硫酸鋁的物化性質(zhì)和制備方法

[db:作者] / 2022-12-27 00:00

[物化性質(zhì)]無水硫酸鋁為無色結(jié)晶(斜方晶系)，含水硫酸鋁可帶有6個、10個、16個、18個或27個結(jié)晶水分子，常溫下十八水合物較為穩(wěn)定。硫酸鋁的結(jié)構(gòu)式為Al2(SO4)3·18H2O，具有光澤的無色粒狀或粉末(單斜晶系)晶體，工業(yè)產(chǎn)品為白色或微帶灰色的粉末或塊狀結(jié)晶體，因可能存在少量硫酸亞鐵雜質(zhì)而使產(chǎn)品表面發(fā)黃。相對密度為1.69(17℃)，熔點86.5℃。溶于水、酸和堿，不溶于醇。水溶液呈酸性?？諝庵虚L期存放易吸潮結(jié)塊。加熱至770℃時開始分解為氧化鋁、三氧化硫、二氧化硫和水蒸氣。易溶于水并水解，水解產(chǎn)物為堿式鹽和氫氧化鋁的膠狀沉淀。當(dāng)水溫低時，硫酸鋁水解困難。在使用時對水的有效pH值范圍較窄，約在5.5～8之間，隨原水的硬度而異：軟水pH值為5.5～6.6；中硬水pH值為6.6～7.2；高硬水pH值為7.2～7.8。適用的水溫20～40℃，低于10℃效果很差。容易跟鉀、鈉、銨的鹽結(jié)合形成礬，如硫酸鋁鉀KAl(SO4)2·12H2O。外觀為白色片狀或粒狀，含低鐵鹽(FeSO4)而帶有淡綠色，又因低價鐵鹽被氧化而使產(chǎn)品表面發(fā)黃。有澀味，水溶液長時間沸騰可生成堿式硫酸鋁。

[制備方法]

制備方法 1 鋁土礦硫酸反應(yīng)法

鋁土礦的主要成分為Al2O3和SiO2。將鋁土礦粉粉碎至60目，在加壓條件下與60%左右的硫酸水溶液反應(yīng)7h左右。對反應(yīng)液進行沉降分離，蒸發(fā)濃縮，將澄清液用稀酸中和至中性，然后冷卻制成片狀或冷卻凝固后進行粉碎、篩分，制得硫酸鋁產(chǎn)品。反應(yīng)式如下：

Al2O3+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2O

當(dāng)三氧化二鋁過量時生成堿式硫酸鋁，反應(yīng)如下：

Al2O3+2H2SO4→2Al2(OH)SO4+H2O

堿式硫酸鋁能被硫酸中和生成硫酸鋁。反應(yīng)如下：

2AI(OH)SO4+H2SO4→Al2(SO4)3+2H2O

鋁：土礦硫酸反應(yīng)法制備硫酸鋁共分為三種方法，一是鋁土礦與硫酸的常壓法，該法由于鋁浸出率低，未能大規(guī)模采用；二是煅燒礦與硫酸的常壓法，需要將鋁土礦經(jīng)860℃高溫煅燒40min，該法能耗高；三是鋁土礦與硫酸的加壓法，將鋁土礦和硫酸在加壓條件下直接反應(yīng)，目前廣泛采用第三種。將鋁土礦粉碎至60目，在反應(yīng)器內(nèi)與55%～60%的硫酸在加壓條件下反應(yīng)6～8h，粗制反應(yīng)液經(jīng)沉降分離、蒸發(fā)濃縮，澄清液加酸中和至中性或微堿性，然后冷卻制成片狀或冷卻凝固后進行粉碎、篩分，制得硫酸鋁產(chǎn)品。鋁土礦加壓反應(yīng)法生產(chǎn)硫酸鋁的工藝過程如圖2-1所示。

圖2-1 鋁土礦加壓反應(yīng)法生產(chǎn)硫酸鋁工藝流程

制備方法 2 氫氧化鋁硫酸反應(yīng)法

氫氧化鋁與硫酸反應(yīng)，反應(yīng)液經(jīng)沉降、濃縮，再冷卻固化，經(jīng)粉碎篩分，制得硫酸鋁成品。反應(yīng)式如下：

3H2SO4+2AI(OH)3→Al2(SO4)3+6H2O

制備方法 3 明礬石法

將明礬石煅燒，粉碎后用稀硫酸溶解，過濾去掉不溶物得到硫酸鋁和鉀明礬混合溶液，迅速冷卻結(jié)晶除去鉀明礬，濃縮母液，冷卻加工成片狀。

制備方法 4 高嶺土法

經(jīng)700～800℃煅燒粉碎至一定粒度的高嶺土，與一定濃度的硫酸在間歇蒸煮反應(yīng)槽于105～110℃反應(yīng)5h，然后反應(yīng)料漿進人料漿儲槽以便后續(xù)生產(chǎn)過程的連續(xù)化，經(jīng)沉降分離后上部清液送入蒸發(fā)結(jié)晶器蒸發(fā)濃縮，冷卻凝固打碎即為塊狀或片狀硫酸鋁產(chǎn)品，也可將濃縮液直接送至噴霧造粒塔制成粒狀產(chǎn)品。反應(yīng)料漿沉降槽中的沉渣再漿洗滌回收殘余Al2(SO4)3后，可用于制作炭黑；洗滌澄清液則進人料漿儲槽稀釋料漿有利于沉降分離。

制備方法 5 粉煤灰法

以電廠排放的廢棄物一粉煤灰為原料，60%的硫酸與粉煤灰在100℃下反應(yīng)6h，過濾得到含鐵硫酸鋁溶液。往粗液中滴加30%的過氧化氫，在室溫下攪拌，加人萃取劑，靜置分層，分離，蒸發(fā)濃縮，即得硫酸鋁。硫酸鋁廣泛應(yīng)用于造紙、凈水、紡織印染、消防、制革等方面，而粉煤灰是電廠排放的廢棄物，對環(huán)境產(chǎn)生了很大的污染，所以利用粉煤灰硫酸浸出生產(chǎn)硫酸鋁，對粉煤灰的綜合利用有著巨大的意義。但是由于粉煤灰中含鐵較多，生產(chǎn)出的硫酸鋁難以達到一級品標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外對除鐵方法的研究很多，主要有重結(jié)晶法、添加無機物使鐵沉淀法、有機物萃取法等。行之有效的主要是后兩種方法。美國、日本大都采用伯胺基陰離子交換劑除鐵，也有采用叔胺或伯胺萃取除鐵的。國內(nèi)對脂肪酸萃取除鐵和伯胺、叔胺除鐵也有研究報道。

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