[发明专利]高碱化度聚合氯化铝及Al13氯化物的电化学生产装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合氯化铝的生产装置及其制造方法，具体涉及一种高碱化度聚合氯化铝及Al₁₃氯化物的电化学生产装置及其制造方法。

背景技术

部分中和的氯化铝也被称为聚合氯化铝(Polyaluminum Chloride，简称PAC)，可由分子式Al_m(OH)_nCl_3m-n表示，其中m≥1，0＜n≤3m。其碱化度可用n/3m来表示。目前已知最高碱化度的聚合氯化铝产品为氯化羟铝(Aluminum Chlorohydrate，简称ACH，碱化度83％)，其表观分子式可表示为Al₂(OH)₅Cl·2H₂O。

PAC具有广泛的工业应用价值，其价格往往与其碱化度和纯度密切相关。PAC可作为高效絮凝剂应用于水处理工业，除去水中的悬浮态及胶体态杂质；可作为除汗剂和去味剂应用于化妆品工业；还可作为催化剂使用。大量研究工作表明，PAC中有效组分为Keggin结构的Al₁₃多聚阳离子，结构式为[AlO₄Al₁₂(OH)₂₄(H₂O)₁₂]⁷⁺。PAC中Al₁₃含量越高，所含杂质越少，其价值也就越高。

目前高品质PAC的制备方法大致可分为如下几类。第一是铝盐加碱法，即向氯化铝等铝盐溶液中缓慢加入氢氧化钠等碱性物质得到PAC。该方法比较简单，碱化度容易控制，但其缺点是铝离子和氢氧根容易形成浓度梯度，造成产品中氢氧化铝胶体生成，无法得到高Al₁₃含量的产品。同时，此方法得到的产品中除了Al₁₃多聚阳离子及对应的阴离子产品之外，还含有大量的惰性离子副产物如NaCl等，这些副产物的存在会降低PAC的稳定性，同时限制了产品的应用范围。第二类是金属铝氧化法，该方法使用HCl、AlCl₃或低碱化度的PAC与金属铝反应从而得到高碱化度高纯度的PAC。目前化妆品工业中常用的ACH通常利用此方法得到。此方法的不足之处在于成本过高，首先金属铝属于高值化学原料，另外此反应要求在较高温度和压力下进行，且反应时间较长。第三类方法是电化学方法，利用电解过程来制备。这类方法可使用金属铝电极，其过程相当于电化学辅助的金属铝氧化法；也可使用惰性电极，利用钌钛、铂金或石墨电极电解AlCl₃溶液，由于O₂析出的超电势高于Cl₂，直接得到PAC及副产物H₂、Cl₂。相对而言，使用惰性电极电解时生产设备无易损部件，设备运行成本较低，是一种具有工业前景的制备方法。但从目前的工艺水平来看，惰性电极电解法存在如下致命缺陷。首先，为了防止电极之间接触短路，相邻电极之间的距离一般为10-40mm，这就造成电极之间电解质溶液的电阻较大，能耗较高。另外，由于电极表面传质不充分，电极电解过程中其表面存在大量的电化学极化，造成电解过程中氢氧化铝生成，使Al₁₃含量下降。

发明内容

本发明目的在于提供一种高碱化度聚合氯化铝及Al₁₃氯化物的电化学生产装置及其制造方法，用于解决目前惰性电极电解法能耗高及产品中Al₁₃含量不高的问题。本发明的方法是在一特殊设计的电解池堆中电解AlCl₃溶液，从而直接得到高碱化度聚合氯化铝甚至是Al₁₃氯化物及副产物H₂、Cl₂。

本发明提出一种高碱化度聚合氯化铝及Al₁₃氯化物的电化学生产装置，包括形成闭环并依次相连的反应容器6、泵14、电解池堆12、流量指示器13，在反应容器6内设置有搅拌装置7和pH及温度复合探头8，反应容器6上方还与气体吸收器9相连，控制器11与pH及温度复合探头8相连，直流电源10通过控制器11与电解池堆12连接。电解池堆12由不少于1组电解池组并联或串联组成，其中，每组电解池组由一块塑料隔板1和与其两面相邻的两块惰性电极2夹紧组成，塑料隔板1和惰性电极2均设置一个原料液进口3和一个产品及半成品液出口4，塑料隔板1上的原料液进口3和产品及半成品液出口4之间由流道5相连，流道5中设置了湍流促进格网。