结晶氯化铝净化的实践与研究

贺瑞国 姬学良（神华准能资源综合开发有限公司，内蒙古 鄂尔多斯010300）

盐酸法粉煤灰提取氧化铝工艺中，盐酸在浸出粉煤灰中氧化铝的同时，也会浸出一部分其它氧化物杂质，并以沾附或包裹的方式夹杂于结晶氯化铝晶体中，进而影响产品氧化铝的纯度[1]。通过探索结晶氯化铝洗涤纯化工艺，对酸法粉煤灰提取氧化铝技术具有重要的实际指导意义。

1 饱和氯化铝溶液洗涤

1.1 理论依据

在制盐工业中，用饱和氯化钠溶液洗涤氯化钠晶体是一种常见的晶体净化措施。同理，在饱和氯化铝溶液中，由于溶质氯化铝已经到达饱和，所以该溶液基本不会继续溶解氯化铝，但对其他氯化盐仍有一定的溶解能力。所以用纯度较高的氯化铝饱和溶液洗涤结晶氯化铝晶体具有理论可行性。

1.2 实施过程

典型的氯化铝溶液三效蒸发工艺为，来自上游工序的氯化铝溶液，依次进入三效顺流蒸发器，浓缩、结晶后的料浆进入离心机进行固液分离，分离出的固体即为氯化铝晶体，液体母液部分返回三效蒸发器，另外一部分排出系统。具体流程见图2-1。

图2-1 改造前流程图

基于上述理论，对三效蒸发工艺进行改造，增加搅洗及二次离心环节。一级离心分离出的氯化铝晶体首先进入搅洗槽，经由二效蒸发器抽出的饱和氯化铝溶液充分搅洗，之后送往二级离心机进行固液分离，成离出的固体即为成品结晶氯化铝，母液较一级母液所含杂质更少，所以返回二效蒸发器循环使用。具体流程见图2-2。

1.3 取得的成效与不足

增加搅洗及二次离心后，中间产品结晶氯化铝的杂质含量显著降低。表2-1为某时段改造前后结晶氯化铝中杂质含量对比。对于浓度高的杂质洗涤效果更明显。洗涤后的氯化铝，纯度完全满足生产冶金级一级氧化铝行业标准（Na2O≤0.45%、Fe2O3≤0.02%、SiO2≤0.02%）[2]。

图2-2 改造后流程图

表2-1 改造前后结晶氯化铝中杂质含量对比 （%）

存在的不足：

（1）饱和氯化铝洗液由二效出料侧线采出，且循环回二效的二级母液温度降低，会加大蒸发结晶工段的能耗；

（2）循环补入系统的二级母液，会对三效蒸发器内的晶体成核、生长产生一定的干扰，尤其是母液中杂质富集到一定程度时，会使细晶增多，造成后续固液分离不畅。

2 浓盐酸洗涤

2.1 理论依据

崔慧霞等[3]利用Bromley-Zemaitis 活度系数模型计算了六水氯化铝在盐酸溶液体系中溶解度随温度变化关系，得出在同一酸度的盐酸溶液中，六水氯化铝的溶解度随温度的升高略有增大，但是变化不明显；在相同温度下，六水氯化铝在盐酸溶液中的溶解度随着酸度的增加急剧下降。在浓度大于30%的盐酸中几乎不溶解。为较低温度下用浓盐酸洗涤结晶氯化铝晶体提供了理论依据。

2.2 实施过程

称取一定量结晶氯化铝晶体置于反应器中，向其中加入36%的浓盐酸，配成固液质量比为1:1 的晶浆，搅拌5 分钟，然后固液分离。分别取固液分离后液体和少量固体样品作分析测试；然后将剩余固体继续置于反应器中并加入相应质量的浓盐酸，继续搅拌并固液分离。至少洗涤四次，每次留样分析，直至固相样品中的杂质含量不再减少为止。

2.3 取得的成效与不足

经浓盐酸洗涤后，结晶氯化铝中杂质含量的变化见表3-1。经三次洗涤后，氧化钠、氧化钾、氧化钙的去除率即可达到90%以上，氧化硅的去除率可以达到59%。浓盐酸对杂质的去除效果非常显著。同时，洗涤过程中，氯化铝的损失基本可以控制在5%以内。

表3-1 浓盐酸对结晶氯化铝中杂质的洗涤效果 （ppm）

存在的不足：

（1）本应用目前还停留在实验阶段，有待在生产实际中进一步验证，包括搅拌方式、洗涤方式及洗涤时间等；

（2）可以通过降低浓盐酸和晶体的温度，最大限度地减少氯化铝的损失；

（3）有待进一步研究盐酸提纯的工艺和设备，以便洗涤液盐酸循环利用。