电解铝废渣酸浸液结晶分离高纯氯化铝的工艺研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0411

摘要/Abstract

摘要：

针对电解铝废渣盐酸浸取液中钠、铝元素含量高且难以分离的问题，依据AlCl₃-NaCl-H₂O（-HCl）体系相图，探讨了酸浸液在不同操作条件下的蒸发结晶规律。通过对比分析溶析结晶与等温蒸发结晶两种技术路线，确定了以等温蒸发结晶为主要路径，旨在实现NaCl与AlCl₃·6H₂O的精准分离。相图分析结果显示，盐酸浓度对两种盐的溶解度有显著抑制作用，而温度对两种盐的溶解度影响很小。在溶析结晶过程的相图分析中发现，无论是在AlCl₃-NaCl共饱点还是酸浸液原料点调整溶液盐酸浓度，所获得的AlCl₃·6H₂O产品理论纯度均可达到96.65%。在等温蒸发结晶过程中，所获得的产品纯度与溶析结晶过程相同，这为等温蒸发结晶法的应用提供了理论依据。通过对操作性过程进行综合评估得出，该研究采用等温蒸发结晶法作为优选方案。通过等温蒸发结晶法，从复杂酸浸液中直接获得了纯度为99.54%的NaCl和96.22%的AlCl₃·6H₂O产品，二者的单次收率分别达到94.35%和92.51%。该研究优化了酸浸液钠铝分离的全流程工艺，可借鉴于电解铝废渣资源化利用的工艺设计与过程强化。

关键词: 电解铝废渣, 盐酸浸取液, 结晶分离, 六水氯化铝, 相图

Abstract:

Aiming at the high content of sodium and aluminum elements in the hydrochloric acid leach solution of electrolytic aluminum waste slag and the difficulty of separation，the evaporation and crystallization law of the acid leaching solution under different operating conditions was explored based on the phase diagram of the AlCl₃-NaCl-H₂O（-HCl） system.By comparing and analyzing the two technical routes of antisolvent crystallization and isothermal evaporation crystallization，the isothermal evaporation crystallization was determined as the main route，aiming at the efficient separation of NaCl and AlCl₃·6H₂O.The results of phase diagram analysis showed that the acidity had a significant inhibitory effect on the solubility of the two salts，while the temperature had little effect on the solubility of the two salts.During the antisolvent crystallization process，the purity of the obtained AlCl₃·6H₂O product was close to 96.65%，whether the acidity was adjusted at the co⁃saturation point or the material point.In the isothermal evaporation crystallization process，the purity of the products obtained was similar to that of the antisolvent crystallization process，which provided a theoretical basis for the application of the isothermal evaporation crystallization method.Through a comprehensive evaluation of the operability，isothermal evaporation crystallization was adopted as the preferred solution in this study.The products of NaCl（99.54% in purity） and AlCl₃·6H₂O（96.22% in purity） were obtained directly from the complex acid leach solution by isothermal evaporation crystallization，and the yield of the them reached 94.35% and 92.51%，respectively.The whole process of sodium⁃aluminum separation from acid leach solution was optimized，which could be applied to the process design and process enhancement for the resource utilization of electrolytic aluminum waste.

Key words: aluminum electrolysis slag, hydrochloric acid leachate, crystallization separation, aluminum chloride hexahydrate, phase diagram

中图分类号:

X703

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图/表 10

表 1

表2

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图3

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表4

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图5

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方案	阶段	过程情况	液相点	固相点	体系点	蒸发率/%	AlCl₃·6H₂O纯度/%
一	Ⅰ	固液分离	E₁	—	M-M₁	65	—
一	Ⅱ	加酸结晶	E₂	S₁	E₁	—	96.65
二	Ⅰ	加酸结晶蒸发至共饱和点	M₂-E₂	A	M-M₂	44	—
	Ⅱ	固液分离	E₂	A	—	44	—
	Ⅲ	溶液蒸干	E₂（消失）	S₁	E₂-S₁	—	96.65

阶段	过程情况	液相点	固相点	体系点	蒸发率/%	AlCl₃·6H₂O纯度/%
Ⅰ	蒸发浓缩阶段	M-N₁	—	M-N₁	33	—
Ⅱ	蒸发结晶至共饱点	M₁-E₁	A	N₁-M₁	65	—
Ⅲ	固液分离	E₁	A	—	65	—
Ⅳ	溶液蒸干	E₁（消失）	S₂	E₁-S₂	—	96.65

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