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行業資訊

六水氯化鋁脫水制備無水三氯化鋁的可行性

       無水三氯化鋁是一種重要的無機化工原料,也有望通過直接電解的方法生產金屬鋁,在節能減排、減少溫室氣體排放方面具有。

       粉煤灰是煤炭燃燒后的固體廢棄物,其主要化學成分是Al203、Si02、Fe203、Tio2、Ca0、Mg0和其它多種元素。其中Al203+Si02+Ca0+Fe203-般占90%(質量分數,下同)以上,Al203可達15%~40%,是Al203大于30%的高鋁粉 煤灰是制備氧化鋁的良好資源。

       目前利用高鋁粉煤灰制備氧化鋁還處在實驗室研究及工業化試驗階段。

       主要工藝分為酸法、堿法及酸堿聯合法等,但方法均具有局限性。

       如酸法工藝存在設備腐蝕、溶出率低、生產出的氧化鋁質量指標不電解鋁的要求;堿法工藝流程復雜、能耗高、殘渣量太大、殘渣綜合利用難、綜合效益差等。

       針對上述情況,我們提出了一種研究思路:即用粉煤灰制取無水三氯化鋁,然后用無水三氯化鋁直接電解生產金屬鋁。

       完整的工藝流程分為3部分:粉煤灰經鹽酸浸出、除雜、濃縮結晶后得到六水氯化鋁(即結晶氯化鋁),六水氯化鋁脫水制備無水三氯化鋁及無水三氯化鋁電解生產金屬鋁。

       其中粉煤灰濕法制備六水氯化鋁已有研究及工業化應用示范報道;無水三氯化鋁電解法生產金屬鋁早在20世紀70年代美國鋁業公司就曾做過大量研究,并投產了1.5萬t/a無水三氯化鋁的生產線,實際運行了4年。

       該工藝成敗的關鍵是六水氯化鋁脫水制備無水三氯化鋁,而當前關于六水氯化鋁脫水制備無水三氯化鋁的研究報道還較少。

       一、六水氯化鋁脫水方法

       氯氣、氯化氫等保護氣氛下脫水

       六水氯化鋁(AlCl3.6H2O)直接加熱脫水的反應為:

       1、AlCl3·6H2O=AlCl3+6H20(1)

       同時,AlCl3.6H2O在高溫條件下會發生水解反應:

       2、(AlCl3.6H20)=Al203+6HCl+9H20(2)

       對反應(1)與(2)進行熱力學計算。

       由表1的吉布斯自由能可知,反應(2)在300℃發生,而反應(1)要在600℃才可發生。

       即在加熱過程中,發生水解反應,溫度越高,水解反應越容易發生。

       因此,直接熱解AlCl3.6H20只能得到Al203,而得不到無水三氯化鋁。

       為水解反應的發生,AlCl3·6H20在氯化氫氣氛下脫水制備無水三氯化鋁。

       由表1的數據可知,當溫度為600℃時,脫水和水解反應同時進行,水解反應趨勢遠大于脫水反應。

       在氯化氫氣氛下,相當于增加反應氣相中氯化氫的分壓,起到水解反應的作用。

       查無水三氯化鋁的性質得知,其熔點為190℃(0.25MPa下),在178℃會發生升華。

       而在600℃的高溫條件下,脫水生成的無水三氯化鋁氣體和水蒸氣同時升華,在冷凝氣體的過程中,由于無水三氯化鋁的吸水性,會與水蒸氣發生反應又生成AlCl3.6H2O,得不到無水三氯化鋁。

       此外,文獻也曾報道,AlCl3.6H20在氯化氫氣氛下脫水并不能得到無水三氯化鋁。

       另外,我們對六水氯化鋁在氯氣等保護氣氛下脫水進行了報道。

       其主要方法為:在200~450℃加熱AICl3.6H20基本脫水,于350~500℃再與40%~50%氯氣、30%~50%CO、5%~15%CO2及5%~15%氫氣混合物反應生產無水三氯化鋁氣體。

       該法的實質是加熱得到含無水三氯化鋁與氧化鋁的混合原料,然后在氯氣等的作用下,將混合原料中的氧化鋁氯化,得到無水產品。但該法使用了氣體氯氣,需要、耐腐蝕的生產設備及嚴格的生產控制條件,環境污染嚴重。因此該法目前也無法實現工業化應用。

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