AlCl3·6H2O在AlCl3-FeCl3-CaCl2-HCl-H2O体系中的溶解度和生长速率的研究

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AlCl3?6H2O可以用于污水处理,同时也是生产聚合氯化铝絮凝剂的原料或中间产物,在催化剂的制备和精密铸造行业中具有广泛的用途。针对粉煤灰酸法提铝制备AlCl3?6H2O工艺,由于固体废弃物粉煤灰成分复杂,其盐酸酸浸液中含有Al3+、Fe3+、Ca2+、Na+、Cl-等诸多成分,使得AlCl3?6H2O在结晶分离过程中出现杂盐的夹带现象,会导致最终产品的纯度降低,因此酸浸液中铝盐的结晶分离是粉煤灰提铝工艺工业应用的瓶颈问题之一。本文结合结晶热力学和动力学的知识,考虑到酸浸液中离子的主要成分,选取AlCl3-FeCl3-HCl-H2O和AlCl3-CaCl2-HCl-H2O两个体系,采用实验测定和模拟计算相结合的方式,研究了不同温度、不同盐酸浓度和不同过饱和度下AlCl3?6H2O在AlCl3-FeCl3-HCl-H2O和AlCl3-CaCl2-HCl-H2O体系中的溶解度和生长速率,为实际工艺的优化设计提供理论支撑。(1)研究了不同温度(25-60oC)、不同盐酸浓度(1 mol?kg-1和9.9 mol?kg-1)和不同过饱和度(0-2.5 mol?kg-1)下AlCl3?6H2O在FeCl3-HCl-H2O和CaCl2-HCl-H2O体系的溶解度。采用静态法测定了AlCl3?6H2O在FeCl3-HCl-H2O和CaCl2-HCl-H2O体系的溶解度,同时以OLI软件为平台,嵌入Bromley-Zemaitis活度系数模型,模拟计算了AlCl3?6H2O在FeCl3-HCl-H2O和CaCl2-HCl-H2O体系的溶解度。结果表明,温度对于AlCl3?6H2O在FeCl3-HCl-H2O和CaCl2-HCl-H2O体系的溶解度影响很小;过饱和度对其溶解度的影响显著,随着氯化铁或者氯化钙浓度的增大,AlCl3?6H2O的溶解度显著降低;盐酸浓度对AlCl3?6H2O的溶液度也有显著影响,随着盐酸浓度的增加,AlCl3?6H2O的溶解度显著减小。通过比较溶解度的实验测定值和模拟计算值,两者的相对误差小于5%,表明此模型适用于该体系内溶解度的模拟计算。(2)研究了1mol?kg-1盐酸浓度、不同温度(25-45 oC)、不同过饱和度(0-0.6mol?kg-1)条件下AlCl3?6H2O在AlCl3-FeCl3-HCl-H2O和AlCl3-CaCl2-HCl-H2O体系的生长速率。结果表明:采用添加晶种常压结晶的方法制得的AlCl3?6H2O结晶程度良好。温度对AlCl3?6H2O的生长速率有一定的影响;过饱和度对AlCl3?6H2O生长速率的影响显著,随着FeCl3或CaCl2浓度的增加,AlCl3?6H2O的生长速率逐渐增大。同时以OLI软件为平台,嵌入MSE电解质模型对AlCl3?6H2O在AlCl3-FeCl3-HCl-H2O和AlCl3-CaCl2-HCl-H2O体系的生长速率进行模拟计算,模拟结果与实验结果变化趋势相一致,而晶体生长速率的实验测定值和模拟计算值有所偏差。
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