本發(fā)明屬于電解技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電解氯化鋁制備氧化鋁的方法。
背景技術(shù)：
氧化鋁是一種白色無(wú)定形粉末，不溶于水，可溶于無(wú)機(jī)酸和堿性溶液，熔點(diǎn)2050℃，沸點(diǎn)2980℃。目前普遍認(rèn)為，氧化鋁主要有α型和γ型兩種變體，γ-al2o3是氫氧化鋁在140-150℃的低溫環(huán)境下脫水制得，工業(yè)上也叫活性氧化鋁、鋁膠。γ型氧化鋁不溶于水，能溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液，加熱至1200℃就全部轉(zhuǎn)化為α型氧化鋁。
根據(jù)用途的不同，氧化鋁被分為兩大類：一類為用作電解鋁原料的氧化鋁，稱為冶金級(jí)氧化鋁；另一類用于陶瓷、化工、制藥等領(lǐng)域的非冶金用氧化鋁，稱為特種氧化鋁，也叫化學(xué)品氧化鋁。目前世界上生產(chǎn)的氧化鋁大部分用于電解鋁，而用作其他用途的很少，但化學(xué)品氧化鋁的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。
在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，全球的氧化鋁生產(chǎn)量一直呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，全球主要的氧化鋁生產(chǎn)國(guó)為中國(guó)、美國(guó)、巴西、牙買加、俄羅斯以及印度等。現(xiàn)如今氧化鋁企業(yè)普遍采用拜耳法工藝，其工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量高，但流程中溶出過(guò)程礦漿稀釋程度大，母液蒸發(fā)過(guò)程能耗高。現(xiàn)有氧化鋁企業(yè)通過(guò)提高循環(huán)效率和產(chǎn)出率的技術(shù)，可在原有流程設(shè)備的基礎(chǔ)上提高產(chǎn)能。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝已經(jīng)步入依靠設(shè)備大型化來(lái)提高產(chǎn)能、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。
另外，氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的產(chǎn)生也產(chǎn)生了很大的影響，主要表現(xiàn)在：氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的廢渣(赤泥)、廢水及廢氣對(duì)環(huán)境的影響，尤其是大量赤泥對(duì)環(huán)境的影響；其次是操作人員在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可能受到的傷害及影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的能耗高、成本高以及污染大等難題，本發(fā)明提供了一種電解氯化鋁制備氧化鋁的方法，目的是利用廣泛的氯化鋁資源短流程、低能耗地獲得冶金級(jí)氧化鋁或化學(xué)品氧化鋁產(chǎn)品。通過(guò)陽(yáng)離子膜電解槽電解氯化鋁溶液，對(duì)電解槽陰極區(qū)進(jìn)行機(jī)械攪拌；通過(guò)過(guò)濾裝置對(duì)電解液及氫氧化鋁進(jìn)行固液分離，濾液循環(huán)返回陰極區(qū)；烘干過(guò)濾產(chǎn)物獲得氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)焙燒可獲得冶金級(jí)氧化鋁或化學(xué)品氧化鋁；收集陽(yáng)極和陰極氣體，獲得副產(chǎn)品氫氣和氯氣。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
步驟1：對(duì)氯化鋁水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：10℃≤溫度＜100℃，電解的電壓≥2.2v；
所述的電解在電解系統(tǒng)中進(jìn)行，電解系統(tǒng)包括陽(yáng)離子膜電解槽和過(guò)濾回收利用裝置；
所述的陽(yáng)離子膜電解槽包括：槽體12、陰極室1、陽(yáng)極室2、陽(yáng)離子交換膜3、攪拌器4、直流電源5；
所述的過(guò)濾回收利用裝置包括過(guò)濾裝置6、干燥箱7、第一溶解槽8、第一泵9、第二溶解槽10和第二泵11；
所述的電解系統(tǒng)具有攪拌和過(guò)濾的功能；
其中，槽體12內(nèi)部設(shè)置有陽(yáng)離子交換膜3，陽(yáng)離子交換膜3將槽體12分為兩室，其中，與直流電源5的正極連接的為陽(yáng)極室，與直流電源5的負(fù)極連接的為陰極室1，在陰極室1內(nèi)設(shè)置有攪拌器4，所述的攪拌器4通過(guò)電極驅(qū)動(dòng)進(jìn)行攪拌；
在陰極室1的下方設(shè)置有過(guò)濾裝置6，過(guò)濾裝置6設(shè)置有固體出口和液體出口，過(guò)濾機(jī)的固體出口與干燥箱7相連接，過(guò)濾機(jī)的液體出口與第二溶解槽10相連接，第二溶解槽10通過(guò)第二泵11與陰極室1相通；
在陽(yáng)極室2的下側(cè)設(shè)置開口與第一溶解槽8相連接，第一溶解槽8通過(guò)第一泵9與陽(yáng)極室2相通。
所述的步驟1中，所述的氯化鋁水溶液的質(zhì)量濃度為任意值；
步驟2：控制陽(yáng)離子膜電解槽電解電流密度為0.01-0.6a/cm2，使陽(yáng)離子膜電解槽陰極室1內(nèi)直接生成氫氧化鋁；
步驟3：對(duì)陽(yáng)離子膜電解槽的陰極室1進(jìn)行攪拌，陰極室1電解液和氫氧化鋁定向流動(dòng)，通過(guò)過(guò)濾裝置6進(jìn)行過(guò)濾，固液分離，得到氫氧化鋁和濾液，濾液循環(huán)返回至陰極室1作為陰極室1電解液；陽(yáng)極室2溶液連續(xù)抽出，經(jīng)調(diào)節(jié)濃度后返回陽(yáng)極室2；收集陽(yáng)極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；
所述的步驟3中，所述的攪拌為機(jī)械攪拌或電磁攪拌，所述攪拌的作用在于抑制槽體12底部沉淀；
所述的步驟3中，所述的定向流動(dòng)為連續(xù)流動(dòng)或間歇流動(dòng)，所述的間歇流動(dòng)的時(shí)間間隔根據(jù)所用的過(guò)濾設(shè)備不同而定。
所述的步驟3中，所述的濾液加水至原濃度后循環(huán)返回至陰極室1，作為陰極室1電解液，陽(yáng)極室2電解液抽出后加入氯化鋁調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鋁濃度后，返回至陽(yáng)極室2，實(shí)現(xiàn)氯化鋁的循環(huán)利用。
步驟4：將氫氧化鋁烘干、焙燒，得到冶金級(jí)氧化鋁或化學(xué)品氧化鋁產(chǎn)品。
上述方法的反應(yīng)分別為：
陽(yáng)極反應(yīng)：2cl--2e＝cl2(1)
陰極反應(yīng)：2h2o+2e＝h2+2oh-(2)
總反應(yīng)：
煅燒反應(yīng)：2al(oh)3＝al2o3+3h2o↑(4)
查得，25℃時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)電勢(shì)v1＝-1.3583v、v2＝-0.8277，則e總＝-2.186，所以，槽電壓必須高于2.186v。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：
(1)本發(fā)明采用電解的方法使氯化鋁直接轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁，電解工藝自動(dòng)化程度高，流程短，有利于降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率；
(2)本發(fā)明采用電解的工藝生產(chǎn)氧化鋁，生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)品氯氣和氫氣純度高，可直接干燥利用，電解液經(jīng)過(guò)濾后循環(huán)使用，流程中無(wú)污染性產(chǎn)物，環(huán)保、無(wú)害；
(3)本發(fā)明電解得到的氫氧化鋁焙燒制得冶金級(jí)氧化鋁或化學(xué)品氧化鋁，所得產(chǎn)品純度高。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明電解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
1-陰極室；2-陽(yáng)極室；3-陽(yáng)離子交換膜；4-攪拌器；5-直流電源；6-過(guò)濾裝置；7-干燥箱；8-第一溶解槽；9-第一泵；10-第二溶解槽；11-第二泵；12-槽體。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例中采用的氯化鋁溶液為任意濃度的氯化鋁水溶液。
以下實(shí)施例所采用的電解系統(tǒng)為本發(fā)明說(shuō)明書附圖1的裝置，該電解系統(tǒng)包括陽(yáng)離子膜電解槽和過(guò)濾回收利用裝置；
所述的陽(yáng)離子膜電解槽包括：槽體12、陰極室1、陽(yáng)極室2、陽(yáng)離子交換膜3、攪拌器4、直流電源5；
所述的過(guò)濾回收利用裝置包括過(guò)濾裝置6、干燥箱7、第一溶解槽8、第一泵9、第二溶解槽10和第二泵11；
所述的電解系統(tǒng)具有攪拌和過(guò)濾的功能；
其中，槽體12內(nèi)部設(shè)置有陽(yáng)離子交換膜3，陽(yáng)離子交換膜3將槽體12分為兩室，其中，與直流電源5的正極連接的為陽(yáng)極室2，與直流電源5的負(fù)極連接的為陰極室1，在陰極室1內(nèi)設(shè)置有攪拌器4，所述的攪拌器4通過(guò)電極驅(qū)動(dòng)進(jìn)行攪拌；
在陰極室1的下方設(shè)置有過(guò)濾裝置6，過(guò)濾裝置6設(shè)置有固體出口和液體出口，過(guò)濾機(jī)的固體出口與干燥箱7相連接，過(guò)濾機(jī)的液體出口與第二溶解槽10相連接，第二溶解槽10通過(guò)第二泵11與陰極室1相通；
在陽(yáng)極室2的下側(cè)設(shè)置開口與第一溶解槽8相連接，第一溶解槽8通過(guò)第一泵9與陽(yáng)極室2相通。
實(shí)施例1
本實(shí)施例由氯化鋁電轉(zhuǎn)化為氧化鋁的方法，按以下步驟進(jìn)行：
步驟1：對(duì)氯化鋁水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：溫度為20℃，電解的電壓為3v；
所述的步驟1中，所述的氯化鋁水溶液的質(zhì)量濃度為50g/l；
步驟2：控制陽(yáng)離子膜電解槽電解電流密度為0.01a/cm2，使陽(yáng)離子膜電解槽陰極室1內(nèi)直接生成氫氧化鋁；
步驟3：對(duì)陽(yáng)離子膜電解槽的陰極室1進(jìn)行攪拌，陰極室1電解液和氫氧化鋁定向流動(dòng)，通過(guò)過(guò)濾裝置6進(jìn)行過(guò)濾，固液分離，得到氫氧化鋁和濾液，濾液循環(huán)返回至陰極室1作為陰極室1電解液；陽(yáng)極室2溶液連續(xù)抽出，經(jīng)調(diào)節(jié)濃度后返回陽(yáng)極室2；收集陽(yáng)極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；
所述的步驟3中，所述的攪拌為機(jī)械攪拌，所述攪拌的作用在于抑制槽體12底部沉淀；
所述的步驟3中，所述的定向流動(dòng)為連續(xù)流動(dòng)或間歇流動(dòng)，所述的間歇流動(dòng)的時(shí)間間隔根據(jù)所用的過(guò)濾設(shè)備不同而定。
所述的步驟3中，所述的濾液加水至50g/l后循環(huán)返回至陰極室1，作為陰極室1電解液，陽(yáng)極室2電解液抽出后加入氯化鋁調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鋁濃度后，返回至陽(yáng)極室2，實(shí)現(xiàn)氯化鋁的循環(huán)利用。
步驟4：將氫氧化鋁烘干、焙燒，得到冶金級(jí)氧化鋁或化學(xué)品氧化鋁產(chǎn)品。
實(shí)施例2
步驟1：對(duì)氯化鋁水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：溫度為90℃，電解的電壓為20v；
所述的步驟1中，所述的氯化鋁水溶液的質(zhì)量濃度為200g/l；
步驟2：控制陽(yáng)離子膜電解槽電解電流密度為0.6a/cm2，使陽(yáng)離子膜電解槽陰極室1內(nèi)直接生成氫氧化鋁；
步驟3：對(duì)陽(yáng)離子膜電解槽的陰極室1進(jìn)行攪拌，陰極室1電解液和氫氧化鋁定向流動(dòng)，通過(guò)過(guò)濾裝置6進(jìn)行過(guò)濾，固液分離，得到氫氧化鋁和濾液，濾液循環(huán)返回至陰極室1作為陰極室1電解液；陽(yáng)極室2溶液連續(xù)抽出，經(jīng)調(diào)節(jié)濃度后返回陽(yáng)極室2；收集陽(yáng)極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；
所述的步驟3中，所述的攪拌為機(jī)械攪拌，所述攪拌的作用在于抑制槽體12底部沉淀；
所述的步驟3中，所述的定向流動(dòng)為連續(xù)流動(dòng)或間歇流動(dòng)，所述的間歇流動(dòng)的時(shí)間間隔根據(jù)所用的過(guò)濾設(shè)備不同而定。
所述的步驟3中，所述的濾液加水至200g/l后循環(huán)返回至陰極室1，作為陰極室1電解液，陽(yáng)極室2電解液抽出后加入氯化鋁調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鋁濃度后，返回至陽(yáng)極室2，實(shí)現(xiàn)氯化鋁的循環(huán)利用。
步驟4：將氫氧化鋁烘干、焙燒，得到冶金級(jí)氧化鋁或化學(xué)品氧化鋁產(chǎn)品。