[發明專利]高堿化度聚合氯化鋁及Al13氯化物的電化學生產裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201210065324.4
• 申請日: 2012-03-13
• 公開（公告）號: CN103305862A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 張偉明;陳慶
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: C25B1/26
• 分類號: C25B1/26;C25B9/18
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所 31210
• 代理人: 徐申民

技術領域

本發明涉及一種聚合氯化鋁的生產裝置及其制造方法，具體涉及一種高堿化度聚合氯化鋁及Al₁₃氯化物的電化學生產裝置及其制造方法。

背景技術

部分中和的氯化鋁也被稱為聚合氯化鋁(Polyaluminum?Chloride，簡稱PAC)，可由分子式Al_m(OH)_nCl_3m-n表示，其中m≥1，0＜n≤3m。其堿化度可用n/3m來表示。目前已知最高堿化度的聚合氯化鋁產品為氯化羥鋁(Aluminum?Chlorohydrate，簡稱ACH，堿化度83％)，其表觀分子式可表示為Al₂(OH)₅Cl·2H₂O。

PAC具有廣泛的工業應用價值，其價格往往與其堿化度和純度密切相關。PAC可作為高效絮凝劑應用于水處理工業，除去水中的懸浮態及膠體態雜質；可作為除汗劑和去味劑應用于化妝品工業；還可作為催化劑使用。大量研究工作表明，PAC中有效組分為Keggin結構的Al₁₃多聚陽離子，結構式為[AlO₄Al₁₂(OH)₂₄(H₂O)₁₂]⁷⁺。PAC中Al₁₃含量越高，所含雜質越少，其價值也就越高。

目前高品質PAC的制備方法大致可分為如下幾類。第一是鋁鹽加堿法，即向氯化鋁等鋁鹽溶液中緩慢加入氫氧化鈉等堿性物質得到PAC。該方法比較簡單，堿化度容易控制，但其缺點是鋁離子和氫氧根容易形成濃度梯度，造成產品中氫氧化鋁膠體生成，無法得到高Al₁₃含量的產品。同時，此方法得到的產品中除了Al₁₃多聚陽離子及對應的陰離子產品之外，還含有大量的惰性離子副產物如NaCl等，這些副產物的存在會降低PAC的穩定性，同時限制了產品的應用范圍。第二類是金屬鋁氧化法，該方法使用HCl、AlCl₃或低堿化度的PAC與金屬鋁反應從而得到高堿化度高純度的PAC。目前化妝品工業中常用的ACH通常利用此方法得到。此方法的不足之處在于成本過高，首先金屬鋁屬于高值化學原料，另外此反應要求在較高溫度和壓力下進行，且反應時間較長。第三類方法是電化學方法，利用電解過程來制備。這類方法可使用金屬鋁電極，其過程相當于電化學輔助的金屬鋁氧化法；也可使用惰性電極，利用釕鈦、鉑金或石墨電極電解AlCl₃溶液，由于O₂析出的超電勢高于Cl₂，直接得到PAC及副產物H₂、Cl₂。相對而言，使用惰性電極電解時生產設備無易損部件，設備運行成本較低，是一種具有工業前景的制備方法。但從目前的工藝水平來看，惰性電極電解法存在如下致命缺陷。首先，為了防止電極之間接觸短路，相鄰電極之間的距離一般為10-40mm，這就造成電極之間電解質溶液的電阻較大，能耗較高。另外，由于電極表面傳質不充分，電極電解過程中其表面存在大量的電化學極化，造成電解過程中氫氧化鋁生成，使Al₁₃含量下降。

發明內容

本發明目的在于提供一種高堿化度聚合氯化鋁及Al₁₃氯化物的電化學生產裝置及其制造方法，用于解決目前惰性電極電解法能耗高及產品中Al₁₃含量不高的問題。本發明的方法是在一特殊設計的電解池堆中電解AlCl₃溶液，從而直接得到高堿化度聚合氯化鋁甚至是Al₁₃氯化物及副產物H₂、Cl₂。

本發明提出一種高堿化度聚合氯化鋁及Al₁₃氯化物的電化學生產裝置，包括形成閉環并依次相連的反應容器6、泵14、電解池堆12、流量指示器13，在反應容器6內設置有攪拌裝置7和pH及溫度復合探頭8，反應容器6上方還與氣體吸收器9相連，控制器11與pH及溫度復合探頭8相連，直流電源10通過控制器11與電解池堆12連接。電解池堆12由不少于1組電解池組并聯或串聯組成，其中，每組電解池組由一塊塑料隔板1和與其兩面相鄰的兩塊惰性電極2夾緊組成，塑料隔板1和惰性電極2均設置一個原料液進口3和一個產品及半成品液出口4，塑料隔板1上的原料液進口3和產品及半成品液出口4之間由流道5相連，流道5中設置了湍流促進格網。