煤矸石生产聚合氯化铝的原理及工艺

制取聚合氯化铝的方法很多，大至可分为：热解法、酸溶法、电解法、电渗法等。本文所介绍的用煤矸石制取聚合氯化铝的方法就是其中的酸溶法，整个原理及工艺流程可分为粉碎、焙烧、连续酸溶、浓缩结晶、沸腾分解、配水聚合五道工序，其原理及工艺流程如图1所示。

1、粉碎焙烧

粗碎后的煤矸石在焙烧过程中，随着温度的升高、高岭石成为非晶质或半晶质，进一步升温，使高岭石逐渐转化为γ-Al₂O₃和SiO₂，其化学反应式如下：

Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O→（550-700℃）Al₂O₃·2SiO₂+2H₂O

Al₂O₃·2SiO₂→（700-800℃）γ-Al₂O₃+2SiO₂↓

在这一过程中温度不能过高，当温度超过850℃时，γ-Al₂O₃逐渐转化为α-Al₂O₃，使反应失去活性，煤矸石中Al₂O₃一般较高溶出率的焙烧温度控制范围为600-800℃。

2、连续酸溶

焙烧后的煤矸石应细粉至60目左右，以便使氧化铝溶出率较高且较经济，然后连续酸溶。

其工艺条件是：

（1）选用在恒沸点附近浓度为20%盐酸溶液较佳，这时氧化铝的溶出率较高，但制备结晶AlCl₃中间产物的成化度较高、为降低结晶AlCl₃中间产物的成化度，允许盐酸的浓度可适当增加，当盐酸浓度增加到0.8M以上时，结晶AlCl₃中间产物的成化度下降很快，但氧化铝溶出率增长幅度并不大。

（2）酸溶设备采用四釜，用蒸汽直接加热，在常压温度为100-110℃的条件下，连续酸溶并压风搅拌。

（3）溶出液采用混凝沉淀法进行分离。从反应釜连续流出的溶出液进入沉淀池，待沉淀池充满后，加混凝剂聚丙烯酰胺或动物胶进行混合，静止4h，清液转入存贮池、沉渣即可排出。

3、浓缩结晶

从连续酸溶工序中得来的酸溶母液进入搪瓷釜内，呈负压状态，然后用蒸汽加热以实现浓缩。当蒸出液为母液体积的45-50%时，即停止加热浓缩，浓缩周期为10h。然后，出料经滞留槽冷却过滤后可得结晶AlCl₃。蒸发出的水蒸汽和部分盐酸气经吸收，可循环使用。

4、沸腾热解

浓缩结晶的AlCl₃用热网加热到170-180℃条件下，进行热分解，使产品碱化度控制在70-75%。热分解的HCl气体在吸收塔内循环吸收，用以配制稀盐酸，可在连续酸溶工序中重复利用。每分解1t结晶AlCl₃可得300kg HCl气体，有明显的经济效益。

5、配水聚合

从沸腾热解工序中得到的AlCl₃，加水溶解混合并加以搅拌，产品由稀变稠，到一定浓度，从容器中倒出，经风干龟裂后，即得固体聚合氯化铝混凝剂。