三氯化鋁物化性質(zhì)和制備方法

時(shí)間：2023-03-24 19:41:13來源：food欄目：食品快速檢測(cè) 閱讀：

三氯化鋁物化性質(zhì)和制備方法

[db:作者] / 2022-12-27 00:00

氯化鋁作為一種傳統(tǒng)低分子無機(jī)絮凝劑，廣泛應(yīng)用于生活飲用水，工業(yè)用水和生產(chǎn)、生活廢水的凈化處理。在這方面前人做了很多研究，如熊鴻斌等用氯化鋁對(duì)印染廢水處理效能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，取得了令人滿意的效果。郝紅艷等指出氯化鋁對(duì)污泥是一種很好的調(diào)理劑。除作混凝劑外，還可作制備染料及中間體的催化劑和石油化工催化劑，又可用在油品的精制及香料、試劑、農(nóng)藥、涂料等制造方面，以及洗滌劑的烷基化反應(yīng)等。

[物化性質(zhì)]無水三氯化鋁分子式為AlCl3，相對(duì)分子質(zhì)量為133.34。外觀呈白色粉末，為無色透明六角晶體;其工業(yè)品含有鐵等雜質(zhì)，而呈淺黃色、黃綠色、紅棕色等顏色。三氯化鋁相對(duì)密度2.44，熔點(diǎn)194℃(2.5atm，1atm=101325Pa)。暴露在空氣中產(chǎn)生刺激性煙霧，至178℃即升華。有強(qiáng)烈腐蝕性，易吸收水分并水解而產(chǎn)生氯化氫氣體，并放出大量熱，反應(yīng)劇烈時(shí)甚至爆炸。三氯化鋁易溶于多種有機(jī)溶劑如氯仿、四氯化碳、無水酒精和乙醚。結(jié)晶三氯化鋁的分子式為AICl3·H2O，工業(yè)品為淡黃色或深黃色。吸濕性很強(qiáng)，易潮解，在濕空氣中水解生成氯化氫白色煙霧，加熱分解放出水和氯化氫。溶于水、乙醇、乙醚和甘油中，易溶于水，生成六水合物(AICl3·6H2O)，同時(shí)放出大量熱，其水溶液為酸性，微溶于鹽酸。

[制備方法] 結(jié)晶氯化鋁是制備新型無機(jī)高分子絮凝劑聚氯化鋁的原料或中間產(chǎn)品，在正規(guī)生產(chǎn)中，多采用結(jié)晶氯化鋁產(chǎn)品為原料，通過中和法與熱分解法等適當(dāng)?shù)姆椒ㄞD(zhuǎn)化為聚氯化鋁產(chǎn)品。

我國于20世紀(jì)50年代初開始生產(chǎn)和應(yīng)用。三氯化鋁分為粗制品和精制品。結(jié)晶氯化鋁的生產(chǎn)方法主要有鋁錠法、鋁氧粉法、煤矸石鹽酸法和鋁氯酸鈣鹽酸法，現(xiàn)分別介紹如下：

(1)鋁錠法鋁錠法也稱金屬鋁法，此法用鋁錠及氯氣直接反應(yīng)制取，即將氯氣用導(dǎo)管導(dǎo)入鋁液層下，由于反應(yīng)是放熱反應(yīng)，鋁錠不斷熔化，使鋁液保持一定液位與氯氣發(fā)生反應(yīng)，生成三氯化鋁氣體，在一定溫度下(以700～800℃為宜)呈結(jié)晶析出。此法工藝流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，單位產(chǎn)品投資少且可達(dá)精制品等級(jí)。由于原料為鋁錠，因此原料費(fèi)用很高。

其反應(yīng)式為：

2Al+3Cl2→2AlICl3

鋁錠法制備三氯化鋁工藝流程簡(jiǎn)單(見圖2-2)，設(shè)備少，單位產(chǎn)品投資小，因此該法固定成本(包括折舊費(fèi)及維修費(fèi)等)低。

鋁錠法生產(chǎn)三氯化鋁的主要工序有液氯氣化、三氯化鋁生產(chǎn)、尾氣吸收等三個(gè)工序。其具體工藝是：液氯在氣化器中，通過熱水間接加熱后氣化為氯氣，經(jīng)緩沖器后再經(jīng)流量管計(jì)量加入反應(yīng)爐。將鋁錠放入熔融的反應(yīng)爐內(nèi)，氯氣由上順導(dǎo)管(燃燒管)送入爐內(nèi)，從底部上升，高溫下氣液接觸反應(yīng)生成三氯化鋁(升華成氣相)，反應(yīng)溫度一般控制在800℃左右，氣相產(chǎn)物在400℃左右進(jìn)入產(chǎn)品捕集器后，經(jīng)自然冷凝結(jié)晶，即得到無水三氯化鋁成品。尾氣經(jīng)稀堿或石灰乳水洗滌吸收后排空。

圖2-2 鋁錠法生產(chǎn)三氯化鋁工藝流程

在反應(yīng)過程中，反應(yīng)界面始終處于鋁過量的狀態(tài)，因而生成的三氯化鋁氣體會(huì)與鋁液繼續(xù)反應(yīng)生成不穩(wěn)定的強(qiáng)還原性的一氯化鋁及二氯化鋁，該產(chǎn)物在向氣泡內(nèi)部滲透時(shí)又被氯氣氧化成三氯化鋁，直至氣泡逸出鋁液面，反應(yīng)終止此時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物中未反應(yīng)完全的氯氣(余氯)的含量多少是決定產(chǎn)品顏色的主要因素。隨著產(chǎn)物中余氣含量的降低，三氯化鋁的顏色會(huì)經(jīng)歷從橘紅色→橘黃色→黃色→淺黃色→白色→淺灰色的變化過程。

(2)鋁氧粉法鋁氧粉法是以鋁氧粉(氧化鋁)、氯氣為原料，以炭作還原劑，在一定溫度下反應(yīng)生成三氯化鋁。鋁氧粉法生產(chǎn)三氯化鋁又分為固定床和沸騰床兩種。鋁氧粉法工藝流程較鋁錠法復(fù)雜，設(shè)備繁多，操作復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量一般為粗制品等級(jí)，單位產(chǎn)品投資為鋁錠法的10倍。該法的優(yōu)點(diǎn)是原料用氧化鋁粉，因此原料費(fèi)用比鋁錠法便宜很多。另外，鋁錠法制三氯化鋁間接耗電每噸3000千瓦時(shí)左右，而鋁氧粉法要低得多。目前，在我國能源緊張的情況下鋁氧粉法已受到重視。我國在1977年以前，是用鋁氧粉法制三氯化鋁，采用固定床氯化工藝，以后改用沸騰床氯化工藝。沸騰床法與固定床法相比，具有工藝流程短，氯氣利用率高，成本低，勞動(dòng)強(qiáng)度低，“三廢”量低等優(yōu)點(diǎn)。

鋁氧粉沸騰床法氯化工藝:作為還原劑的炭有固體、液體和氣體三種不同形式。

在還原劑炭存在的條件下，鋁氧粉和氯氣發(fā)生下列反應(yīng):

Al2O3+(m+n)C+3Cl2→2AICl3+mCO+nCO2

該方法的工藝流程示意如圖2-3所示。將鋁氧粉及油焦?jié){按一定質(zhì)量比投入焙燒爐，將經(jīng)過焙燒的混合料溢流入氯化爐入口。在氯化爐底部導(dǎo)入氯氣，使固相料處于沸騰狀態(tài)，在爐里另一側(cè)通入氧氣，使之與固相中的剩余油焦燃燒，補(bǔ)充氯化爐熱量，使氯化反應(yīng)溫度保:持在900～930℃之間。從氯化爐出來的氣體經(jīng)冷凝凈化除去灰分和雜質(zhì)后，經(jīng)捕集器收集90%以上的粉粒狀三氯化鋁，尾氣用水洗和堿洗后排放。

(3)煤矸石鹽酸法

煤矸石的主要成分是Al2O3和SiO2，以及Fe2O3、CaO、MgO、K2O等，對(duì)煤矸石進(jìn)行焙燒、酸浸可以制備三氯化鋁。

該方法的工藝流程如圖2-4所示。將煤矸石在600～800℃的溫度下焙燒，焙燒后的爐渣冷卻后，再用球磨機(jī)破碎到60目，然后送入料倉以供酸浸。焙燒是為了脫水和改變煤矸石的晶體結(jié)構(gòu)，使其活化，以便酸浸。經(jīng)過焙燒具有一定活性的煤矸石燒渣料粉與鹽酸反應(yīng)，其中具有活性的氯化鋁生成氯化鋁的水合物，轉(zhuǎn)入溶劑，同時(shí)釋放大量熱。占料粉大約50%的二氧化硅不起反應(yīng)，含量不高的鐵、鎂以及伴生的稀有金屬鎵、銦、鉈、鍺、釩、鈦等會(huì)分別與鹽堿反應(yīng)轉(zhuǎn)入液相中。經(jīng)過浸出處理的大量煤矸石粉渣懸浮在浸出液中，可采用自然沉降法分離。用濃縮罐將溶出液濃縮結(jié)晶，待固液比為1：1時(shí)，將濃縮液放入冷卻罐，冷卻到50~60℃，晶粒進(jìn)一步增長(zhǎng)，然后將濃縮液真空吸濾就得到成品結(jié)晶氯化鋁，其他氯化物留在結(jié)晶氯化鋁母液中。

圖2-4 煤矸石鹽酸法生產(chǎn)三氯化鋁工藝流程

鋁錠法和鋁氧粉法以金屬鋁和工業(yè)氧化鋁為原料，生產(chǎn)成本較高。而煤矸石鹽酸法以廢棄物煤矸石為原料，能夠降低生產(chǎn)成本，但是此方法生產(chǎn)效率較低。

(4)鋁氯酸鈣鹽酸法

鋁酸鈣極易溶于鹽酸，在較低濃度時(shí)，其鋁溶出率可達(dá)90%以上，且價(jià)格低廉。所以，有學(xué)者采用工業(yè)稀鹽酸和鋁酸鈣制備結(jié)晶氯化鋁，制備方法如下。

先對(duì)稀鹽酸預(yù)熱，并攪拌，在攪拌過程中加入一定量的鋁酸鈣，當(dāng)溫度升至浸出溫度后，恒溫，持續(xù)攪拌進(jìn)行浸出反應(yīng)，反應(yīng)過程中保持反應(yīng)液的體積不變。酸浸反應(yīng)結(jié)束后，自然沉降24h，進(jìn)行離心固液分離，對(duì)獲得的固體殘?jiān)M(jìn)行洗滌，將洗滌液與分離出的原浸出液混合，混合后的液體經(jīng)濃縮結(jié)晶、離心分離，即得固體結(jié)晶氯化鋁。

以工業(yè)稀鹽酸和鋁酸鈣制備結(jié)晶氯化鋁，為低濃度工業(yè)廢鹽酸的處置和利用提供了新思路。

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