Способ получения оксихлорида алюминия

Способ получения оксихлорида алюминия

Реферат

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

Известны способы получения оксихлорида алюминия, основанные на взаимодействии металлического алюминия с соляной кислотой. Так, известен способ получения оксихлорида алюминия, включающий пропускание соляной кислоты с массовой концентрацией от 5 до 15% через неподвижный слой частиц металлического алюминия при нагревании от 70 до 95°C (патент США US 3891745, публ. 24.06.1975). Этот способ обеспечивает получение в непрерывном режиме высокоосновного оксихлорида алюминия с мольным отношением алюминия к хлору от 1:1 до 2:1 (основность 67-83%), но требует применения дорогостоящего сырья - частиц металлического алюминия с насыпной плотностью от 0,3 до 0,8 кг/дм³.

Известен способ получения оксихлорида алюминия путем нейтрализации хлорсульфата алюминия гидроксидом или карбонатом кальция или бария (RU, 386843, C01F 7/56, 1970). Недостатками способа являются низкая концентрация получаемого раствора (9-10% по оксиду алюминия) и большое количество образующихся твердых отходов (гипса или сульфата бария).

Известны способы получения оксихлорида алюминия, основанные на взаимодействии гидроксида алюминия с соляной кислотой или хлористым алюминием. Ближайшим аналогом представленного изобретения является способ получения основных хлоридов алюминия, включающий обработку гидроксида алюминия раствором хлорида алюминия при добавлении серной кислоты в количестве, соответствующем мольному отношению Cl:SO₄ от 8:1 до 80:1. Процесс ведут при температуре 130-200°C. Вариант осуществления способа предусматривает получение хлористого алюминия непосредственно в реакционной зоне путем взаимодействия соляной кислоты с гидроксидом алюминия (RU, 450780, С01F 7/00, C02C 1/20, 1974). По этому способу, с несущественными модификациями, в настоящее время осуществляется промышленное производство основного количества оксихлорида алюминия.

Недостатком способа является невозможность получения оксихлорида алюминия с основностью более 50%, и к тому же в готовом продукте возможно достижение мольного отношения алюминия к хлору не более 0,8:1.

Поэтому задача настоящего изобретения состояла в том, чтобы предоставить новый способ получения высокоосновного оксихлорида алюминия из недорогих исходных реагентов, который позволял бы получать оксихлорид алюминия с высоким мольным отношением алюминия к хлору, вплоть до 2:1, и основностью до 83%.

Неожиданно поставленная задача была решена посредством разработки способа получения оксихлорида алюминия путем обработки гидроксида алюминия соляной кислотой при нагревании, отличающегося тем, что в реакционную смесь перед нагреванием добавляют кремнийсодержащее соединение.

Сущность данного способа заключается в том, что к подготовленной суспензии гидроксида алюминия в соляной кислоте, в которой мольное отношение Al(ОН)₃:HCl может варьировать в диапазоне от 1:1 до 2:1, добавляют кремнийсодержащее соединение, которое выступает в качестве катализатора процесса, и полученную реакционную смесь нагревают при перемешивании. После завершения реакции полученный раствор отделяют от нерастворенного осадка гидроксида алюминия и используют далее по назначению.

Согласно изобретению в качестве кремнийсодержащего соединения могут быть использованы различные кремнийсодержащие соединения, к которым, в частности, можно отнести кремниевые и/или фторкремниевые кислоты, их соли, а также кремнийорганические соединения.

В одной из предпочтительных форм исполнения изобретения в качестве кремнийсодержащего соединения используют силикаты и/или фторсиликаты щелочных металлов.

Количество загружаемого кремнийсодержащего соединения рассчитывают в зависимости от массы используемого гидроксида алюминия и для универсальности определяют в пересчете на диоксид кремния как «моль SiO₂ на 1 кг Al(ОН)₃».

Согласно изобретению принципиально не существует никаких ограничений, касающихся количества кремнийсодержащего соединения.

В одной из форм исполнения для получения высокоосновного оксихлорида алюминия предпочтительно использовать кремнийсодержащее соединение в пересчете на диоксид кремния в количестве ≥0,005 моль SiO₂ на 1 кг Al(ОН)₃, более предпочтительно ≥0,01 моль SiO₂ на 1 кг Al(OH)₃.

В одной из наиболее предпочтительных форм исполнения для получения высокоосновного оксихлорида алюминия предпочтительно использовать кремнийсодержащее соединение в пересчете на диоксид кремния в количестве от 0,01 до 0,3 моль SiO₂ на 1 кг Al(OH)₃.

Далее для более подробного пояснения изобретения приводятся примеры исполнения, которые однако не ограничивают тем самым объем притязаний.

Примеры

Пример 1 (по прототипу).

В реактор загружают 400 г соляной кислоты с массовой долей HCl 37%, 375 г гидроксида алюминия и 15 г 96%-ной серной кислоты, нагревают полученную смесь при интенсивном перемешивании в герметичном реакторе до 170°C. Реакционную смесь выдерживают при температуре 170°C в течение 5 часов, добавляют 100 г воды. После охлаждения отфильтровывают остаток гидроксида алюминия (масса осадка в пересчете на сухое вещество - 127 г), промывают осадок 110 г воды, промводу присоединяют к фильтрату. Получено 865 г оксихлорида алюминия Al(OH)₁,₅Cl_1,4(SO4)_0,05 с массовой долей оксида алюминия 17%, хлора 16,6% и сульфата 1,6%. Мольное отношение алюминия к хлору 0,71:1, основность продукта 50%.

Пример 2 (согласно изобретению)

В реактор загружают заданное количество соляной кислоты с массовой долей HCl 37% и 375 г гидроксида алюминия, добавляют заданное количество силиката натрия в виде водного раствора и нагревают полученную смесь при интенсивном перемешивании в герметичном реакторе до 170°C. Выдерживают реакционную смесь при температуре 170-180°C в течение 5 ч. Полученную реакционную смесь разбавляют водой, отфильтровывают непрореагировавший гидроксид алюминия, промывают осадок водой, промводу присоединяют к фильтрату. Результаты опытов приведены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что добавление кремнийсодержащего соединения уже в количестве 0,005 моля SiO₂ на 1 кг гидроксида алюминия позволяет получать оксихлорид алюминия с основностью более 50% (см. таб. 1 опыт 1). Наиболее эффективным выглядит добавление кремнийсодержащего соединения в пересчете на диоксид кремния в количестве из диапазона от 0,01 до 0,3 моль на 1 кг гидроксида алюминия (опыт 2-4), так как позволяет получать высокоосновный оксихлорид алюминия с отношением Al:Cl в диапазоне от 1:1 до 2:1 и основностью от 66 до 83%. Добавление кремнийсодержащего соединения в количестве от 0,3 до 0,8 моль SiO₂ на 1 кг гидроксида алюминия (опыт 5-7) приводит к одним и тем же результатам и доказывает, что добавление 0,3 моль катализатора на 1 кг гидроксида алюминия обеспечивает максимально возможное отношение Al:Cl (2:1). Таким образом, использование катализатора в пересчете на диоксид кремния в количестве, превышающем 0,3 моль SiO₂ на 1 кг гидроксида алюминия обеспечивает достижение необходимого технического результата, однако, с другой стороны, является экономически нецелесообразным из-за возрастающих при этом расходов.

Приведенные примеры показывают, что использование способа согласно изобретению обеспечивает более высокий выход целевого продукта - высокоосновного оксихлорида алюминия, а также позволяет удешевить процесс получения этого продукта, так как в сравнении со способами, основанными на использовании металлического алюминия, используется более дешевое и доступное сырье - гидроксид алюминия.

Способ получения оксихлорида алюминия путем обработки гидроксида алюминия соляной кислотой при нагревании, отличающийся тем, что перед нагреванием добавляют неорганическое соединение - силикат щелочного металла или кремниевую кислоту в количестве от 0,005 до 0,8 моль SiO₂ на 1 кг Al(ОН)₃.