[发明专利]一种氢氧化铝生产高纯无水氯化铝的方法

说明书

本发明公开了一种氢氧化铝生产高纯无水氯化铝的方法，所述方法包括以下几个工序：多级旋风预热工序(1)；流态化分解工序(2)；第一冷却工序(3)；低温氯化工序(4)；第二冷却工序(5)；氯化烟气收尘工序(6)；冷凝收集工序(7)；升华工序(8)；冷凝工序(9)。通过以上工序，可得到高纯无水氯化铝固体产物。本发明提供的方法具有生产效率高，成本低，余热利用率高，适用于大规模生产等特点。

技术领域

本发明涉及无机材料制备及化工领域，尤其涉及高纯无水氯化铝的生产制备领域。

背景技术

无水三氯化铝是一种重要的无机化工原料，主要用于制造洗涤剂的烷基化剂、合成药物、合成染料、合成橡胶、洗涤剂、塑料、香料等。同时，无水三氯化铝也是一种十分重要的催化剂，特别是作为费瑞德-克莱福特反应的催化剂得以广泛应用。此外，无水三氯化铝有望用于金属铝的生产。近年来，无水氯化铝也开始被用作燃料电池原料，以及半导体、芯片制造的外层绝缘膜材料的原料，对无水氯化铝的纯度要求较高。

为获得高纯的无水氯化铝，往往采用杂质成分含量极低的金属铝为铝源，和精制的氯气反应制备高纯无水氯化铝，如日本专利特开平9-301714。但这种方法制备无水三氯化铝成本太高，且难以规模化。

鉴于金属铝直接氯化存在的问题，发展了铝氧粉法制备无水氯化铝，即采用价格较低廉的氧化铝粉体为原料进行氯化，或以氢氧化铝为原料，经过分解得到氧化铝后再进行氯化。比如专利US3842163、US4105752和GB1291616A均以拜耳法氢氧化铝为原料，采用高温分解(超过600℃)得到氧化铝粉体，然后再进行氯化制备无水氯化铝。然而，氢氧化铝在高温条件下分解会对产物带来两方面不利因素：一是显著降低其比表面积；二是生成α-Al₂O₃物相，根据文献报道(尹德明等，轻金属，2017，2：17-20)，氢氧化铝在高温条件尤其是900℃以上就开始出现α-Al₂O₃。无论是比表面积降低还是α-Al₂O₃物相的产生，均不利于其后续的氯化反应。因此，在有些专利中如US3842163特别强调氧化铝中α-Al₂O₃的含量不能超过3％。此外，高温分解能耗较高，导致生产成本增加。

再比如专利US4769227公开了一种无水氯化铝的方法，该方法以γ-Al₂O₃为铝源，一氧化碳为碳源，氯气或光气为氯源，在400-700℃反应制备无水氯化铝。专利DE-C-1061757和专利ED-C-817457采用γ-Al₂O₃为原料，一氧化碳为碳源，氯气或光气为氯源，制备出无水氯化铝。然而氧化铝氯化反应属于放热反应，易导致反应器内温度波动较大，操作过程难以控制，需要移除部分热量或吸收部分热量来维持反应器内温度，而上述所述专利均未涉及反应器内温度控制，或热量控制的问题。

为解决反应放热引起温度不稳定的问题，专利US4289735A在反应器内加入固体稀释剂如刚玉、石英砂、碳化硅等以避免流化床反应器内温度波动较大，此外，采用最小流化速度的20-100倍的操作气速，迅速将移除部分热量。然而，该专利报道氯化温度较高，超过750℃，并用碳氢物质进行裂解在活性氧化铝表面附碳，使其表面附碳量达到15-24％，尽管该方法可以有效地发生氯化反应，但该方法使用稀释剂降低了设备产能，采用气相或液相碳源在氧化铝表面附碳导致操作过程复杂。

此外，由于无水氯化铝很细，难以的到有效的收集，专利US3842163采用自然冷却沉降的方式收集冷凝得到的无水氯化铝固体，然而，依靠自然沉降效率太低，其难以完全沉降，超细的无水氯化铝粉体仍需要进一步收集。氯化铝冷凝过程中容易结壁，导致换热器效率降低，结壁后不易剥落，难以连续生产。