硫酸铝的生产工艺流程

本实验是利用金属铝可以溶解于NaOH溶液的特点，先制备铝酸钠，再用NH4HCO3调节溶液的pH值(8~9)，将其转化为Al(OH)3，Al(OH)3溶于H2SO4生成Al2(SO4)3，在低温下结晶，即得硫酸铝晶体Al2(SO4)3�6�118 H2O，主要反应如下：2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑2Na[Al(OH)4] + NH4HCO3=2Al(OH)3↓ + Na2CO3 + NH3↑ + 2H2O2Al(OH)3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 6 H2OAl2(SO4)3�6�118 H2O为白色六角形鳞片或针状结晶，易溶于水，极难溶于酒精，在空气中易潮解。加热至赤即分解成为SO3和Al2O3。仪器药品托盘天平，烧杯（250 mL，150 mL），量筒（100 mL，10 mL），吸滤瓶，布氏漏斗，蒸发皿（75 mL）。NaOH（s），铝片，NH4HCO3（饱和），H2SO4（3 mol�6�1L-1），无水酒精，pH试纸，滤纸。实验步骤一、制备铝酸钠迅速（？）称取0.75 g NaOH固体倒入150 mL烧杯中，加入15 mL蒸馏水，搅拌使溶解。加入0.25 g铝片（分几次加入。注意：反应剧烈，防止溅入眼内）。反应完毕后，加入水约13 mL，用布氏漏斗抽滤。二、Al(OH)3的生成和洗涤将上述铝酸钠溶液转入250 mL烧杯中，加热至沸，并保持沸腾，在不断搅拌下以细流状缓慢加入20 mL饱和NH4HCO3溶液，加毕，将沉淀煮沸数分钟并不断搅拌（注意加热过程中要不停的搅拌，停止加热后还要搅拌数分钟，以防止迸溅！）静置澄清，用pH试纸检验清液，pH约为8~9时证明沉淀已经完全，（如果pH>9，则再加入少量NH4HCO3）然后倾出清液。往Al(OH)3沉淀中加入30~40mL热蒸馏水，煮沸并充分搅拌洗涤，抽滤(注意：不必抽干就停止抽滤，再加水洗，再抽滤)，洗至溶液pH7~8为止（约洗四至五次），最后抽干。三、制备硫酸铝将制得的Al(OH)3沉淀转入75 mL蒸发皿中，加入5 mL3 mol�6�1L-1H2SO4溶液（H2SO4不要过量），搅拌，得到混浊溶液。将混浊溶液在水浴上加热并加以搅拌，使Al(OH)3完全溶解。继续水浴加热浓缩至约为原来混浊溶液体积的二分之一（不要过分浓缩，稀些结晶较好，工业上浓缩比重约1.38），然后缓慢冷却结晶。（结晶析出慢时，可加3 mL无水酒精以减少Al2(SO4)3 的溶解度）待结晶后，用布氏漏斗抽滤（尽量抽干）迅速称重，计算产率。（注意：产品回收作为其它实验试剂）。 以铝灰为原料的酸溶或者Al2O3直接溶解法。利用该法可制得Al2O3含量为5％10％、碱化度为25％-65％的PAS。以结晶氢氧化铝为原料的合成方法。凝胶法：结晶氢氧化铝在常压条件下在酸中的溶解度较小，应先把结晶氢氧化铝变成无定型态的凝胶状氢氧化铝，再加H2SO4或Al2(SO3溶解而制得PAS。高温蒸汽活化法：在反应器中加入水和硫酸及适量的氢氧化铝悬浮液，通人高温蒸汽搅拌蒸煮，使氢氧化铝活化，当制成熔体中Al2O3含量达到18％～20％，不溶渣含量0．5％—0％，碱化度30％—60％时，停止蒸煮并将反应器中PAS送人圆鼓结晶器成产品，此法制备的PAS是含Al2O3较高的结晶产品。粘土矿为原料制备法。将粘土矿粉用马福炉经高温锻烧1h，锻烧后的产物用7．5N硫酸溶解并在母液中加入NaOH，形成无定形的Al2O3沉淀，再与硫酸在25C搅拌反应制得PAS。

在制备PAS的过程中，碱化度不宜太高，如碱化度过高会导致PAS的稳定性下降。为了提高PAS的稳定性，可以加入有机酸相它们的盐或接人一定比例的氯根或醋酸根作为稳定剂，也可制成固体产品以提高其稳定性。

通常工厂生产硫酸铝的原料是铝土矿和硫酸。

铝土矿经破碎成100目的矿粉在搪玻璃反应罐加入浓度60%硫酸加压反应，时间为4小时，压力约0.3-0.4MPa。放料后加入一定量的清水搅拌均匀，加入少量的絮凝剂，沉清后放出上面的清液。清液经浓缩达到一定的浓度后，放出来在钢板池里冷却结晶，就成为硫酸铝

硫酸铝分子式为Al2(SO4)3.18H2O，主要用于造纸、鞣革、纺织、医药、印染等行业，亦可用作饮用水及工业污水处理。

选用以铝土矿为主要原料生产固体硫酸铝产品。采用高温且在一定压力下的反应工艺。

硫酸与铝土矿反应制备硫酸铝的反应式为：

Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O

此法铝土矿在高温高压下反应，产品收率较高。

生产流程:

a. 铝土矿规格:

商品铝土矿颗粒较大，进厂后经雷蒙机磨制成80～90目之间的矿粉。

b.铝土矿的酸解:

在反应釜中投入矿体粉末，并注入98％的浓硫酸及水使硫酸浓度降低到55％，同时不断搅拌，并控制压力在3kgf/cm2左右使之反应。项目选用的反应釜承压为5kgf/cm2（0. 5MPa），确保安全。

c.硫酸铝溶液的沉降:

使用真空压缩机将反应釜中的液体压出，引入沉降锅中，用上周期洗渣水将硫酸铝液调至32°Bé（波美度），经压滤机挤压去除杂质，滤出液抽至中和锅。渣用水清洗，一般经二至3次洗渣，采用逆流漂洗，即最后一次用新鲜水。漂洗后用压滤机去渣，漂洗液存在池中，作为下周期生产的漂洗水。一般第一次洗渣水用上周期第二次洗渣水，硫酸铝浓度约4%，用作下次调波美度的底液。第二次洗渣水用上周期第三次洗渣水，硫酸铝浓度很低，约5%，用作反应釜调配酸。经4次挤压后的残渣内基本上不含硫酸铝。为铝矿土内的杂质。成为硫酸铝生产固废。

d.硫酸铝溶液的中和

准确分析清液的酸碱度和盐基度后。用硫酸中和碱式硫酸铝，使中和后的Al2(SO4)3溶液不溶物≤0.25％，盐基度（按Al2O3g/l）保持在0.1～0.4，然后抽入浓缩高位槽。

e.浓缩

采用锅炉蒸汽加热，将水蒸汽通入列管换热器加热浓缩。当浓缩后的硫酸铝溶液温度达到112～117℃时，即可出料.

物化性质]无水硫酸铝为无色结晶(斜方晶系)，含水硫酸铝可带有6个、10个、16个、18个或27个结晶水分子，常温下十八水合物较为稳定。硫酸铝的结构式为Al2(SO4)3·18H2O，具有光泽的无色粒状或粉末(单斜晶系)晶体，工业产品为白色或微带灰色的粉末或块状结晶体，因可能存在少量硫酸亚铁杂质而使产品表面发黄。相对密度为1.69(17℃)，熔点86.5℃。溶于水、酸和碱，不溶于醇。水溶液呈酸性。空气中长期存放易吸潮结块。加热至770℃时开始分解为氧化铝、三氧化硫、二氧化硫和水蒸气。易溶于水并水解，水解产物为碱式盐和氢氧化铝的胶状沉淀。当水温低时，硫酸铝水解困难。在使用时对水的有效pH值范围较窄，约在5.5～8之间，随原水的硬度而异：软水pH值为5.5～6.6；中硬水pH值为6.6～7.2；高硬水pH值为7.2～7.8。适用的水温20～40℃，低于10℃效果很差。容易跟钾、钠、铵的盐结合形成矾，如硫酸铝钾KAl(SO4)2·12H2O。外观为白色片状或粒状，含低铁盐(FeSO4)而带有淡绿色，又因低价铁盐被氧化而使产品表面发黄。有涩味，水溶液长时间沸腾可生成碱式硫酸铝。

[制备方法]

制备方法 1 铝土矿硫酸反应法

铝土矿的主要成分为Al2O3和SiO2。将铝土矿粉粉碎至60目，在加压条件下与60%左右的硫酸水溶液反应7h左右。对反应液进行沉降分离，蒸发浓缩，将澄清液用稀酸中和至中性，然后冷却制成片状或冷却凝固后进行粉碎、筛分，制得硫酸铝产品。反应式如下：

Al2O3+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2O

当三氧化二铝过量时生成碱式硫酸铝，反应如下：

Al2O3+2H2SO4→2Al2(OH)SO4+H2O

碱式硫酸铝能被硫酸中和生成硫酸铝。反应如下：

2AI(OH)SO4+H2SO4→Al2(SO4)3+2H2O

铝：土矿硫酸反应法制备硫酸铝共分为三种方法，一是铝土矿与硫酸的常压法，该法由于铝浸出率低，未能大规模采用；二是煅烧矿与硫酸的常压法，需要将铝土矿经860℃高温煅烧40min，该法能耗高；三是铝土矿与硫酸的加压法，将铝土矿和硫酸在加压条件下直接反应，目前广泛采用第三种。将铝土矿粉碎至60目，在反应器内与55%～60%的硫酸在加压条件下反应6～8h，粗制反应液经沉降分离、蒸发浓缩，澄清液加酸中和至中性或微碱性，然后冷却制成片状或冷却凝固后进行粉碎、筛分，制得硫酸铝产品。铝土矿加压反应法生产硫酸铝的工艺过程如图2-1所示。

图2-1 铝土矿加压反应法生产硫酸铝工艺流程

制备方法 2 氢氧化铝硫酸反应法

氢氧化铝与硫酸反应，反应液经沉降、浓缩，再冷却固化，经粉碎筛分，制得硫酸铝成品。反应式如下：

3H2SO4+2AI(OH)3→Al2(SO4)3+6H2O

制备方法 3 明矾石法

将明矾石煅烧，粉碎后用稀硫酸溶解，过滤去掉不溶物得到硫酸铝和钾明矾混合溶液，迅速冷却结晶除去钾明矾，浓缩母液，冷却加工成片状。

制备方法 4 高岭土法

经700～800℃煅烧粉碎至一定粒度的高岭土，与一定浓度的硫酸在间歇蒸煮反应槽于105～110℃反应5h，然后反应料浆进人料浆储槽以便后续生产过程的连续化，经沉降分离后上部清液送入蒸发结晶器蒸发浓缩，冷却凝固打碎即为块状或片状硫酸铝产品，也可将浓缩液直接送至喷雾造粒塔制成粒状产品。反应料浆沉降槽中的沉渣再浆洗涤回收残余Al2(SO4)3后，可用于制作炭黑；洗涤澄清液则进人料浆储槽稀释料浆有利于沉降分离。

制备方法 5 粉煤灰法

以电厂排放的废弃物一粉煤灰为原料，60%的硫酸与粉煤灰在100℃下反应6h，过滤得到含铁硫酸铝溶液。往粗液中滴加30%的过氧化氢，在室温下搅拌，加人萃取剂，静置分层，分离，蒸发浓缩，即得硫酸铝。硫酸铝广泛应用于造纸、净水、纺织印染、消防、制革等方面，而粉煤灰是电厂排放的废弃物，对环境产生了很大的污染，所以利用粉煤灰硫酸浸出生产硫酸铝，对粉煤灰的综合利用有着巨大的意义。但是由于粉煤灰中含铁较多，生产出的硫酸铝难以达到一级品标准。国内外对除铁方法的研究很多，主要有重结晶法、添加无机物使铁沉淀法、有机物萃取法等。行之有效的主要是后两种方法。美国、日本大都采用伯胺基阴离子交换剂除铁，也有采用叔胺或伯胺萃取除铁的。国内对脂肪酸萃取除铁和伯胺、叔胺除铁也有研究报道。

一种无铁液体硫酸铝的生产制备方法。它的分子式为：Al2(SO4)3·XH2O,分子量为342．15（按1979年国际原子量无水硫酸铝计），是无机混凝剂中具有代表性一种。采用氢氧化铝与硫酸进行一步反应而得，与无铁固体硫酸铝的生产工艺相比具有工艺流程简单、成本低、使用方便等优点，是当今造纸业生产高档白版纸可采用的最佳施胶剂。

生产1吨液体聚合硫酸铝需要62分钟。聚合硫酸铝的生产工艺，是以硫酸铝和生石灰为原料，按Ca（OH）专利主权项一种聚合硫酸铝的生产工艺。聚合硫酸铝是一种白色或浅灰黄色块状或片状物体，主要用于饮用水净化和工业污水处理的絮凝剂。也可用于造纸业增加纸张的强度助剂，着色剂和消泡剂等。乐邦生产的聚合硫酸铝分子结构庞大，吸附能力强，净水效果优于所有传统的无机净水剂。投入原水后形成的絮凝体大，沉淀速度快，活性高，过滤性好。