一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法
技术领域
本发明属于轻金属冶金领域，特别涉及一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法。
背景技术
聚合氯化铝也叫PAC，是一种无机高分子混凝剂，是介于AlCl3和Al(OH)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物，对水中胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用。其合成方法有金属铝法、活性氢氧化铝法、三氧化二铝法、氯化铝法和碱溶法等。
低钠氧化铝是一种白色无机粉体材料，具有Na含量低，粒度散布窄、比表面积大、白度高、硬度低、折射率低、与有机高分材料相容性好等优点，首要应用于金属、玻璃和各类陶瓷产品的抛光与非氧化物陶瓷的烧成助剂。由于低钠氧化铝还具有熔点高(2040℃)、化学慵懒强、电绝缘性好、硬度高、耐磨性好的特色，可广泛应用于耐火材料、轿车火花塞、电子基片、耐磨陶瓷等范畴，使用前景十分广阔。
Na2O含量是低钠氧化铝的重要技术指标，Na2O含量直接影响氧化铝制品的抗压强度及电绝缘性。若Na2O含量高，则氧化铝的导电率高、耐磨性差，高温锻烧Al2O3转化率低。
国内生产低钠高温氧化铝的方法，一般有：高纯铝原料直接煅烧法；工业级铝原料酸洗除钠煅烧法。这两种方法都有很大的弊端，前者因为高纯铝原料昂贵，是工业氧化铝的10倍，成本高，后者需要使用酸与碱反应除钠，而且产生大量超细粉料，造成分离困难。
因此，针对现有技术中生产低钠高温氧化铝存在的成本高、有污染的问题，迫切需要研究一种既环保又具有成本优势的制备低钠高温氧化铝的方法。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法，以解决现有技术中制备低钠氧化铝方法成本高、污染严重的问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明提供了一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法，所述方法包括，
将氢氧化铝溶液和盐酸溶液混合后，进行溶出反应，获得聚合氯化铝溶液；
将氧化铝与所述聚合氯化铝溶液混合后，进行脱碱-聚合反应，获得混合液；
将所述混合液过滤，获得滤饼和滤液；
将所述滤饼焙烧，获得低钠高温氧化铝，将所述滤液浓缩，获得聚合氯化铝。
进一步地，所述盐酸与所述氢氧化铝的物质的量比值为0.5～3。
进一步地，所述溶出温度为80～160℃。
进一步地，所述氧化铝的粒度为10～110μm。
进一步地，所述聚合氯化铝溶液的比重为1.1～1.38g/ml。
进一步地，所述聚合氯化铝溶液与所述氧化铝重量比值为2～14。
进一步地，所述脱碱-聚合反应时间为0.5～3.5h。
进一步地，所述脱碱-聚合反应温度为30～110℃。
进一步地，所述焙烧温度为1250～1350℃。
本发明的有益效果至少包括：
本发明提供了一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法，所述方法包括，将氢氧化铝溶液和盐酸溶液混合后，进行溶出反应，获得聚合氯化铝溶液；将氧化铝与所述聚合氯化铝溶液混合后，进行脱碱-聚合反应，获得混合液；将所述混合液过滤，获得滤饼和滤液；将所述滤饼焙烧，获得低钠高温氧化铝，将所述滤液浓缩，获得聚合氯化铝。本申请采用盐酸溶液与氢氧化铝作为原料，反应得到聚合氯化铝溶液，聚合氯化铝溶液由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生成的分子量较大、电荷较高的无机高分子材料，在氧化铝与聚合氯化铝溶液混合后，聚合氯化铝中的高电荷离子取代氧化铝的钠杂质进入溶液而形成的低电荷钠离子，从而使钠离子进入聚合氯化铝体系，获得低钠的氧化铝，同时还得到高纯度的聚合氯化铝。本发明以工业氧化铝为原料，具有成本优势，且制备过程环保，制得的氧化铝具有极低的钠含量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法工艺步骤图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例提供一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法，图1为本发明实施例的一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法的工艺步骤图，结合图1，所述方法包括，
S1，将氢氧化铝溶液和盐酸溶液混合后，进行溶出反应，获得聚合氯化铝溶液。
进一步地，所述盐酸与所述氢氧化铝的物质的量比值为0.5～3。
聚合氯化铝的生产需要严苛的原料配比，如果盐酸与氢氧化铝的物质的量的比值超过3，无法生产聚合氯化铝，而是氯化铝溶液；如果盐酸与氢氧化铝的物质的量的比值小于0.5，则生成的聚合氯化铝浆液粘度太大，不利于分离利用。
进一步地，所述溶出温度为80～160℃，所述溶出时间为1～3h，所述溶出压力≤0.5MPa。
溶出温度高，聚合速度快，溶出率高，但是考虑加热的成本问题，该温度不可过高。
S2，将氧化铝与所述聚合氯化铝溶液混合后，进行脱碱-聚合反应，获得混合液。
聚合氯化铝是一种由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生成的分子量较大、电荷较高的无机高分子材料。氧化铝中的钠杂质以氧化钠的形式存在，将氧化铝与聚合氯化铝溶液混合后，杂质氧化钠会溶解于水中，并与水发生反应生成NaOH，聚合氯化铝与氢氧化钠发生脱碱-聚合反应，具体如下：
m{[Al2(OH)nCl(6-n))]+NaOH}＝m{[Al2(OH)n+1Cl(6-n-1)]+NaCl}
在氧化铝与聚合氯化铝溶液混合后，聚合氯化铝聚溶液与氢氧化钠中的氢氧根反应，获得盐基度更高的聚合氯化铝，钠离子进入混合液中。
进一步地，所述氧化铝的粒度为10～110μm。
氧化铝的粒度不可过小，否则使得脱碱-聚合反应后的固液分离困难，若粒度过大，比面积大，脱碱-聚合反应的速度慢，反应效率低，影响脱钠效果。
进一步地，所述聚合氯化铝溶液的比重为1.1～1.38g/ml。
进一步地，所述聚合氯化铝溶液与所述氧化铝的重量比值为2～14。
重量比值超过14，造成聚合氯化铝溶液的浪费，重量比值低于2，除钠效果差。
进一步地，所述脱碱-聚合反应时间为0.5～3.5h，所述脱碱-聚合反应温度为30～110℃。反应时间越长，脱碱-聚合反应进行的越完全，脱钠效果越好，氧化铝中的钠含量越低，但是考虑到生产效率问题，脱碱-聚合反应不可过长。反应温度会影响脱碱-聚合反应的快慢，高温需要加热，增加成本，因此从反应速度和成本的角度来衡量，将反应温度控制为30～110℃。在上述的反应温度和反应时间内，除钠效果良好，还兼具经济性。
S3，将所述混合液过滤，获得滤饼和滤液。
混合液中含有高盐基度的聚合氯化铝和氧化铝，氧化铝不溶于水，经过过滤，获得氧化铝滤饼和高盐基度的聚合氯化铝滤液，将滤液浓缩后可获得聚合氯化铝，该聚合氯化铝纯度高，全铁含量不超过0.003％，盐基度为58～68％，密度不低于1.20g/cm3，可以用于净水剂。
S4，将所述滤饼焙烧，获得低钠高温氧化铝，将所述滤液浓缩，获得聚合氯化铝。
进一步地，所述焙烧温度为1250～1350℃。
经过焙烧，一来可以去除滤饼中的水分，二来可以实现氧化铝的物相转化，形成微晶的低钠高温氧化铝。微晶的低钠高温氧化铝制备的原板光滑，硬度大，均匀且致密，经济效益高。滤液浓缩可以采用喷雾干燥浓缩的方式进行，也可以使用现有的可以实现浓缩的其他方式进行。浓缩获得的聚合氯化铝纯度高，其指标均符合GB15892-2009中的规定，该标准的规定见表1，可以用作饮用水净水剂。
表1
本发明提供了一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法，采用氢氧化铝、少量盐酸和价格便宜的工业氧化铝为原料，氢氧化铝和盐酸反应后，盐酸用尽，不存在酸水排放污染环境的问题。将聚合氯化铝溶液与氧化铝混合后脱碱-聚合处理，既得到了纯度高可用作净水剂的聚合氯化铝，还得到了低钠的氧化铝。获得的低钠氧化铝纯度高，原晶粒度均匀，由其制备的原板光滑，硬度大，均匀致密，经济效益高。
下面将结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
实施例1提供了一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法，包括，
S1，将氢氧化铝溶液和盐酸溶液混合，其中，盐酸与氢氧化铝的物质的量比值为2，在温度为85℃，压力为0.25MPa的条件下进行溶出反应，溶出时间为2.3h，获得聚合氯化铝溶液。
S2，将粒度为20～80μm氧化铝与S1步骤获得的比重为1.26g/ml聚合氯化铝溶液混合，其中，聚合氯化铝溶液与氧化铝的重量比值为3，在90℃下进行脱碱-聚合反应，脱碱-聚合反应时间为2h，获得混合液。
S3，将所述混合液过滤，获得滤饼和滤液。
S4，将S3步骤获得的滤饼在1280℃温度下焙烧，获得低钠高温氧化铝，将S3步骤获得的滤液喷雾干燥浓缩，获得聚合氯化铝。
制备所得的低钠高温氧化铝指标如表2所示，获得的聚合氯化铝的检测指标如表3所示。
实施例2
实施例2提供了一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法，包括，
S1，将氢氧化铝溶液和盐酸溶液混合，其中，盐酸与氢氧化铝的物质的量比值为3，在温度为130℃，压力为0.15MPa的条件下进行溶出反应，溶出时间为1h，获得聚合氯化铝溶液。
S2，将粒度为60～100μm氧化铝与S1步骤获得的比重为1.18g/ml聚合氯化铝溶液混合，其中，聚合氯化铝溶液与氧化铝的重量比值为12，在103℃温度下进行脱碱-聚合反应，脱碱-聚合反应时间为3h，获得混合液。
S3，将混合液过滤，获得滤饼和滤液。
S4，将滤饼在1340℃温度下焙烧，获得低钠高温氧化铝，将所述滤液喷雾干燥浓缩，获得聚合氯化铝。
制备所得的低钠高温氧化铝指标如表2所示，获得的聚合氯化铝的检测指标如表3所示。
实施例3
实施例3提供了一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法，所述方法包括，
S1，将氢氧化铝溶液和盐酸溶液混合，其中盐酸与氢氧化铝的物质的量比值为0.8，在温度为155℃，压力为0.45MPa条件下进行溶出反应，获得聚合氯化铝溶液。
S2，将粒度为60～90μm氧化铝与比重为1.25g/ml聚合氯化铝溶液混合，其中，聚合氯化铝溶液与氧化铝的重量比值为8，在温度为40℃条件下进行脱碱-聚合反应，脱碱-聚合反应时间为1h，获得混合液。
S3，将所述混合液过滤，获得滤饼和滤液。
S4，将所述滤饼在1305℃温度下焙烧，获得低钠高温氧化铝，将所述滤液喷雾干燥浓缩，获得聚合氯化铝。
制备所得的低钠高温氧化铝指标如表2所示，获得的聚合氯化铝的检测指标如表3所示。
实施例4
实施例4提供了一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法，所述方法包括，
S1，将氢氧化铝溶液和盐酸溶液混合，其中，盐酸与氢氧化铝的物质的量比值为1.8，在温度为105℃，压力为0.45MPa条件下进行溶出反应，溶出时间为3h，获得聚合氯化铝溶液。
S2，将粒度为60～100μm氧化铝与比重为1.2g/ml聚合氯化铝溶液混合后，其中，聚合氯化铝溶液与所述氧化铝的重量比值为8，在60℃温度下进行脱碱-聚合反应，脱碱-聚合反应时间为2.8h，获得混合液。
S3，将所述混合液过滤，获得滤饼和滤液。
S4，将所述滤饼在1325℃的温度下焙烧，获得低钠高温氧化铝，将所述滤液喷雾干燥浓缩，获得聚合氯化铝。
制备所得的低钠高温氧化铝指标如表2所示，获得的聚合氯化铝的检测指标如表3所示。
实施例5
实施例5提供了一种聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法，所述方法包括，
S1，将氢氧化铝溶液和盐酸溶液混合，其中，盐酸与氢氧化铝的物质的量比值为2.5，在温度为98℃，压力为0.45MPa的条件下进行溶出反应，溶出时间为2.3h，获得聚合氯化铝溶液；
S2，将粒度为30～80μm氧化铝与比重为1.3g/ml聚合氯化铝溶液混合，其中，聚合氯化铝溶液与氧化铝的重量比值为8，在温度为60℃的条件下进行脱碱-聚合反应，脱碱-聚合反应时间为2.8h，获得混合液；
S3，将所述混合液过滤，获得滤饼和滤液；
S4，将所述滤饼在1312℃的温度下焙烧，获得低钠高温氧化铝，将所述滤液喷雾干燥浓缩，获得聚合氯化铝。
制备所得的低钠高温氧化铝指标如表2所示，获得的聚合氯化铝的检测指标如表3所示。
对比例1
对比例1提供了一种低钠氧化铝的制备方法，以高纯氢氧化铝为原料，在1220℃下直接煅烧，获得低钠氧化铝。
制备所得的低钠高温氧化铝的指标如表2所示。
对比例2
对比例2提供了一种低钠氧化铝的制备方法，以工业级氧化铝为原料，与盐酸混合后，过滤，在1280℃下煅烧，获得低钠氧化铝。制备所得的低钠高温氧化铝的指标如表2所示。
表2
表3
表4
实施例1到实施例3制备所得的低钠高温氧化铝Na2O含量范围为0.046～0.07％，原晶粒度为0.5～1.0μm。对比例1和对比例2制备所得的低钠高温氧化铝Na2O含量范围为0.1～0.3％，原晶粒度为1.0～1.2μm。与对比例1和对比例2相比，实施例1到实施例3制备所得的低钠高温氧化铝Na2O含量大幅度降低，原晶粒度也有一定程度的下降。本申请提供了聚合氯化铝联产低钠高温氧化铝的方法，该方法制备的聚合氯化铝各项指标均符合表1的要求，由于受检测仪器的限制，砷、铅、镉、汞和六价铬的含量仅能检测出合格。
采用本发明提供的方法，不仅可以制备低钠高温氧化铝，解决了现有技术中生产低钠高温氧化铝使用的原材料成本高的问题，获得的氧化铝杂质钠含量低；同时还获得了高纯的聚合氯化铝产品，该产品各项指标优异，符合标准提出的饮用水净水剂的要求，可以做饮用水净水剂。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
