專利名稱：一種利用高嶺石礦制取聚合氯化鋁的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于聚合氯化鋁生產(chǎn)領域，特別涉及到一種利用高呤石礦生產(chǎn)聚合 氯化鋁的方法。
背景技術：
聚合氯化鋁是上世紀六十年代后期正式投入工業(yè)化生產(chǎn)的一種新型無機高 分子絮凝劑，廣泛應用于飲用水及工業(yè)廢水的凈化處理。隨著工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展及 環(huán)境保護水平的提高，需求量呈上升趨勢。當前國內(nèi)外某些廠家以鋁屑、鋁灰、Al(0Hh、 AlCl3為生產(chǎn)聚合氯化鋁的含鋁原料，由于生產(chǎn)成本高，且原料緊缺， 難以實現(xiàn)大規(guī)P漠生產(chǎn)。近些年來，為了降低生產(chǎn)成本，有不少科研院所、大專 院校以及凈水劑生產(chǎn)廠家開發(fā)以天然鋁土礦(包括一水硬鋁石、 一水軟鋁石及 三水鋁石)、高嶺石礦(包括煤研石)為原料生產(chǎn)聚合氯化鋁。我國高嶺石礦資源，特別是硬質(zhì)高呤石礦(包括煤系地層中的煤研石)資 源極為豐富。隨著技術的不斷進步，近年來人們在利用高嶺石生產(chǎn)聚合氯化鋁 方面做了大量的工作，取得了較大進展，前景看好。例如湖南省永興縣李平 (專利申請?zhí)?1106761. 2 )將高嶺土成型，然后在平床靜態(tài)爐中于500°C 土5(TC 活化2小時,將其粉碎成180 - 240目粉末，再在鋁酸釣引發(fā)協(xié)效劑的參與下用 8% ~10%的鹽酸溶液進行浸出反應；山東省王村孟憲清等人(專利申請?zhí)?92106776. 3 )將石更質(zhì)粘土石皮碎至-3mm的顆粒，加水壓鑄成帶多孔的坯料，經(jīng) 干燥在650。C 72(TC溫度下焙燒4 8小時,冷卻后磨成-60目，再與鹽酸溶 液進行溶出反應；陜西省西安任忠勝等人(專利申請?zhí)?0113875. 8 )將高嶺土、 煤系高嶺土粉碎至60 - 100目，在動態(tài)懸浮煅燒爐75(TC 80(TC條件下懸浮煅 燒8-12秒，然后再與鹽酸溶液進行反應；山東省淄博賈久順等人(專利申請
號96116012. 8 )將低品質(zhì)鋁釩土礦粉碎至60目，置回轉窯內(nèi)于600°C ~ 700°C 溫度下焙燒3小時，再與25% ~ 30%的鹽酸溶液于0. 2MPa ~ 0. 3MPa (120°C ~ 130°C )進行反應。焙燒活化后的高嶺石(礦物學家稱它為偏高嶺石)與鹽酸溶 液進行溶出反應，過濾除渣，濾出液經(jīng)鹽基度調(diào)整，蒸發(fā)濃縮、結晶，即獲得 聚合氯化鋁產(chǎn)品。為了進一步減少能源消耗，降低生產(chǎn)成本，本發(fā)明人研究出一種利用高嶺 石礦制取聚合氯化鋁的新工藝。該工藝的特點是以高嶺石礦為鋁的原料，在飽 和蒸汽壓下與石灰進行水熱化學反應，首先制備出水合硅鋁酸鈣中間產(chǎn)物，然 后再與鹽酸溶液反應制取聚合氯化鋁。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供兩種低能耗、低成本的生產(chǎn)方法，利用水熱化學反應 使高嶺石礦中的鋁被活化，進而與鹽酸反應制取聚合氯化鋁的方法。 本發(fā)明提供的解決其技術問題的技術方案之一是 一種利用高嶺石礦制取聚合氯化鋁的方法，其特征在于包括下列步驟(1) 將高嶺石礦、石灰粉碎，磨細至200目以下；(2) 在貯料器(兼作物料混合罐)內(nèi)加入定量水，水的用量是固料總重量 的1 ~ 3倍，然后按照高嶺石石灰之間1. 0: 0. 3 ~ 1. 0的比例，將各粉狀物料投 入貯料器中，并進行攪拌混合；(3) 將混合均勻的物料轉移至高壓反應釜中，通入高壓蒸汽，在130°C~ 250。C進行水熱化學反應，恒溫5-24小時，其中優(yōu)選7 12小時；水熱化學反 應完成后可得到物相以水合硅鋁酸4丐為主的初級產(chǎn)品；(4) 在高壓水熱反應完成后打開反應釜，取出反應產(chǎn)物，將獲得的產(chǎn)物與 鹽酸溶液進行化學反應，過濾除渣，礦渣進行綜合利用，濾液進行鹽基度調(diào)整， 再經(jīng)蒸發(fā)濃縮、結晶，可制得聚合氯化鋁產(chǎn)品。本發(fā)明提供的解決其技術問題的技術方案之二是一種利用高嶺石礦制取聚合氯化鋁的方法，其特征在于包括下列步驟(1)將高嶺石礦、石灰、石膏粉碎，進而磨細至200目以下；(2) 在貯料器(兼作物料混合罐)內(nèi)加入定量水，水的用量是固料總重量的1~3倍，優(yōu)選1.2-1.5倍，然后按照高呤石石灰石膏之間1: 0. 3 ~ 1. 0: 0. 03 ~ 0. 10的比例，將其粉狀物料投入貯料器中，并進行攪拌混合；(3) 將混合均勻的物料轉移至高壓反應釜中，通入高壓蒸汽，在130°C~ 250。C進行水熱化學反應，優(yōu)選17(TC 19(TC,恒溫5-24小時，優(yōu)選7~12 小時；水熱化學反應完成后可得到物相以水合硅鋁酸鈣為主的初級產(chǎn)品；(4) 在高壓水熱反應完成后打開反應釜，取出反應產(chǎn)物，將獲得的產(chǎn)物與 鹽酸溶液進行化學反應，過濾除渣，礦渣進行綜合利用，將得到的濾液進行鹽 基度調(diào)整，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮、結晶，可制得聚合氯化鋁產(chǎn)品。以往利用高呤石制取聚合氯化鋁的工藝中，為了達到較高的Al力3浸取率， 首先需要對高嶺石進行焙燒活化處理，使其晶體結構破壞，轉變?yōu)榛钚暂^高的 非晶態(tài)偏高嶺石。如果采用普通平床靜態(tài)煅燒爐或回轉窯爐進行活化處理，為 了獲得較好的活化效果，需將高嶺石礦粉碎后加水造粒，或制成球狀，或壓鑄 成坯體，經(jīng)干燥后才能進入爐內(nèi)焙燒活化數(shù)小時，出爐后還需要再次粉碎成粉 狀，工藝相當繁瑣能源消耗大；采用沸騰爐，或動態(tài)懸浮煅燒爐進行高嶺石礦 的處理，活化效果好，能耗較低，但其設備昂貴，投資大，為了防止粉塵污染 還必須配套除塵設備，操作比較復雜。本發(fā)明不需要對高嶺石礦預先進行焙燒活化處理，各物料研磨成粉末后加 水攪拌易于混合均勻，混合均勻的物料轉移至高壓反應釜中進行水熱化學反應， 操作方便。水熱化學反應完成后得到的物相以水合鋁酸鈣為主的初級產(chǎn)品結構 疏松，易于粉碎，還可以加入水打制成漿狀，有利于與鹽酸溶液進行化學反應。 凈水劑產(chǎn)品為聚合氯化鋁與CaCl2的混合物，產(chǎn)品中CaCl2的存在有助于聚合氯 化鋁的絮凝作用。本發(fā)明提供了一種以高嶺石為原料，能耗低、無環(huán)境污染、 低成本、操作方便、適合大規(guī)模生產(chǎn)聚合氯化鋁的新工藝。
具體實施方式
實施例1 (1)原料
高呤石礦采自山西省朔州市朔城區(qū)南山，它的化學組成U)如下Si02Ti02A1203Fe203+FeOMnOMgOCaONa20K20P205燒失量合計45.390.4038.820.050.000.090.070.070.060.0115.15100.11x射線衍射分析指出，該高呤石礦礦物組成以高嶺石為主，此外尚有極少量的鈦、鐵礦物雜質(zhì)。石灰試劑級，購于化學試劑商店。 鹽酸試劑級，購于化學試劑商店。 將高嶺石礦、石灰分別磨細至200目以下；(2 )在塑料器皿(兼作物料混合罐)內(nèi)加入12. 5ml水，然后依次往皿內(nèi)加 入6. 452g高嶺石礦粉及3. 548g石灰粉，用攪拌棒攪拌均勻；(3) 將盛有樣品的塑料器皿置于高壓反應釜中，在190。C恒溫7小時；(4) 高壓反應釜冷卻后取出塑料器皿，將反應產(chǎn)物取出，轉移至玻璃表皿 中，自然風干，風干樣稱重為9. 88g,磨細，該反應產(chǎn)物即發(fā)明者稱之為初級 產(chǎn)品，經(jīng)X射線衍射分析，物相主體為水合硅鋁酸鈣，其次為雪硅鉤石等；(5) 稱取初級產(chǎn)品樣1. OOOg,置于300ml的三角瓶中，加入50ml 20°/。的鹽 酸溶液，蓋上瓶塞，置于IO(TC的熱水浴中加熱，每隔l小時搖動一次，恒溫7 小時，然后從水浴中取出三角瓶，趁熱抽吸過濾，獲得100ml過濾液，用全鐠 直讀等離子體發(fā)射光譜儀測定液樣中鋁的濃度，測定結果換算成Al^濃度為 1. 69mg/ml,則100ml濾出液含人1203 169. Omg;(6 ) 6. 452g高嶺石礦樣含A1203 2. 505g，而9. 88g初級產(chǎn)品含Al^量為 1.670g,因此，高嶺石礦中Al"3的提取率為66. 67%;(7)稱取初級產(chǎn)品2. 500g，置于300ml的三角瓶內(nèi)，加入50ml20。/。的鹽酸 溶液，蓋上并瓦塞，置于100。C的熱水浴中加熱，每隔1小時搖動一次，恒溫7 小時，然后抽吸過濾，將得到的濾液進行鹽基度調(diào)整，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮，獲得黃 色結晶凈水劑產(chǎn)品，該凈水劑產(chǎn)品為聚合氯化鋁與CaCh的混合物；(8 )采用純藍鋼筆墨汁配制成藍色溶液，加入少許制取出的凈水劑樣品進 行試驗，絮凝效果顯著。實施例2 (1)原料高嶺石礦采自山西省朔州市朔i成區(qū)南山，它的化學組成(％)如下Si02Ti02A1203Fe203+FeOMnOMgOCaONa20K20P205燒失量合計45.390,4038.820.050.000.090.070.070.060.0115.15跳llx射線衍射分析指出，該高嶺石礦礦物組成以高嶺石為主，此外尚有極少量的鈦、鐵礦物雜質(zhì)。石灰試劑級，購于化學試劑商店。 石膏取自北京北新集團建材公司。 鹽酸試劑級，購于化學試劑商店。 將高呤石礦、石灰分別磨細至200目以下；(2 )在塑料器皿(兼作物料混合罐)內(nèi)加入12. 5ml水，然后依次往皿內(nèi)加 入6. 452g高嶺石礦粉、3. 226g石灰粉及0. 322g石膏粉，用攪拌棒攪拌均勻；(3) 將盛有樣品的塑料器孤置于高壓反應釜中，在190。C恒溫7小時；(4) 高壓反應釜冷卻后取出塑料器皿，將反應產(chǎn)物取出，轉移至玻璃表皿 中，自然風干，風干樣稱重為9. 90g,磨細，該反應產(chǎn)物即發(fā)明者稱之為初級 產(chǎn)品，經(jīng)X射線衍射分析，物相主體為水合硅鋁酸釣，其次為雪硅釣石等；(5 )稱取初級產(chǎn)品樣1. OOOg,置于300ml的三角并瓦中，加入50ml 20%的鹽 酸溶液，蓋上瓶塞，置于IO(TC的熱水浴中加熱，每隔l小時搖動一次，恒溫7 小時，然后從水浴中取出三角瓶，趁熱抽吸過濾，獲得106ml過濾液，用全語 直讀等離子體發(fā)射光譜儀測定液樣中鋁的濃度，測定結果換算成Al力3濃度為 1. 78mg/ml，則106ml濾出液含入1203 188. 7mg;(6 ) 6. 452g高嶺石礦樣含A1203 2. 505g,而9. 90g初級產(chǎn)品含A1A量為 1. 868g,因此，高嶺石礦中Al"3的提取率為74. 57%;(7 )稱取初級產(chǎn)品2. 500g,置于300ml的三角并瓦內(nèi)，加入50ml 20%的鹽酸 溶液，蓋上瓶塞，置于100。C的熱水浴中加熱，每隔1小時搖動一次，恒溫7 小時，然后抽吸過濾，將得到的濾液進行鹽基度調(diào)整，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮，獲得黃 色結晶凈水劑產(chǎn)品，該凈水劑產(chǎn)品為聚合氯化鋁與CaCl2的混合物；(8)采用純藍鋼筆墨汁配制成藍色溶液，加入少許制取出的凈水劑樣品進
行試驗，絮凝效果顯著。為了測定高嶺石礦樣中Al力3的利用率，實施例1和例2對水熱化學反應產(chǎn) 物進行自然風千，實際生產(chǎn)中可以不經(jīng)過這步工序，將從反應釜中取出的濕反 應產(chǎn)物加入適量水打成漿狀，直接與鹽酸溶液混合進行反應，用以制取聚合氯 化鋁凈水劑產(chǎn)品。上述測試中所用儀器(1) X射線衍射儀D/MAX-2400型，日本理學電機抹式會社制造；(2) 全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀IRIS Advantage型，美國熱電公司生產(chǎn)；(3) 順序式X射線熒光光譜儀，XRF-1500型，日本島津制作所制造。
權利要求
1、一種利用高嶺石礦制取聚合氯化鋁的方法，其特征在于包括下列步驟(1)將高嶺石礦、石灰粉碎，磨細至200目以下；(2)在貯料器內(nèi)加入水，水的用量是固料總重量的1～3倍，然后按照高嶺石∶石灰為1.0∶0.3～1.0的比例，將各物料投入貯料器中，攪拌混合；(3)將混合均勻的物料轉移至高壓反應釜中，通入高壓蒸汽，在130℃～250℃進行水熱化學反應，恒溫5～24小時；(4)打開反應釜，取出反應產(chǎn)物，將獲得的反應產(chǎn)物與鹽酸溶液進行化學反應，過濾除渣，將得到的濾液進行蒸發(fā)濃縮，制得聚合氯化鋁。
2、 如權利要求l所述的方法，其特征在于步驟(3)中的水熱化學反應 是在170。C ~ 190。C下恒溫7 ~ 12小時。
3、 一種利用高呤石礦制取聚合氯化鋁的方法，其特征在于包括下列步驟(1) 將高嶺石礦、石灰、石膏粉碎，磨細至200目以下；(2) 在貝i料器內(nèi)加入水，水的用量是固料總重量的1~3倍，然后按照高 嶺石石灰石膏為1: 0. 3 ~ 1. 0: 0. 03 ~ 0. 10比例，將各物料投入貯料器中,攪 拌混合；(3) 將混合均勻的物料轉移至高壓反應釜中，通入高壓蒸汽，在13(TC ~ 250。C進行水熱化學反應，恒溫5 24小時；(4) 打開反應釜，取出反應產(chǎn)物，將獲得的反應產(chǎn)物與鹽酸溶液進行化學 反應，過濾除渣，將得到的濾液進行蒸發(fā)濃縮，制得秉合氯化鋁。
4、 如權利要求3所述的一種利用高嶺石礦制取聚合氯化鋁的方法，其特征 在于步驟(2)中水的用量是固料總重量的1.2~1.5倍。
5、 如權利要求3所述的一種利用高嶺石礦'射取聚合氯化鋁的方法，其特征 在于步驟(3 )中反應在170。C ~ 190。C下恒溫7 ~ 12小時。
全文摘要
一種利用高嶺石礦制取聚合氯化鋁的方法，該方法包括將高嶺石礦、石灰，或高嶺石礦、石灰和石膏分別粉碎，進而磨細至200目以下；在貯料器內(nèi)加入水，固料總重量與水的比例在1∶1～3，然后按照高嶺石∶石灰之間1.0∶0.3～1.0，或高嶺石∶石灰∶石膏之間1∶0.3～1.0∶0.03～0.10的比例，將各粉狀物料投入貯料器中，并進行攪拌混合；將混合均勻的物料轉移至高壓反應釜中，通入高壓蒸汽，在130℃～250℃進行水熱化學反應，恒溫5～24小時；水熱化學反應完成后取出反應產(chǎn)物，獲得以水合硅鋁酸鈣為主的初級產(chǎn)品，再用該初級產(chǎn)品與鹽酸溶液進行反應，過濾除渣，將得到的濾液進行蒸發(fā)濃縮、結晶，可制得聚合氯化鋁產(chǎn)品。此種方法不但低能耗，相應降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號C02F1/52GK101125672SQ20071012070
公開日2008年2月20日 申請日期2007年8月24日 優(yōu)先權日2007年8月24日
發(fā)明者劉建明, 成 韓 申請人:中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所;中科建成礦物技術(北京)有限公司