專利名稱：用硬鋁礦石生產混凝劑的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用硬鋁礦(主要成分為α-Al2O3·H2O)生產無機高分子(或復合物)、無機低分子鋁鹽作混凝劑的方法。
混凝劑是水處理、化工、輕工、冶金、石油、礦山等部門廣泛采用的固液分離操作中的一種重要藥劑，可用無機高分子或無機低分子及有機高分子制成。
國內外所使用的混凝劑一般為無機高分子如聚合氯化鋁(堿式氯化鋁)、聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸鋁鐵;無機低分子如三氯化鋁、硫酸鋁等。
通常生產聚合氯化鋁和聚合硫酸鋁，是直接用三氯化鋁、凝膠輕氧化鋁、偏鋁酸鈉、鋁灰等生產，但上述原材料短缺、成本高，國內也有使用三水軟鋁石、一水軟鋁石、高嶺石等來生產的，但這些鋁礦石儲量有限，而國內大量存在的是硬鋁礦石(主要是α-Al2O3·H2O)，這種礦石大量用來冶煉鋁、制造高鋁水泥和耐火材料，如用硬鋁礦石生產聚合氯化鋁需用碳酸鈉、石灰、礦粉固相燒結反應或氫氧化鈉與礦粉液相反應，制得鋁酸鈉，再分解制得凝膠氫氧化鋁，用凝膠法制得聚合氯化鋁。其流程大部分與生產氧化鋁廠生產方法相同，這種生產方法投資大、設備復雜、成本高。參考文獻《堿式氯化鋁》74頁、92頁，作者李潤生，中國建筑工業出版社1982年出版，《聚合氯化鋁技術資料選編》國家建委研究情報所，1974年。《低品位鋁土礦研制聚合氯化鋁》作者王愛華等“無機鹽工業”刊物，1990.3。日本專利特開昭61-11113。
本發明的目的在于避免上述現有技術中的不足之處而提供一種用資源豐富的硬鋁礦石(主要是α-Al2O3·H2O)通過簡單工藝生產聚合氯化鋁及其他鋁鹽(高分子、低分子)系列產品作為混凝劑的方法。
本發明的目的可以通過以下措施來達到將硬鋁礦石與石灰石煅燒，使硬鋁礦石中的Al2O3的活性由低變高，經鋁礦石與石灰石反應，生成了二鋁酸鈣(CaO·2Al2O3)，六鋁酸鈣(CaO·6Al2O3)，硅鋁酸鈣(2CaO·Al2O3·SiO2)為主的中間產物。再將上述中間產物分別與不同同量的鹽酸、硫酸、三氯化鐵、硫酸鐵進行反應，生成了聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、三氯化鋁、硫酸鋁、聚合氯化鋁鐵(復合物)、聚合硫酸鋁鐵(復合物)混凝劑。
具體生產方法第一步將硬鋁礦石和石灰石(CaCO3)破碎球磨成細度為200目以上的粉末，充分混合后，在1300℃～1500℃溫度下煅燒，鋁礦石中的氧化鋁Al2O3與石灰石中的氧化鈣(CaO)其摩爾比為1∶0.12～0.5。
經煅燒后生成了六鋁酸鈣(CaO·6Al2O3)，二鋁酸鈣(CaO·2Al2O3)，硅鋁酸鈣(2CaO·Al2O3·SiO2)為主的中間產物。
第二步將中間產物分別與以下酸、鹽在特定的條件下進行反應，經過濾、排渣、烘干等。生成了聚合三氯化鋁等六種系列化鋁鹽產品，作為混凝劑。
(1)將中間產物加入鹽酸中，使鹽酸中氯離子和中間產物中的鋁離子摩爾比為0.3～1.2∶1。二者反應生成聚合氯化鋁[Al2(OE)nCl6-n]m(注1≤n≤5，m≤16)。
(2)中間產物加入鹽酸中，使鹽酸中氯離子與中間產物中鋁離子的摩爾比大于3，反應生成三氯化鋁(AlCl3·6H2O)。
(3)中間產物加入硫酸中，使硫酸根與中產物中鋁離子的摩爾比為0.15～0.6∶1，反應生成硫酸鋁[Al2(OH)n(So4)3-n/2]m。
(4)中間產物和硫酸反應，使硫酸根與中間產物鋁離子摩爾比大于1.5，生成硫酸鋁[Al2(So4)3·18H2O]。
(5)將中間產物加入三氯化鐵溶液中反應，使鋁離子與鐵離子的摩爾比為0.4～2.5∶1，生成聚合氯化鋁鐵[Al2(OH)nCl6-n]m·[Fe2(OH)nCl6-n]m。
(6)將中間產物加入硫酸鐵溶液中反應，使鋁離子與鐵離子摩爾比為0.4～2.5∶1，生成聚合硫酸鋁鐵[Al2(OH)n(SO4)3-n/2]m·[Fe2(OH)n(CO4)3-n/2]m。
其工藝流程見說明書附
圖1本發明的目的還可以通過以下措施來達到(1)將中間產物六鋁酸鈣、二鋁酸鈣、硅鋁酸鈣和15%～25%的鹽酸反應，控制加酸量，使鹽酸中氯離子和中間產物中的鋁離子其摩爾比為0.3～1.2∶1。反應中間加適量水，反應時間3-5小時，經冷卻后，抽取澄清液，再經烘干，得固體聚合氯化鋁。
(2)將中間產物和15%～25%的鹽酸反應，控制加酸量使鹽酸中氯離子和中間產物中的鋁離子其摩爾比大于3。反應時間3-5小時，經冷卻、澄清分離，濃縮結晶，生成物主要是三氯化鋁。
(3)中間產物和20%～70%的硫酸反應，控制加酸量，使硫酸中的硫酸根和中間產物中的鋁離子其摩爾比為0.15～0.6∶1。反應中加適量水，反應時間3-5小時，經冷卻后，抽取澄清液，再經烘干，得固體聚合硫酸鋁。
(4)將中間產物和20%～70%的硫酸反應，控制加酸量，使硫酸中的硫酸根和中間產物中的鋁離子其摩爾比這于1.5。經反應3-5小時，冷卻、澄清分離，濃縮結晶，生成物主要是硫酸鋁。
(5)中間產物和三氯化鐵溶液經行反應，使鋁離子和鐵離子的摩爾比等于0.4～2.5∶1，反應中加適量水，反應時間1～2小時，PH3.5～5.5，經過濾、排渣、烘干，其生成物為聚合氯化鋁鐵復合物。
(6)將中間產物和硫酸鐵溶液進行反應，使鋁離子和鐵離子摩爾比等于0.4～2.5∶1，反應中加適量水，PH值控制在2.5～5.5，反應時間1～2小時，經過濾、排渣、烘干，其生成物是聚合硫酸鋁鐵復合物。
附圖的圖面說明圖1、本發明的工藝流程2、聚合氯化鋁或聚合硫酸鋁的工藝流程3、聚合氯化鋁鐵或聚合硫酸鋁鐵的工藝流程4、三氯化鋁或硫酸鋁的工藝流程圖本發明結合實施例及框圖再作進一步詳述。
實施例1第一步將Al2O3含量78.56%，SiO25.18%的硬鋁礦石6kg和含CaO55.4%的石灰石1.33kg，混合破碎、粉磨、細度為200目，經煅燒、溫度1470℃左右，即可獲得活性極高的中間產物6.54kg，主要成分六鋁酸鈣(CaO·6Al2O3)，二鋁酸鈣CaO·2Al2O3、硅鋁酸鈣2CaO·Al2O3·SiO2。
第二步將1.09kg的中間產物和2.81kg和16%的鹽酸反應，反應過程中加水0.1kg，反應時間4小時，冷卻至室溫，澄清后取上面清液，在框圖1中所示烘干，溫度控制在140℃左右，得到聚合氯化鋁(也稱堿式氯化鋁)[Al2(OH)nCl6-n]m1.43kg，Al2O3含量＞35%，鹽基度(或稱堿化度)為73%左右;重金屬鎘、汞未檢出，鉻遠低于國家標準，顏色為橙黃色。過程詳見圖2。
實施例2用實施例1中的中間產物1.09kg和30%的硫酸1.5kg，反應過程中加水300g，反應3小時生成聚合硫酸鋁溶液，冷卻至室溫、過濾排渣、烘干、溫度控制在140℃左右，生成固體聚合硫酸鋁，產品鹽基度(也稱堿化度)在80%左右，見圖2。
實施例3把中間產物1.09kg加入三氯化鐵溶液7.5kg濃度為30%，PH值控制在4.5左右，反應過程中加水150g，反應1.5小時后，分離液體和沉渣。烘干反應液，得聚合氯化鋁鐵3.7kg。見圖3。
實施例4將中間產物1.09kg和30%濃度的硫酸鐵溶液反應，硫酸溶液取9.3kg，反應過程中加水150g，PH值控制在4.2左右，經反應1.4小時后分離，冷卻至室溫、過濾、排渣、烘干，溫度在150℃左右，可得聚合硫酸鋁鐵4.3kg。見圖3。
實施例5中間產物1.09kg和20%鹽酸3.5kg反應，加熱4小時，冷卻至室溫、澄清分離，將澄清液加熱濃縮，冷卻結晶后得到三氯化鋁3.7kg見圖4。
實施例6中間產物1.09kg和30%硫酸7.5kg反應，加熱4小時，冷卻至室溫、澄清分離，將澄清液加熱濃縮，冷卻結晶后得硫酸鋁5.1kg見圖4。
本發明與現有技術比如有如下優點1.用本發明方法，將硬鋁礦石生產成混凝劑，生產工藝流程簡單，成品成本降低，價格為現在市場價格低一半左右。
2.本發明使礦石中鋁提取率比現有技術高，充分發揮了礦石潛力。
3.用本發明不僅能生產出聚合氯化鋁，聚合硫酸鋁，又能生產鋁鐵復合的無機高分子混凝劑，而且很容易生產出三氯化鋁和硫酸鋁，大大提高了經濟效益。
4.硬鋁礦(主要成分α-Al2O3·H2O)在國內外分布廣，品位高，資源豐富，含Al2O360-80%。
5.采用本發明方法制造時的混凝劑用途廣泛，不僅能用于凈水，而且在破乳在生、精密鑄造、媒染及石油開采中的泥漿配制中起著不可替代的作用，生產出的復合鋁鐵鹽凈水時，沉降速度快，綜合了鋁鹽和鐵盒的優點，凈化程度高，污泥處理容易，使用水質范圍廣。
權利要求
1.用硬鋁礦石(主要成分為α-Al2O3·H2O)生產無機高分子、無機低分子混凝劑的方法，其特征在于第一步將硬鋁礦石和石灰石破碎，混合粉磨成細度200目以上的粉末，在1300℃～1500℃溫度下煅燒，并使鋁礦石中氧化鋁Al2O3與石灰石中CaO摩爾比為1∶0.12～0.5，經煅燒后生成六鋁酸鈣CaO·6Al2O3、二鋁酸鈣CaO·2Al2O3、硅鋁酸鈣2CaO·Al2O·SiO2、為主的中間產物；第二步(1)中間產物和鹽酸反應，使鹽酸中氯離子與中間產物中鋁離子摩爾比為0.3～1.2∶1，反應中加水，冷卻、澄清、過濾后烘干，即可得聚合氯化鋁｜Al2(OH)n0l6-n｜m(式中1≤n≤5，m≤16)；(2)中間產物與鹽酸反應，使鹽酸中氯離子與中間產物中鋁離子的摩爾比大于3，經冷卻、澄清分離、濃縮、結晶后可得三氯化鋁AlOl3·6H2O。(3)中間產物與硫酸反應，使硫酸根與中間產物中鋁離子摩爾比為0.15～0.6∶1，反應中加水、冷卻、抽取澄清液、再經烘干，可取得聚合硫酸鋁｜Al2(OH)2(SO4)3-n/2｜m(式中/1≤n≤5，m≤16)；(4)中間產物和硫酸反應，硫酸根與中間產物中鋁離子摩爾比大于1.5，經冷卻、澄清分離、濃縮結晶生成物主要是硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O。(5)中間產物和三氯化鐵溶液反應，中間產物中鋁離子與三氯化鐵中鐵離子摩爾比為0.4～2.5∶1，反應中加水，PH為3.5～5.5，經過濾、排渣、烘干可得聚合氯化鋁鐵復合物｜Al2(OH)2Cl6-n｜n·｜Fe2(OH)nCl6-n｜m。(6)中間產物和硫酸鐵溶液反應，中間產物中鋁離子與硫酸中鐵離子摩爾比為0.4～2.5∶1，反應中加水，PH為3.5～5.5，經過濾、排渣、烘干，可得聚合硫酸鋁鐵復合物｜Al2(OH)2Cl3-n｜m·｜Fe2(OH)nCl3-n｜m。
2.根據權利要求1所述的用硬鋁礦石制造凝聚劑的方法其特征在于(1)將中間產物與15%～25%的鹽酸反應，使鹽酸中氯離子和中間產物中鋁離子的摩爾數比為0.3-1.2∶1，反應過程中加適量水，反應時間為3-5小時，冷卻到室溫澄清過濾后，烘干溫度為140℃，生成固體聚合氯化鋁產品。(2)將中間產物與15%～25的鹽酸反應，使鹽酸中氯離子和中間產物中鋁離子的摩爾比大于3，反應時間3-5小時，冷卻至室溫，澄清分離、濃縮、結晶，可得三氯化鋁AlCl3·6H2O。(3)中間產物和20%～70%的硫酸反應，使硫酸中硫酸根氯離子和鋁離子的摩爾數比在0.15-0.6∶1，反應時間為3-5小時，反應中加適量水，冷卻室溫后經澄清后，過濾，再進行烘干，溫度為140℃為生成固體聚合硫酸鋁產品。(4)中間產物和20%～70%的硫酸反應，使硫酸中硫酸根離子和中間產物中鋁離子的摩爾比大于1.5，反應3-5小時，冷卻至室溫，澄清過濾、濃縮、結晶可得硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O。(5)中間產物和三氯化鐵溶液反應，中間產物中鋁離子與三氯化鐵中鐵離子的摩爾比為0.4～2.5∶1，反應過程中加適量水，PH值控制在3.5-5.5左右，反應1-2小時過濾、排渣、烘干得聚合氯化鋁鐵復合物。(6)中間產物和硫酸鐵溶液反應，中間產物中鋁離子和硫酸鐵中鐵離子摩爾比為0.4-2.5∶1，反應過程中加適量水，PH值控制在3.5～5.5左右，反應1-2小時，冷卻至室溫過濾、排渣、烘干，溫度在150℃可得聚合硫酸鋁鐵復合物。
全文摘要
用硬鋁礦石生產混凝劑的方法。本發明涉及一種硬鋁礦石生產無機高分子(復合)、無機低分子混凝劑的方法。在國內外有多種方法制造混凝劑，通常用氫氧化鋁、鋁灰等生產聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁等，但原料缺乏，成本高。本發明采用硬鋁礦石與石灰石煅燒，生成六鋁酸鈣、二鋁酸鈣、硅鋁酸鈣、將此中間產物分別與不同量鹽酸、硫酸、氯化鐵、硫酸鐵溶液進行反應，生成聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁等鋁鹽系列混凝劑，其優點為工藝簡單、成本低、效益高。
文檔編號C01F7/56GK1072157SQ9111046
公開日1993年5月19日 申請日期1991年11月11日 優先權日1991年11月11日
發明者周玉龍 申請人:周玉龍