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废旧催化剂制取碱式氯化铝的工艺

  • 碱式氯化铝(英文名Basic Aluminum Ch一oride,缩写B·A·C)日本水道协会1969年JWWAK114标准中统一命名为聚氯化铝(英文名Pcey Aluminum Chloride,缩写P·A·C),通式[Al2(OH)n Cl6-n]w m≤10,n为3-5。
    碱式氯化铝是在混凝理论研究基础上发展起来的一种新型高效无机高分子混凝剂。它的工业化生产和大批量应用仅有十年历史。由于它在水处理上的高质,低耗等许多优越性而被重视。近年来国外发展十分迅速,研究、应用发展较快的日本,按1975年统计产量达225万吨,相当于1968年的17倍,1983军达34万吨。
    国外文献报导,碱式氯化铝混凝剂的发展已成为水处理技术注目中心之一。早在30年代,碱式氯化铝就已被化学工作者发现,39年之久才尽头角的主要原因是没有找到廉价的工艺生产方法。最早的制造方法是将金属铝溶于盐酸或氯化铝溶液中。直到60年代后期,日本才初步确立了将工业氢氧化铝变成非晶型氢氧化铝,再溶于盐酸,以及将氯化铝溶液用碱液调整的几种工业生产方法。
    碱式氯化铝的研究,生产,应用在国内发展也很迅速,1971年到1980年先后由四川省给排水设计院和成都综合化工厂,确定了以工业废渣-铝灰为原料的“酸溶一步法’制备碱式氯化铝的生产流程。目前已被大多数工厂采用。71-73年四川给排水设计院又和成都综合化工厂以铝土矿为原料的“两段酸溶法“生产成功。
    1973年辽宁南票矿务局利用煤碱石为原料生产聚合氯化铝。1978年广州西村水厂用泥粉为原料制备聚合氯化铝。
    碱式氯化铝的应用在国内不少单位作了大量的研究工作,除水处理广泛采用外,在多种工业废水,如印染废水,石油废水,选矿酸水也得到了应用。此外,精密铸造、造纸、制药、油处理等方面也开展了新的应用途径。根据工业迅速发展和三废治理的实际需要,选择一种原料易得,价格便宜,工艺合理制备碱式氯化铝的方法是非常有必要的。
    我们从炼油厂情况出发,采用催化裂化废催化剂为原料,制备碱式氯化铝。以年产60万吨催化裂化生产装置为例,每年产生活性降低的废铝催化剂250-300吨,以废渣排放,构置工业垃圾场处理,全国各炼油厂都存在废催化剂处理问题。使催化裂化生产产生的废渣得到一定程度应用。无论从炼厂三废治理,环境保护和经济效益等几个方面又具有重要和现实的意义。
    如生产液体产品加工费减少一半。
    一吨固体产品约等子三吨液体产品,即每吨液体产品成本为210元。
    因主要原料取自废催化剂,与采用铝土矿和氧化铝为原料的生产方案相比,每吨固体产品生本可降低800元左右。
    2.销售价格
    据市场价格目前固体产品价在1500-2500元/吨之间浮动, 液体产品在1500-2500元/吨之间浮动,因而销售价格取固体产品2000元/吨,液体产品650元/吨。
    3.经济收益
      售价 成本 毛利润 税后利润
    固体 2000 750 1250 1050
    液体 650 210 440 370
    以每年300吨废催化剂计;
    可产固体产品150-180吨;
    可产液体产品450-550吨。
    年利润:
    固体产品:1505*1050=157,500元/年
    液体产品:450*375=168,750元/年
    使用废催化剂为原料生产碱式氯化铝,是综合利用工业三废,生产无机高分子化合物(净水剂),其原料中铝含量低,而且原料中的Al2O3在常压下难溶于盐酸,是国内外没有先例的工艺方法。但所用原料不同,有代表性的几类制备方法可供借鉴,目前工业化生产是这几类方法的综合应用。选用废催化剂直接酸溶,用凝胶氢氧铝调整碱基度制备碱式氯化铝液体或固体产品的工艺路线可行。
    废催化剂直接酸溶法制备碱式氯化铝或液体产品
    废催化剂直接酸溶法制取碱式氯化铝产品分下列步骤:
    (1)用废催化剂与盐酸直接反应制取低碱基度碱式氯化铝液体;
    (2)用部分低碱基度碱式氯化铝液体与氢氧化钠反应,制取凝胶氢氧化铝作为调整碱基度的碱牲物质;
    (3)碱基度调整、熟化、烘干得固体产品。
    碱基度调整、熟化、浓缩得液体产品。
    1、低碱基度碱式氯化铝溶液的制备
    氧化铝的溶出率的影响因素主要是盐酸浓度、氧化铝与盐酸的当量比和反应温度。对氧化铝溶出影响最显著的因素是铝与盐酸的当量比(Al/HCL),反应温度100℃-110℃盐酸浓度25%反应2-3小时考察催化剂中铝与盐酸的当量比,当量比从1.0-2.0随当量比增大合成低碱基度碱式氯化铝含量增高,当量比为1.5时,接近结晶复氯化铝的水平。根据多次试验,选择最佳反应条件是:盐酸浓度25%铝与盆酸的当量比是1.5,反应温度100℃反应2小时。采用以上条件,使用工业盐酸重复实验达到试剂盐酸的溶出水平和转化率。
    2、制备凝胶氢氧化铝
    废催化剂直接酸溶得到低碱基度碱式氯化铝,Al2O3%在5%以上,碱基度7-8%为使产品碱基度达到70-75%,必须进行碱基度调整,采用制造凝胶氢氧化铝的方法调整碱基度,可以克服用碱中和法带来大量的氯化钠杂质的缺点。用工业废碱(19%)直接中和低碱基度碱式氯化铝澄清液,按中和后PH值为6.0的比量投加,反应在常温、均匀搅拌的条件下进行,氢氧化铝经过滤、洗涤制得凝胶氢氧化铝。
    按计算量投碱,制备凝胶氢氧化铝,铝转化率达95%以上,使用工业酸制备的低碱基度碱式氯化铝溶液重复实验,得到同样效果。
    3.调整碱基度和液体、固体产品制备
    低碱基度碱式氯化铝碱基度一般在5-8%,与产品碱基度要求(70-75%)相差较大,必须用碱性物质进行调整以提高碱基度。
    我们选择凝胶氢氧化铝作为碱基度调整剂。调整时凝胶氢氧化铝的加量,根据对产品碱基度的要求,按计算量加入。调整在反应釜中进行,加入调整剂凝胶氢氧化铝后,进行激烈搅拌,在75-80℃反应半小时,使凝胶氢氧化铝全部溶解,再保温熟化1小时温度80-85℃,即得到碱式氯化铝成品液,欲得固体产品,将溶液在80-100℃下烘干,可得到符合企业标准的固体产品。
    实验室研制的产品与企业标准和其他厂产品理化性质对比实验室用废催化剂研制的碱式氯化铝产品与企业标准和二个厂家生产的产品理化性质比较实验室研制的产品外观、碱基度、水不溶物,三氧化二铁含量、三氧化二铝含量五项指标中。四项均达到工业标准和国内厂家生产的产品质量水平,其中三氧化二铝含量略低于企业指标,以工业盐酸制得的产品为26.58%,达到工业二级品标准。目前碱式氯化铝固体产品,国家没有统一的质量控制指标,表中所列企业标准为1982年出版《化工产品手册》所提供,各厂家订有各自的质量标准。用废催化剂作原料为了提高质量,采用了引入杂质量少的碱基度调整剂凝胶氢氧化铝,要进一步提高铝含量可能性不大。用工业酸合成的固体产品经兰炼机动中心使用鉴定,达到同类产品水平。
    施实例.
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