專利名稱:從低純鋁制備的鋁溶膠中脫除雜質的方法
本發明屬于鋁的氯化合物的雜質分離鋁溶膠又稱聚合氯化鋁、堿式氯化鋁、羥基氯化鋁、氯代氫氧化鋁。采用金屬鋁和鹽酸(或三氯化鋁)可制備出鋁濃度和鋁氯比高、穩定性好的鋁溶膠，其所含金屬雜質數量取決于金屬鋁的純度。若要得到雜質含量低的高純鋁溶膠，現有的方法有一是使用高純原料制備;二是使用低純原料制備，再脫除其中的有害雜質。
使用高純鋁(指金屬鋁純度大于99.93%)制備鋁溶膠的優點是工藝簡單，但要制備鐵含量低于0.005重%(以氧化鋁為基準，以下同)的鋁溶膠，金屬鋁的純度至少要在99.95%以上。因此，用該方法原料價格昂貴，生產周期長，能耗大，且易生成白色絮狀的高聚物，影響鋁溶膠的透明度。
一九六七年美國發表了從低純鋁生產高純鋁溶膠的方法(美國專利3340205號)。該方法是分批生產，并強調脫除雜質最好在制備鋁溶膠過程中同時進行，即當鹽酸和低純鋁在消化器內消化過程中，低純鋁的雜質，以細小顆粒形式析出進入鋁溶膠中，可用機械的方法(最好磁力分離)不斷地將其除去。該方法的優點是鋁溶膠的合成使用了過量鋁，抑制了雜質進入鋁溶膠，并在合成過程中不斷地將生成的雜質除去，提高了鋁溶膠的純度。缺點是在鋁溶膠合成過程中，不斷地將雜質脫除，致使反應速度越來越慢，雖使用過量鋁加以彌補，但鋁溶膠易出現高聚物，而且在操作過程中新鮮鋁粒和上次運轉所剩余的鋁混同制備，未充分發揮新鮮鋁粒對鋁溶膠的精制作用。
一九七○年美國專利3535268號發表了用連續法生產鋁溶膠，其方法是鹽酸和循環鋁溶膠自消化器的底部進入，新鮮鋁粒自頂部進入，兩者接觸時使鋁溶膠受到精制，但由于過程中沒有脫除雜質的措施，而雜質本身又比較輕，致使雜質和鋁溶膠一起自上部進入貯罐，在貯罐中一部分雜質又重新溶解在鋁溶膠中，從而降低了新鮮鋁粒的精制作用。
本發明的目的是提供一種價廉、清亮透明的高純鋁溶膠的生產方法，并為醫藥、化妝品、催化劑等行業提供所需的原料。
本發明的要點是在鋁溶膠中加入一定數量、純度為98～99.9%的新鮮低純鋁或純度為99.93～99.99%的高純鋁(下同)，以抑制在鋁溶膠合成過程中所析出的金屬雜質進入鋁溶膠中而成為溶解性雜質(指能透過0.2μ微孔膜而保留在鋁溶膠中的雜質，它主要是以二價鐵離子形式存在于鋁溶膠中)，而且經過一定反應時間，溶解在鋁溶膠中的金屬雜質被金屬鋁還原而成為金屬態，用機械分離的方法連續或間歇地將它們除去，達到提純鋁溶膠的目的。
本發明把鹽酸(或三氯化鋁)與低純鋁反應生成鋁溶膠的過程稱為鋁溶膠的合成過程，而把鋁溶膠和新鮮低純鋁(或高純鋁)接觸的過程稱為精制過程。根據被提純鋁溶膠中金屬雜質含量和提純要求，又可分為一段和兩段精制。
若鋁溶膠的制備是分批生產的，則合成過程和低純鋁的一段精制過程可以在同一裝置內交替進行。當裝置內進行鋁溶膠的合成時，所用的金屬鋁是一段精制用過的低純鋁。按預定的鋁濃度和鋁氯比加入鹽酸及水進行反應。反應的溫度可在70～103℃之間。反應溫度取決于低純鋁的純度及鹽酸水溶液的濃度，以不出白色高聚物為宜。為了保持和精制過程的物料平衡，此處鋁不過量。所析出的金屬雜質不脫除，在某些情況下還可加入一些鐵粉使之起催化劑的作用，以加速其反應。待低純鋁90%以上轉化成鋁溶膠后，加入和合成過程數量、純度均相同的新鮮低純鋁，繼續反應一段時間，其間不斷用磁力分離方法(也可以用過濾方法)脫除金屬雜質顆粒。該過程使用低純鋁精制的結果，可將鋁溶膠中0.03～0.20重%Fe和0.01～0.03重%的Cu分別脫除到0.0025～0.0150重%和0.0005～0.0020重%。
若過程采用兩段低純鋁精制，第一段低純鋁精制、第二段高純鋁精制及鋁溶膠的合成過程是連續生產時，則需要增添精制設備。
兩段低純鋁精制時，新鮮的低純鋁自第二段進入，逆向而行，最終在合成過程中消盡。此過程可使含0.03～0.20重%Fe和0.01～0.03重%Cu的鋁溶膠，經精制后雜質分別降低到Fe為0.0025～0.005重%，Cu為0.0003～0.0010重%。
若兩段精制采用一段低純鋁精制、二段高純鋁精制的方案，則可使含0.03～0.20重%Fe和0.01～0.03重%Cu的鋁溶膠，經精制后雜質分別降到Fe為0.0015～0.0050重%和Cu為0.0001～0.0005重%。
若鋁溶膠的合成過程是連續的，則可使用一段高純鋁精制。用連續法生產鋁溶膠，其Fe含量約在0.007～0.020重%之間，Cu含量約在0.0005～0.0020重%之間。經精制后，其雜質可分別下降到0.0015～0.0050重%和0.0001～0.0005重%之間。
采用高純鋁精制的優點是過程可以連續，但精制時間較長，需6～16小時，并要嚴格控制操作條件，以避免鋁溶膠出現白色高聚物。
精制過程所用的鋁溶膠，其鋁濃度可在5～13%之間，以8～12%較為經濟。鋁溶膠的組成按通式Al2(OH)xCl6-x來表示，X可在1～5之間，而常用的范圍則在4～4.8之間。金屬鋁的用量，對于低純鋁而言，一般金屬鋁對鋁溶膠中鋁之比(Al/Al+++)可在1～4之間(Al/Al+++為1時，精制用的低純鋁全部為新鮮金屬鋁，大于1時，大于1的部分為合成過程剩余的低純鋁)，而以1左右為宜。當精制使用高純鋁時，Al/Al+++可在0.5～10之間，而以1～5為宜。鋁溶膠精制的時間，取決于鋁的純度。純度越高，精制的時間也就越長。
由于本發明采用了新的脫除鋁溶膠中雜質的方法，提高了雜質脫除的效率，因此，其優點是若和現有技術采用相同的金屬鋁純度來制備鋁溶膠，則能使鋁溶膠中所含的雜質降到更低的水平。換言之，若鋁溶膠中所含的雜質水平要求一定時，則本發明可以采用純度更低的金屬鋁作為制備鋁溶膠的原料，這樣，無疑降低了產品的生產成本，擴大了原料的來源。另外，由于過程采用了一段或兩段精制，且精制過程所用金屬鋁的純度也是可以變更的，從而使生產流程有較大的適應性，產品的質量有較大的穩定性，并為連續生產鋁溶膠提供了精制的方法。所得產品也較現有技術所生產的清亮透明，適用于作為醫藥、化妝品和催化劑載體的原料。此外，在鋁溶膠合成過程中不脫除金屬雜質有利于加速反應。
本發明所用的金屬鋁屬于變形鋁合金中的純鋁(L)，試驗中常用的兩種金屬鋁的規格如表1。
例1(1)低純鋁的一段精制將精制鋁溶膠時，已用過的純度為99.7%的鋁粒318克，脫離子水625毫升，放入三口瓶內，逐步加入(1∶1)工業合成鹽酸1568毫升，使在3小時內加酸完畢。反應溫度一般控制在90～95℃，反應12小時后，再加入純度為99.7%的新鮮鋁粒318克，并插入磁棒，在上述溫度下繼續反應2小時。在此期間，每隔15分鐘，取走所生成的磁性金屬顆粒。待反應結束后，將鋁溶膠冷卻，用G-3燒結漏斗過濾，所得結果如表2所示。
將表2中后5個試驗所得的樣品混合后，進行雜質分析，得如下結果Fe0.0060重%，SO＝40.019重%，Na0.0057重%，Si0.036重%，Cu0.0001重%(以上分析結果均以氧化鋁為基準，下同)。
(2)低純鋁在制備鋁溶膠過程中脫除磁性金屬雜質顆粒將純度為99.7%的新鮮鋁粒424克和1000毫升脫離子水放入三口瓶內，逐步加入(1∶1)工業合成鹽酸1956毫升，使在3小時內加酸完畢。反應溫度一般控制在90～95℃，共反應28小時。在反應開始時插入磁棒，在反應過程中不斷地除去生成的磁性金屬雜質顆粒。反應結束后用G-3漏斗過濾，對樣品進行雜質分析，結果如下Al11.67重%，Cl9.56重%，Al/Cl(重)1.22，Fe0.0115重%，殘余鋁20克，鋁轉化率95.3%。
以上結果看出(1)中鋁溶膠精制后的鐵含量只有(2)的一半。
例2低純鋁的一段精制將純度為99.6%的新鮮金屬鋁粒(其中含Fe0.19重%，Si0.22%，Na0.0027重%，Cu0.0034重
%)108克和蒸餾水467毫升放入三口瓶內，逐步加入283毫升31%的工業合成鹽酸，使2小時內加酸完畢。反應溫度85～95℃，反應10小時后，再加入純度為99.6%的新鮮金屬鋁粒108克，并插入磁棒。精制溫度同反應溫度。每隔15分鐘，取走所生成的磁性金屬雜質顆粒。2小時后，用漏斗過濾。所得鋁溶膠含Al12.86重%，Cl11.07重%，Al/Cl(重)1.16，Fe0.0083重%，Si0.083重%，Na0.0045重%，Cu0.0005重%。
例3低純鋁的一段精制將純度為99.7%新鮮鋁粒108克，分析純結晶三氯化鋁181克，化學純結晶三氯化鐵26.1克，蒸餾水600毫升放入三口瓶內。反應溫度控制在85～95℃，反應8小時后，用磁棒將剩余的鋁粒全部除去。重新加入純度為99.7%新鮮金屬鋁粒108克，并插入磁棒，在上述溫度下繼續反應。在此期間，每隔15分鐘用磁棒除去所析出的磁性金屬顆粒，共進行2小時。之后將鋁溶膠過濾所得鋁溶膠含Al12.22重%，Cl9.32重%，Fe0.0070重%，Si0.025重%，Na0.0011重%，Cu0.0004重%。
例4高純鋁的一段精制將含Al12.30重%，Cl9.64重%，Fe0.024重%的低純鋁溶膠3000克，加入含HCl0.361克/毫升脫鐵鹽酸171毫升，并加入純度為99.95%的高純鋁粒800克。在90～103℃下反應16小時。在此期間，每隔15分鐘用磁棒除去所析出的磁性金屬雜質顆粒。反應結束后，將鋁溶膠過濾。所得鋁溶膠含Al12.95重%，Cl10.50重%，Fe0.0024重%，共消耗高純鋁60克。由連續法合成的鋁溶膠所用原料低純鋁的純度為99.7%，所得鋁溶膠的Fe含量為0.007～0.020重%，Cu0.005～0.002重%之間，即可按此例精制。
例5(1)低純鋁的兩段精制一段精制用過的鋁粒(即純度99.7%的新鮮金屬鋁粒與鋁溶膠反應4小時后的鋁粒)108克，水184毫升放入三口瓶內，逐步加入(1∶1)的工業合成鹽酸566毫升，使在3小時內加酸完畢。反應溫度70～95℃，反應12小時后，加入二段精制用過的鋁粒(即純度99.7%的新鮮金屬鋁與鋁溶膠反應2小時后的鋁粒)104.7克，繼續在上述溫度下精制2小時。在此期間，每隔15分鐘用磁棒除去所析出的磁性金屬顆粒。反應結束后，用漏斗過濾。所得的鋁溶膠含Al10.80重%，Cl11.83重%，Fe0.0096重%，Si0.040重%，Na0.0044重%，Cu0.0005重%。
將上述鋁溶膠693.7克，加入水150毫升，新鮮低純鋁104克，在70～95℃下繼續反應2小時(此時不用磁力分離)，過濾后，所得鋁溶膠含Al10.67重%，Cl11.17重%，Fe0.0036重%，Si0.041重%，Na0.0046重%，Cu0.0005重%。
(2)低純鋁在制備鋁溶膠過程中不斷脫除磁性金屬雜質顆粒將一段精制用過的金屬鋁粒108克，二段精制用過的金屬鋁粒108克(二者的來源同(1))，純度為99.7%的新鮮金屬鋁108克三者相混合，水184毫升放入三口瓶內，逐步加入(1∶1)的工業合成鹽酸566毫升，3小時加酸完畢。反應溫度70～95℃。在反應一開始，即將磁棒插入液體內，每隔15分鐘用磁棒除去所析出的磁性金屬顆粒，共反應10小時。之后將鋁溶膠過濾，所得鋁溶膠含Al13.64重%，Cl12.38重%，Fe0.0068重%。
比較(1)和(2)所得結果，(1)中鋁溶膠精制后的鐵含量只有(2)的一半左右。
例6第一段低純鋁精制、第二段高純鋁精制(1)將低純鋁一段精制后的鋁溶膠(含Al12.0重%，Cl10.58重%，Fe0.0062重%)2500克，加入純度為99.95%的高純鋁900克。在反應90～100℃下，接觸6小時。在此期間，不斷地用磁棒脫除所析出的磁性金屬雜質顆粒，最終用G-3漏斗過濾。共消耗高純鋁23克。所得鋁溶膠含Al13.86重%，Cl11.02重%，Al/Cl(重)1.26，Fe0.0022重%，SO＝40.009重%，Na0.0070重%，Si0.037重%，Cu0.0002重%。
(2)2500克鋁溶膠(其組成同(1))加入純度為99.95%的高純鋁300克，在反應溫度90～100℃下，精制16小時。在此期間，不斷地用磁棒脫除所析出的磁性金屬雜質顆粒，最終在G-3漏斗內過濾。
所得鋁溶膠含Al13.75重%，Cl11.18重%，Al/Cl(重)1.23，Fe0.0020重%。
權利要求
1.一種從鋁溶膠中脫除雜質的方法，其特征在于采用低純鋁與工業鹽酸(或三氯化鋁)合成鋁溶膠后，加入新鮮低純鋁或高純鋁進行一段或兩段精制，在精制期間或以后用機械分離方法脫除金屬雜質。
2.根據權利要求
1所述的方法，其特征在于一段或兩段精制使用的低純鋁溶膠中鋁濃度為5～13%，以8～12%最佳。
3.根據權利要求
1，2所述的方法，其特征在于一段或兩段精制使用的鋁溶膠中鋁氯比，按通式Al2(OH)xCl6-x表示，其X為1～5，以4.0～4.8最佳。
4.根據權利要求
1所述的方法，其特征在于將鋁溶膠中含有的0.03～0.20重%的Fe和0.005～0.030重%的Cu，要求分別脫除到0.0025～0.0150重%和0.0005～0.0020重%時，采用一段低純鋁精制。
5.根據權利要求
1所述的方法，其特征在于將鋁溶膠中含有的0.03～0.20重%的Fe和0.01～0.03重%的Cu，要求分別脫除到0.0025～0.0050重%和0.0003～0.0010重%時，采用兩段低純鋁精制。
6.根據權利要求
1所述的方法，其特征在于將鋁溶膠中含有0.03～0.20重%的Fe和0.01～0.03重%的Cu，要求分別脫除到0.0015～0.005重%和0.0001～0.0005重%時，采用第一段低純鋁精制、第二段高純鋁精制。
7.根據權利要求
1所述的方法，其特征在于當鋁溶膠的合成過程是連續的，鋁溶膠中含有0.007～0.020重%的Fe和0.0005～0.0020重%的Cu時，采用一段高純鋁精制。
8.根據權利要求
1，4，6所述的方法，其特征在于一段精制過程所用低純鋁的純度為98～99.9%，以99.5～99.9%最佳。
9.根據權利要求
1，5所述的方法，其特征在于兩段精制過程所用低純鋁的純度為98～99.9%，以99.7～99.9%最佳。
10.根據權利要求
1，6，7所述的方法，其特征在于使用高純鋁精制時，高純鋁的純度為99.93～99.99%，以99.93～99.95%最佳。
11.根據權利要求
1，4，5，6所述的方法，其特征在于使用低純鋁精制時，鋁和鋁溶膠的接觸時間為0.5～12小時，以1～8小時最佳。
12.根據權利要求
1，6，7所述的方法，其特征在于使用高純鋁精制時，鋁和鋁溶膠的接觸時間為4～20小時，以6～16小時最佳。
13.根據權利要求
1，4，5，6所述的方法，其特征在于使用低純鋁精制時，低純鋁的用量為鋁溶膠中鋁含量的1～4倍，以1倍最佳。
14.根據權利要求
1，6，7所述的方法，其特征在于使用高純鋁精制時，高純鋁的用量為鋁溶膠中鋁含量的0.5～10倍，以1～5倍最佳。
專利摘要
一種從低純鋁與工業鹽酸(或三氯化鋁)制備的鋁溶膠中脫除雜質的方法，采用了在鋁溶膠中加入純度為98～99.9％的新鮮低純鋁或純度為99.93～99.99％的高純鋁進行精制。在精制期間或之后，用機械分離的方法脫除所析出的雜質。在操作過程中還可以改變加鋁的方式，以提高脫除雜質的效率。用此方法生產的鋁溶膠其Fe含量可降到0.0015～0.0050重％，Cu含量可降到0.0001～0.0005重％，能滿足醫藥、化妝品、催化劑等行業的使用要求。
文檔編號C01F7/00GK85100219SQ85100219
公開日1986年7月16日 申請日期1985年4月1日
發明者吳朝華, 俞佩勛 申請人:中國石油化工總公司石油化工科學研究院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan