способ получения оксихлорида алюминия

Формула изобретения

Способ получения оксихлорида алюминия путем обработки металлического алюминия хлорсодержащим раствором при нагревании, отличающийся тем, что в качестве хлорсодержащего раствора используют растворы соляной кислоты, хлорида алюминия, низкоосновного хлорида алюминия или их смесь и им проводят обработку алюминия, контактирующего с металлической медью, взятой в виде компактного металла и/или порошка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способу получения оксихлорида алюминия, применяемого при очистке воды и в производстве парфюмерно-косметических изделий.

Известен способ получения оксихлорида алюминия, при котором в качестве алюмосодержащего сырья используются сплавы алюминия, содержащие 70-98% алюминия и металлы, выбранные из олова, меди, магния, марганца, титана, хрома и цинка, а также кремния (SU 618343, С01F 7/56, 1978). Недостаток процесса - загрязнение раствора легирующими компонентами сплавов.

Известен способ получения оксихлорида алюминия (SU 833516, С01F 7/56, 1981), при котором металлический алюминий обрабатывают соляной кислотой в присутствии растворов солей, выбранных из ряда: сульфат меди, хлорид меди, ацетат кадмия, нитрат серебра. Недостаток процесса - высокий расход дорогостоящих солей меди, кадмия или серебра, сопоставимый с расходом алюминия.

Известен способ получения оксихлорида алюминия (RU, 2131845, С01F 7/56, 1999), при котором хлоросодержащим раствором (соляной кислотой) обрабатывают слитки металлического алюминия, имеющие кажущуюся плотность (2,2-2,6) кг/дм ³. Недостатком данного способа является то, что для его осуществления требуется организовать промышленное получение слитков пористого металла с кажущейся плотностью ниже плотности компактного алюминия (2,7 кг/дм³), что требует значительных затрат.

Ближайшим аналогом является способ получения оксихлорида алюминия, включающий пропускание хлоросодержащего раствора (соляной кислоты с массовой концентрацией от 5 до 15%) через неподвижный слой частиц металлического алюминия при нагревании от 70 до 95°С (патент США US 3891745, публ. 24.06.1975). Этот способ обеспечивает получение в непрерывном режиме высокоосновного оксихлорида алюминия с атомным отношением алюминия к хлору от 1:1 до 2:1, но требует применения в качестве сырья мелких частиц металлического алюминия с насыпной плотностью от 0,3 до 0,8 кг/дм³ .

Задачей изобретения является разработка способа получения высокоосновного оксихлорида алюминия с использованием компактного металлического алюминия (в том числе стандартных слитков) без существенного увеличения продолжительности синтеза.

Поставленная задача решается следующим образом. Металлический алюминий приводят в контакт с металлической медью, взятой в виде компактного металла и/или порошка, после чего обрабатывают хлорсодержащим раствором (соляной кислотой, хлоридом алюминия, низкоосновным оксихлоридом алюминия или их смесью). За счет образования гальванических пар алюминий-медь процесс растворения алюминиевых слитков протекает с высокой скоростью. Медь в раствор не переходит. Предпочтительно размещать алюминий на поддоне из листовой меди. Кроме того, можно периодически вводить в раствор соли меди, накапливая в системе цементную медь. Порошкообразную медь, выводимую из процесса при выгрузке готового оксихлорида алюминия, следует отфильтровывать и возвращать в реактор.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами.

Пример 1

В эмалированный реактор объемом 630 дм³ загрузили 12 стандартных алюминиевых слитков (ГОСТ 11070-74) общей массой 192 кг и 60 кг меди в виде лома (полос, скрапа, обрезков катодного металла). Залили в реактор 300 л 8,5%-ой соляной кислоты (плотность 1,04 г/см³). Подав пар в рубашку аппарата, нагрели реакционную массу до 95°С и вели растворение, поддерживая постоянный уровень раствора путем дополнительной подачи воды по мере ее испарения. Контроль процесса осуществляли химическим анализом проб раствора на алюминий и хлор. Требуемое атомное отношение алюминия к хлору (2:1) достигнуто через 24 ч, после чего раствор откачали из аппарата и отфильтровали. Процесс растворения описывается реакцией:

2Al+HCl+5Н₂ O=Al₂(OH)₅Cl+3Н ₂

В результате реакции получено 347 кг раствора высокоосновного полиоксихлорида алюминия (массовая доля алюминия 11,3%, массовая доля хлора 7,4%). В раствор перешло 39,2 кг алюминия (около 20% от массы загруженного металла). Медь в раствор не переходит и остается в реакторе в неизменном виде.

В следующем цикле растворения в реактор загрузили 5 алюминиевых слитков (40 кг алюминия), компенсируя, таким образом, убыль металла в реакторе. Вновь залили 300 л 8,5%-ой соляной кислоты и повторили процесс получения высокоосновного оксихлорида алюминия с теми же показателями. Процесс повторяли многократно.

Пример 2

В реактор объемом 630 дм³ загрузили 12 стандартных алюминиевых слитков (ГОСТ 11070-74) общей массой 192 кг и 60 кг меди в виде лома (полос, скрапа, обрезков катодного металла). Растворили 33 кг безводного хлорида алюминия в 300 л воды и залили полученный раствор в реактор. Нагрели реакционную массу до 95°С и вели растворение, поддерживая постоянный уровень раствора путем дополнительной подачи воды по мере испарения. Атомное отношение алюминия к хлору (2:1) достигнуто через 20 ч. Процесс описывается реакцией:

10Al+2AlCl₃+30Н ₂O=6Al₂(OH)₅ Cl+15Н₂

В результате реакции получено 360 кг раствора высокоосновного полиоксихлорида алюминия (массовая доля алюминия 11,1%, массовая доля хлора 7,3%). В раствор перешло 33,3 кг алюминия. В следующем цикле растворения в реактор загрузили два алюминиевых слитка, компенсируя убыль металла в реакторе.

Пример 3.

Исходный хлоросодержащий раствор (низкоосновный хлорид алюминия) готовили из товарного коагулянта АКВА-АУРАТ 18 производства ОАО «Аурат» (ТУ 2163-069-00205067-2007). Состав коагулянта: Al₂О ₃ - 16,4% (Al - 8,7%), Cl - 20,9%, что приблизительно соответствует брутто-формуле Al(OH)_1,2Cl _1,8.

Процесс осуществляли следующим образом. На дно аппарата объемом 1224 дм³ (1700×900×800), выполненного из листового титана в виде прямоугольного короба с паровой рубашкой, поместили медный лист массой 124 кг (1650×850×10). На медный лист загрузили 48 стандартных алюминиевых слитков общей массой 768 кг. Залили в аппарат 210 л раствора коагулянта и 360 л воды. Подав пар в рубашку аппарата, нагрели реакционную массу до 95°С и вели растворение, поддерживая постоянный уровень раствора путем дополнительной подачи воды.

Процесс растворения приблизительно описывается реакцией:

2,6Al+Al(OH) _1,2Cl_1,8+7,8Н₂ O=1,8Al₂(OH)₅Cl+3,9Н ₂

Атомное отношение алюминия к хлору, равное 2:1, достигнуто через 18 часов. В раствор перешло около 70 кг алюминия. Полученный фильтрат имел плотность 1,335 г/см ³, массу 769 кг; состав раствора: Al₂ О₃ - 23,4% (Al - 12,4%), Cl - 8,2%.

Пример 4

Процесс вели так же, как в примере 3, но в воде предварительно растворили 100 кг хлорида меди CuCl ₂·2H₂O. Процесс растворения алюминия с выделением водорода начался уже при комнатной температуре, интенсифицируясь при нагревании. Раствор через 20 мин после начала процесса обесцветился в результате осаждения меди алюминием, при этом на поверхности алюминиевых слитков сформировался слой цементной меди, который постепенно отслаивался от алюминия и коагулировал. Рыхлый порошкообразный осадок меди насыщен пузырьками водорода и частично находится во взвешенном состоянии. Атомное отношение алюминия к хлору, равное 2:1, достигнуто через 10 часов. Медь полностью осаждается, ее массовая доля в продукте около 0,0002%. Часть меди при откачивании раствора остается на слитках алюминия; медный порошок, отслоившийся от слитков, легко отделяется от раствора фильтрацией.

Пример 5

Процесс вели так же, как в примере 3, но использовали алюминиевые слитки после процесса по примеру 4 (поверхность слитков была покрыта медным порошком), а на поверхность слитков загрузили медный порошок, снятый с фильтра. Атомное отношение алюминия к хлору, равное 2:1, достигнуто через 12 часов. Процесс по примеру 5 повторяли неоднократно, по мере растворения алюминия добавляя новые алюминиевые слитки таким образом, чтобы в аппарате сохранялся постоянный уровень металла. Продолжительность процесса оставалась неизменной (10-12 часов).