范围为0.2～1.2mm。

3.根据权利要求1所述的一种热解结晶六水氯化铝生产氧化铝并副产盐酸的方法，其特征在于结晶六水氯化铝原料来源为粉煤灰或煤矸石综合利用的中间产品或其它任何符合要求的市售产品。

4.根据权利要求1所述的一种热解结晶六水氯化铝生产氧化铝并副产盐酸的方法，其特征在于煅烧炉形式可分为立式煅烧炉、回转式煅烧炉、振动式煅烧炉、隧道式煅烧炉或其它炉型。

5.根据权利要求1所述的一种热解结晶六水氯化铝生产氧化铝并副产盐酸的方法，其特征在于煅烧炉加热方式可选择采用热源与物料间接接触供热或热源与物料直接接触。

6.根据权利要求1所述的一种热解结晶六水氯化铝生产氧化铝并副产盐酸的方法，其特征在于煅烧温度为600～850℃。

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