六水氯化铝脱水制备无水氯化铝的设想.pdf

2013年第9期
有色金属(冶炼部分)(htp://ysyl. bgrimm.cn)
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doi:10.3969/j,issn.1007-7545.2013.09.09
六水氯化铝脱水制备无水氯化铝的设想
马家玉2,3,姜跃华,3,杨小平1
(1.贵阳铝镁设计研究院有限公司,贵阳550081;2.中南大学冶金科学与工程学院,长沙410083;
3.国家铝镁电解装备工程技术研究中心,贵阳550081)
摘要:在“粉煤灰一无水氯化铝一电解铝”的新工艺路线中,六水氯化铝脱水制备无水氯化铝是关鍵。评
述了六水氯化铝制备无水氯化铝的方法,并在参考六水氯化镁脱水工艺的基础上,设计了六水氯化铝的
脱水方案。
关键词:六水氯化铝;脱水;无水氯化铝;粉煤灰;设想
中图分类号:TF821;TQ124.4文献标志码:A文章编号:1007-7545(2013)09-0031-05
Hypothesis to Prepare Anhydrous Aluminium Chloride via
Dehydration of Aluminium Chloride Hexahydrate
MA Jia-yu, JIANG Yue-hua, YANG Xiao-ping
Magnes
2. School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China
3. National Engineering and Technology Research Centre for Aluminium &. Magnesium
Electrolysis Facili
550081, China)
Abstract: Dehydration of aluminum chloride hexahydrate was the key to prepare anhydrous aluminum chlo
ride by a new process offlyash, anhydrous aluminium chloride, and electrolytic aluminum.The methods
for dehydration of aluminium chloride hexahydrate were reviewed. The dehydration technology of alumin-
ium chloride hexahydrate was developed based on dehydration process of magnesium chloride hexahydrate,
Key words: aluminium chloride hexahydrate; dehydration; anhydrous aluminium chloride; flyash; hypothe
无水氯化铝是一种重要的无机化工原料,也灰制备氧化铝技术还处在实验室研究及工业化试验
有望通过直接电解的方法生产金属铝,在节能减排、阶段0。主要工艺分为酸法、碱法及酸碱联合法
减少温室气体排放方面具有巨大潜力的。
等,但各种方法均具有局限性。如酸法工艺存在设
粉煤灰是煤炭燃烧后的固体废弃物,其主要化备腐蚀、溶出率低、生产出的氧化铝质量指标不满足
学成分是AL1O、SiO2、Fe、O,、TiOn、CaO、MgO和电解铝的要求?;碱法工艺流程复杂、能耗高、残渣
其它多种微量元素。其中Al2O2+SiO2+CaO+量太大、残渣综合利用难、综合效益差等
Fe2O3一般占90%(质量分数,下同)以上,Al2O3可
针对上述情况,我们提出了一种全新的研究思
路:即用粉煤灰制取无水氯化铝,然后用无水氯化铝
达15%~40%,特别是Al2O3大于30%的高铝粉煤
直接电解生产金属铝。完整的工艺流程分为3部
灰是制备氧化铝的良好资源。目前利用高铝粉煤
收稿日期;2013-03-21
基金项目:国家国际科技合作专项项目(2013D)FB70220
作者简介:马家玉(1982-),男,河南信阳人,工程师,博士.
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有色金属(冶炼部分)(hp:/ysy. bgrimm.cn)
2013年第9期
分:粉煤灰经盐酸浸出、除杂、浓缩结晶后得到六水
六水氯化铝(AlCl13?6H2O)直接加热脱水的反
氯化铝(即结晶氯化铝),六水氯化铝脱水制备无水应为:
氯化铝及无水氯化铝电解生产金属铝。其中粉煤灰
Alcl 6H2O=AICL +6H2O
湿法制备六水氯化铝已有研究及工业化应用示范报
同时,AICl3?6H2O在高温条件下会发生水解
道;无水氯化铝电解法生产金属铝早在20世纪反应
70年代美国铝业公司就曾做过大量研究,并投产了
2(Alcl3 6H2 O)=AL2O, +6HCI+9H2O(2
1.5万t/a无水氯化铝的生产线,实际运行了4
对反应(1)与(2)进行热力学计算,结果见表1。
年。该工艺成败的关键是六水氯化铝脱水制备由表1的吉布斯自由能可知,反应(2)在300℃即可
无水氯化铝技术,而当前关于六水氯化铝脱水制备发生,而反应(1)要在600℃オ可发生。即在加热过
无水氯化铝的研究报道还较少。
程中,最先发生水解反应,温度越高,水解反应越容
六水氯化铝脱水方法
易发生。因此,直接热解AICl3?6H2O只能得到
Al2O3,而得不到无水氯化铝。
氯气、氯化氢等保护气氛下脱水
表1反应(1)和(2)的热力学参数
Table 1 Thermodynamic parameters for reactions()and(2)
△I/(kJ?mol1)
△S/(J?K"t?mol
△G/(kJ?mol
反应1
反应2
反应1
反应1
反应2
289.634
606.709
266,752
1242.253
14.552
471.474
1415.539
2.527
757.35
1525.577
64.737
-269.584
827.290
620.210
896.212
964,264
1780.096
129.717
768.036
800
725.115
162.452
1957,800
369.667
1100
770.749
1226.383
894.410
2006,145
457.409
1528.355
为抑制水解反应的发生,有文献提出,Al
法的实质是首先加热得到含无水氯化铝与氧化铝的
?6H2O在氯化氢气氛下脱水制备无水氯化铝。由混合原料,然后在氯气等的作用下,将混合原料中的
表1的数据可知,当温度为600℃时,脱水和水解反氧化铝氯化,最终得到无水产品。但该法使用了有毒
应同时进行,水解反应趋势远大于脱水反应。在氯气体氯气,需要耐高温、耐腐蚀的生产设备及严格的
化氢气氛下,相当于增加反应气相中氯化氢的分压,生产控制条件,环境污染严重。因此该法目前也无
起到抑制水解反应的作用。査无水氯化铝的性质得法实