結晶氯化鋁凈化的實踐與研究

賀瑞國 姬學良（神華準能資源綜合開發有限公司，內蒙古 鄂爾多斯010300）

鹽酸法粉煤灰提取氧化鋁工藝中，鹽酸在浸出粉煤灰中氧化鋁的同時，也會浸出一部分其它氧化物雜質，并以沾附或包裹的方式夾雜于結晶氯化鋁晶體中，進而影響產品氧化鋁的純度[1]。通過探索結晶氯化鋁洗滌純化工藝，對酸法粉煤灰提取氧化鋁技術具有重要的實際指導意義。

1 飽和氯化鋁溶液洗滌

1.1 理論依據

在制鹽工業中，用飽和氯化鈉溶液洗滌氯化鈉晶體是一種常見的晶體凈化措施。同理，在飽和氯化鋁溶液中，由于溶質氯化鋁已經到達飽和，所以該溶液基本不會繼續溶解氯化鋁，但對其他氯化鹽仍有一定的溶解能力。所以用純度較高的氯化鋁飽和溶液洗滌結晶氯化鋁晶體具有理論可行性。

1.2 實施過程

典型的氯化鋁溶液三效蒸發工藝為，來自上游工序的氯化鋁溶液，依次進入三效順流蒸發器，濃縮、結晶后的料漿進入離心機進行固液分離，分離出的固體即為氯化鋁晶體，液體母液部分返回三效蒸發器，另外一部分排出系統。具體流程見圖2-1。

圖2-1 改造前流程圖

基于上述理論，對三效蒸發工藝進行改造，增加攪洗及二次離心環節。一級離心分離出的氯化鋁晶體首先進入攪洗槽，經由二效蒸發器抽出的飽和氯化鋁溶液充分攪洗，之后送往二級離心機進行固液分離，成離出的固體即為成品結晶氯化鋁，母液較一級母液所含雜質更少，所以返回二效蒸發器循環使用。具體流程見圖2-2。

1.3 取得的成效與不足

增加攪洗及二次離心后，中間產品結晶氯化鋁的雜質含量顯著降低。表2-1為某時段改造前后結晶氯化鋁中雜質含量對比。對于濃度高的雜質洗滌效果更明顯。洗滌后的氯化鋁，純度完全滿足生產冶金級一級氧化鋁行業標準（Na2O≤0.45%、Fe2O3≤0.02%、SiO2≤0.02%）[2]。

圖2-2 改造后流程圖

表2-1 改造前后結晶氯化鋁中雜質含量對比 （%）

存在的不足：

（1）飽和氯化鋁洗液由二效出料側線采出，且循環回二效的二級母液溫度降低，會加大蒸發結晶工段的能耗；

（2）循環補入系統的二級母液，會對三效蒸發器內的晶體成核、生長產生一定的干擾，尤其是母液中雜質富集到一定程度時，會使細晶增多，造成后續固液分離不暢。

2 濃鹽酸洗滌

2.1 理論依據

崔慧霞等[3]利用Bromley-Zemaitis 活度系數模型計算了六水氯化鋁在鹽酸溶液體系中溶解度隨溫度變化關系，得出在同一酸度的鹽酸溶液中，六水氯化鋁的溶解度隨溫度的升高略有增大，但是變化不明顯；在相同溫度下，六水氯化鋁在鹽酸溶液中的溶解度隨著酸度的增加急劇下降。在濃度大于30%的鹽酸中幾乎不溶解。為較低溫度下用濃鹽酸洗滌結晶氯化鋁晶體提供了理論依據。

2.2 實施過程

稱取一定量結晶氯化鋁晶體置于反應器中，向其中加入36%的濃鹽酸，配成固液質量比為1:1 的晶漿，攪拌5 分鐘，然后固液分離。分別取固液分離后液體和少量固體樣品作分析測試；然后將剩余固體繼續置于反應器中并加入相應質量的濃鹽酸，繼續攪拌并固液分離。至少洗滌四次，每次留樣分析，直至固相樣品中的雜質含量不再減少為止。

2.3 取得的成效與不足

經濃鹽酸洗滌后，結晶氯化鋁中雜質含量的變化見表3-1。經三次洗滌后，氧化鈉、氧化鉀、氧化鈣的去除率即可達到90%以上，氧化硅的去除率可以達到59%。濃鹽酸對雜質的去除效果非常顯著。同時，洗滌過程中，氯化鋁的損失基本可以控制在5%以內。

表3-1 濃鹽酸對結晶氯化鋁中雜質的洗滌效果 （ppm）

存在的不足：

（1）本應用目前還停留在實驗階段，有待在生產實際中進一步驗證，包括攪拌方式、洗滌方式及洗滌時間等；

（2）可以通過降低濃鹽酸和晶體的溫度，最大限度地減少氯化鋁的損失；

（3）有待進一步研究鹽酸提純的工藝和設備，以便洗滌液鹽酸循環利用。