以鋁土礦為原料制備聚合氯化鋁的生產(chǎn)方法較復(fù)雜,由于這些礦物中的鋁一般不能直接被酸溶出,需要經(jīng)過一系列加工處理后才能使鋁溶出。按鋁的溶出方式可分為酸法和堿法。酸法適用于粘土礦、煤矸石、高嶺土、一水軟鋁石、三水鋁石等礦物原料。
用鋁礬土加鋁酸鈣粉酸溶兩步法生產(chǎn)工藝是中國目前采用較廣泛的方法。鋁礬土是鋁硅酸鹽類礦物,按結(jié)構(gòu)含水狀況一般分為三水鋁石(Al2O3·3H2O),一水軟鋁石(γ-Al2O3·H2O)和一水硬鋁石(α-Al2O3·H2O),提取鋁的難度依次遞增。
我國三水鋁石的富礦較少,生產(chǎn)聚合氯化鋁的鋁礬土原料多為一水軟鋁石。工藝流程是以一水軟鋁石為原料,將礦石粉碎磨細后,在沸騰爐中以650-800℃焙燒,把熟礦粉在反應(yīng)罐中加溫加壓溶出鋁液,溶出時可采用不足量酸分段溶出,可加入氫氟酸提高溶出率。然后,再以鋁酸鈣提高鹽基度。分段溶出時,灌內(nèi)溫度為120-130℃,壓力為2.0-2.2kg/cm2,Al2O3的溶出率為90%以上。
工藝流程如圖1:
該方法生產(chǎn)的產(chǎn)品鹽基度在60%-90%,氧化鋁質(zhì)量分數(shù)為25%-31%,該方法溶解時間短,溶出率高,但是沒有在常壓下生產(chǎn)產(chǎn)量高。
也可以利用鋁礬土生產(chǎn)鋁酸鈣后,直接用鹽酸和鋁酸鈣一步法生產(chǎn)聚合氯化鋁。用高品位鋁礬土與石灰石,經(jīng)破碎、烘干、球磨、制坯、煅燒、粉磨后,生產(chǎn)出Al2O3含量較高,且Al2O3活性較強的鋁酸鈣粉,可直接用于生產(chǎn)聚合氯化鋁等凈水劑。然后,用鹽酸處理該鋁酸鈣,獲得相應(yīng)的鋁鹽。在該溶出過程中,鋁酸鈣中其他雜質(zhì),如:Ca、Si、Fe、Ti、Mg等也會部分溶出。在控制鹽酸用量的前提下,反應(yīng)過程中可直接獲取堿式氯化鋁,并伴有堿式氯化鐵生成。其主要反應(yīng)可簡單表示為:
CaO·Al2O3+3HCl=Al2(OH)nCl6-n+CaCl2+2H2O
當(dāng)溶出反應(yīng)進展到一定程度,且pH值較為適當(dāng)?shù)臅r候,堿式氯化鋁相鄰兩個羥基就會發(fā)生架橋作用而聚合或自聚,并轉(zhuǎn)化為聚合氯化鋁。對應(yīng)的反應(yīng)式如下:
mAl2(OH)nCl6-n=[Al2(OH)nCl6-n]m
另外,一水硬鋁石(α-Al2O3·H2O)或其它含鋁礦物難溶于酸,可采用堿法制備聚合氯化鋁。用碳酸鈉、石灰制得鋁酸鈉,再分解制得凝膠氫氧化鋁,用凝膠法制得聚合氯化鋁。
工藝流程如圖2:
對粒度的要求為100μm者占95%以上,焙燒溫度以860℃為宜,偏差不能超過±10℃。若溫度太低,氧化鋁以γ-Al2O3的形存在,可溶于堿,不能達到化學(xué)選礦的要求;溫度過高,則會生成多鋁紅柱石,從而損失氧化鋁。加堿溶出時,需要260-280℃的高溫,這時,鋁以鋁酸鈉的形式進入溶液。為得到凝膠氫氧化鋁,應(yīng)向鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳,加入鹽酸,使凝膠氫氧化鋁溶解,升溫聚合便可制得液態(tài)聚合氯化鋁。