水铝钙石的清洁生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于精细化工领域，具体涉及一种水铝钙石的清洁生产方法。
【背景技术】
[0002]水铝钙石，也叫钙铝水滑石，是一种阴离子黏土，属于层状双金属氢氧化物(LDHs)。结构式为Ca16Al8 (OH) 54 (CO3) *2IH2O,水铝钙石特殊的结构和组成及结构组成的可调控性赋予其一些特殊的性能，不仅具有像离子交换树脂一样的离子交换能力，又有像沸石一样的择形吸附和催化性能，同时还具有耐热性、耐辐射性和耐酸碱性，“结构记忆效应”、板层阳离子的可搭配性和孔径的可调变性等。因而成为一种在阻燃、吸附、离子交换和催化及光、电、磁等方面具有巨大潜力和极具诱人前景的新功能材料。
[0003]共沉淀法是制备水滑石最常用的方法。专利CN 104150518以构成LDHs层板的金属离子的混合盐溶液在碱作用下发生共沉淀，其中在金属离子混合盐溶液中或碱溶液中含有所要合成的层间阴离子基团，沉淀物在一定条件下晶化即可得到目标LDHs。而在工业化生产条件下，以水铝钙石的制备为例，主要原料是可溶性的钙盐、铝盐、碱以及碳酸盐等，碱一般采用氢氧化钠，碳酸盐可以采用碳酸钠、碳酸钾等，也可以采用尿素代替碱和碳酸盐。共沉淀法可采用单滴(钙-铝盐溶液)法或者双滴(钙-铝盐溶液和碱-碳酸盐溶液)法，在pH=911条件下得到共沉淀浆液，经陈化、洗涤可以得到水铝钙石。共沉淀法操作简单，能耗低，合成产物纯度较高。但该工艺在得到水铝钙石的同时，也产生了大量的低价值副产物溶解在水中，如果排放会对环境造成污染，如果回收处理其成本较高，间接地增加了水铝钙石的生产成本。如果不能有效的解决水铝钙石生产过程中对环境的污染，那么其生产规模和应用势必受到影响。
【发明内容】
[0004]本发明的目的正是要克服上述技术的不足，而提供一种制备水铝钙石的清洁方法，采用烧碱来溶出原料铝土矿，得到中间产物铝酸钠。然后加入石灰乳和碳酸钠，经加热反应干燥后即得水铝钙石，唯一副产物为烧碱，又可重新用于氧化铝生产的溶出工段，使得副产物得以完全利用，避免了生产中产生的废水等污染，而且降低了生产成本。
[0005]本发明解决其技术问题采用的技术方案:首先采用质量分数为25?32%的烧碱完全溶出原料铝土矿中的铝，得到中间产物铝酸钠，然后加入石灰乳和碳酸钠，石灰乳、碳酸钠、铝酸钠的物质的量之比为(3?5): (I?3):1，在室温下搅拌，转入高压反应釜保温陈化，温度为90°C~200°C，陈化生长时间6h?24h，反应完毕后，倒去上层清液，漂洗产物后抽滤，最后将滤饼干燥。
[0006]其中，所述烧碱溶出原料铝土矿，得到中间产物氯酸钠的操作，采用如下方法处理:铝土矿粉碎，加入烧碱(NaOH)溶液在高温高压下( 125 0C -140 °C)加热23h，溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠粗液。然后进一步净化过滤浓缩得铝酸钠饱和溶液。
[0007]其中，所述加入石灰乳和碳酸钠与铝酸钠的物质的量之比为石灰乳、碳酸钠、铝酸钠的物质的量之比为(3?4): (I?3):1。
[0008]所述加入石灰乳和碳酸钠与铝酸钠的物质的量之比为石灰乳、碳酸钠、铝酸钠的物质的量之比为(3?4): (2?3):1。
[0009]其中，所述室温反应的搅拌时间为l~20h。
[0010]转入高压反应釜保温陈化的反应温度为160°C?200°C，陈化生长时间8h?24h。
[0011]使用去离子水将得到的产物漂洗至中性，而且漂洗得到的溶液可循环到铝溶出阶段。
[0012]其中，滤饼干燥操作为将滤饼置于60°C的真空干燥箱中干燥2 ho
[0013]本发明的有益效果:本发明采用2532%的氢氧化钠加入价格便宜、易得的铝土矿得到氯酸钠原料清洁制备水铝钙石，采用石灰乳、碳酸钠、铝酸钠的物质的量之比为(35):(1~3):1，陈化温度为90°C~200°C，使唯一副产物为价值很高的烧碱，此副产物不仅又可重新用于氧化铝生产的溶出工段，而且使得副产物得以完全利用及进一步提高了 Al (0!1)3的附加值，制备工艺简洁易控，制备周期短，生产成本低，能耗少，对环境友好，避免了生产中产生的废水等污染，产物纯度高，因此具有很好的应用前景。
【附图说明】
[0014]【图1】是清洁生产水铝钙石的工艺流程示意图；
【图2】为本发明制备产物水铝钙石样品的X射线衍射图谱图；
【图3】为本发明制备产物水铝钙石样品的红外光谱图。
【具体实施方式】
[0015]以下实施例旨在进一步说明本发明保护内容，而不是限制本发明的保护范围。
[0016]实施例1:铝土矿粉碎，加入烧碱(NaOH)溶液在高温高压下溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠粗液。然后进一步净化过滤浓缩得铝酸钠饱和溶液。按物质的量比为4:2:1的比例称取Ca (OH) 2、NaA10jP Na2CO3，置于反应器中，向反应器中加入过量去离子水。在室温下持续搅拌后，于高压反应釜中90°C保温陈化12h，使生成物晶体陈化生长。取出降至室温后，倒去上层清液，用去离子水将得到的产物漂洗至中性并抽滤，将滤饼置于60°C的真空干燥箱中干燥，得到固体水铝钙石样品I。
[0017]实施例2:铝土矿粉碎，加入烧碱(NaOH)溶液在高温高压下溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠粗液。然后进一步净化过滤浓缩得铝酸钠饱和溶液。按物质的量比为
3.5:2:1的比例称取Ca (OH) 2、NaAlOjP Na 2C03，置于反应器中，向反应器中加入过量去离子水。在室温下持续搅拌5h后，转入160°C高压反应釜中保温陈化6h，使生成物晶体陈化生长。取出降至室温后，倒去上层清液，用去离子水将得到的产物漂洗至中性并抽滤，将滤饼置于60°C的真空干燥箱中干燥，得到固体水铝钙石样品2。
[0018]实施例3:铝土矿粉碎，加入烧碱(NaOH)溶液在高温高压下溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠粗液。然后进一步净化过滤浓缩得铝酸钠饱和溶液。按物质的量比为5:3:1的比例称取Ca (OH) 2、NaA10jP Na2CO3，置于反应器中，向反应器中加入过量去离子水。在室温下持续搅拌20 h后，转入160°C高压反应釜中保温陈化6h，使生成物晶体陈化生长。取出降至室温后，倒去上层清液，用去离子水将得到的产物漂洗至中性并抽滤，将滤饼置于60°C的真空干燥箱中干燥，得到固体水铝钙石样品3。
[0019]实施例4:铝土矿粉碎，加入烧碱(NaOH)溶液在高温高压下溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠粗液。然后进一步净化过滤浓缩得铝酸钠饱和溶液。按物质的量比为4:2:1的比例称取Ca(OH)2、NaAlOjP Na2CO3，置于反应器中，向反应器中加入过量去离子水。在室温下持续搅拌1h后，转入200°C高压反应釜中保温陈化24 h，使生成物晶体陈化生长。取出降至室温后，倒去上层清液，用去离子水将得到的产物漂洗至中性并抽滤，将滤饼置于60°C的真空干燥箱中干燥，得到固体水铝钙石样品4。
[0020]实施例5:铝土矿粉碎，加入烧碱(NaOH)溶液在高温高压下溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠粗液。然后进一步净化过滤浓缩得铝酸钠饱和溶液。按物质的量比为4:1:1的比例称取Ca (OH) 2、NaA10jP Na2CO3，置于反应器中，向反应器中加入过量去离子水。在室温下持续搅拌1h后，转入180°C高压反应釜中保温陈化12h，使生成物晶体陈化生长。取出降至室温后，倒去上层清液，用去离子水将得到的产物漂洗至中性并抽滤，将滤饼置于60°C的真空干燥箱中干燥，得到固体水铝钙石样品5。
【主权项】
1.一种水铝钙石的清洁生产方法，其特征在于包括如下步骤:首先采用质量分数为25?32%的烧碱完全溶出原料铝土矿中的铝，得到中间产物铝酸钠，然后加入石灰乳和碳酸钠，石灰乳、碳酸钠、铝酸钠的物质的量之比为(3?5): (1~3):1，在室温下搅拌，转入高压反应釜保温陈化，温度为90°C~200°C，陈化生长时间6h~24h，反应完毕后，倒去上层清液，漂洗产物后抽滤，最后将滤饼干燥。2.如权利要求1所述的一种水铝钙石的清洁生产方法，其特征在于:所述采用烧碱完全溶出原料铝土矿，得到中间产物铝酸钠，采用如下方法处理:铝土矿粉碎，加入烧碱溶液在125 °C~140 °(:高温高压下加热23h，溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠粗液，然后进一步净化过滤浓缩得铝酸钠饱和溶液。3.如权利要求1所述的一种水铝钙石的清洁生产方法，其特征在于:所述加入石灰乳和碳酸钠与铝酸钠的物质的量之比为石灰乳、碳酸钠、铝酸钠的物质的量之比为(3?4):(I ?3):1。4.如权利要求3所述的一种水铝钙石的清洁生产方法，其特征在于:所述加入石灰乳和碳酸钠与铝酸钠的物质的量之比为石灰乳、碳酸钠、铝酸钠的物质的量之比为(3?4):(2 ?3):1。5.如权利要求1所述的一种水铝钙石的清洁生产方法，其特征在于:转入高压反应釜保温陈化的反应温度为160°C?200°C，陈化生长时间8h?24h。6.如权利要求1所述的一种水铝钙石的清洁生产方法，其特征在于:所述的室温下搅拌时间为I?20h。7.如权利要求1所述的一种水铝钙石的清洁生产方法，其特征在于:使用去离子水将得到的产物漂洗至中性，而且漂洗得到的溶液可循环到铝溶出阶段。8.如权利要求1所述的一种水铝钙石的清洁生产方法，其特征在于:将滤饼置于600C的真空干燥箱中干燥2 ho
【专利摘要】一种水铝钙石的清洁生产方法，本发明包括以下步骤：首先采用质量分数为25～32%的烧碱完全溶出原料铝土矿中的铝，得到中间产物铝酸钠，然后加入石灰乳和碳酸钠，石灰乳、碳酸钠、铝酸钠的物质的量之比为（3~5）:（1~3）：1，在室温下搅拌，转入高压反应釜保温陈化，温度为90oC~200oC，陈化时间6h~24h，反应完毕后，倒去上层清液，漂洗产物后抽滤，最后将滤饼干燥。本发明唯一副产物为价值很高的烧碱，可重新用于氧化铝生产的溶出工段，使得副产物得以完全利用，避免了生产中产生的废水等污染，不但降低了生产成本，同时也有力地保护了环境。
【IPC分类】C01F7/06
【公开号】CN105217666
【申请号】CN201510693326
【发明人】赵光利, 陈惠康, 杨占红, 任恒广, 柴洪云, 王新璋, 程亚娟, 龙俊, 文星
【申请人】中电投山西铝业有限公司, 中南大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月21日