工業(yè)無(wú)水三氯化鋁生產(chǎn)中產(chǎn)品的顏色變化及控制的研究

1、第 1 8 卷第 5 期 2 0 0 4年 5月 化工B , - _ KUCh e mi c a lI n d u s t r yT i me sV o I ． 1 8， No． 5Ma y． 5． 2 0 0 4 工業(yè)無(wú)水三氯化鋁生產(chǎn)中的顏 色變化及控制的研 屠仁華( 浙江巨化化工礦業(yè)有限公 司， 浙江 衙州 3 2 4 4 o 3 )產(chǎn) 品 究 摘要 從鋁錠法生產(chǎn)的工藝原理人手， 剖析無(wú)水三氯化鋁產(chǎn)品顏色產(chǎn)生原因及變化機(jī)理，

2、提出： 鋁錠中雜質(zhì)鐵的兩種氯化產(chǎn)物隨余氯的影響而轉(zhuǎn)變的結(jié)果是引起產(chǎn)品顏色變化的根本因素。對(duì)生產(chǎn)中產(chǎn)品出現(xiàn)異常的紅、 灰料， 在分析 了各種生成原因的前提下 ， 提出了相應(yīng)的生產(chǎn)控制方法。關(guān)鍵詞工業(yè)無(wú)水三氯化鋁 產(chǎn)品顏色變化 生產(chǎn)控制Re s e a r c ho nt h eP r o d u c t ’ SC o l o rVa r i a t i o na n di t sC o n t r o li nt h eP r o d u

3、 c t i o no fAn h y d r o u sAl u mi n u m C h l o r i d eT uRe n h u a( Z h e j i a n gJ u h u aC h e m i c a la n dM i n i n gI n d u s t r yC o m p a nyL i m i t e d ， Q u z h o uZ h e J i a ng3 2 4 4 0 3 )Ab s t r a

4、 c tB yl o o k i n gi n t ot h eb a s i cp r i n c i p l ef o rt h ep r o d u c t i o no fa lu m in u mi n g o t s ， t h ea r t i c l ee x p l a i n sh o wt h eol o u r0 ft l l ep r o d u c tc o m e si n t ob e i n ga n

5、da na ly z e st h eme c h a n i s m o fi t sv a r i a t i o n． I t ’ Sp o i n t e do u tt h a tt h ec o n v e r s i o nb e t w e e nt w ok i n d so fc h l o r i d e so fi r O Bw h i c he x i s t si na lu m i n u m i n

6、g o t sc a u s e db yt l l ei n f l u e n c eo ft h es u r p l u sc h l o r i d ei St l l ec o l ef a c t o rf o rt hec o l o rv a r i a t i o no ft h ep r o d u c t ． I ta lS Op u tf o rw a r dt l l es o l u t i o nf o

7、rt l l ec o n t r Olo v e rt w ou n wa nt e dc o l o r s ． n a me l yl eda n dg r a y ， a f t e rc s r e f u l l ya n a l y z e si t sf o r ma t i o n．Ke ywo r d sa n h y d r o u sa lu mi n u m c h l o r i d ef o ri n d

8、 u st r i a lp u 】0 s ev a r i a t i o no ft hec o l o ro fp r o d u c tP r o d u c t i o nc o n t r o l工業(yè)無(wú)水三氯化鋁作 為有機(jī)合成催化劑?， 全 國(guó)年消耗量已達(dá)到 1 5 萬(wàn) t 以上。2 0 0 3年全 國(guó)共出 口無(wú) 水三氯化鋁 74 0 0 多 tJ 。工業(yè)無(wú)水三氯化鋁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)按國(guó)家- 3或企業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)可分為兩部分 ： 外觀質(zhì)量

9、和內(nèi)在技術(shù)指標(biāo) 。三氯化 鋁的外觀按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 為 ： 白色、 黃色或微帶灰色的顆 ?；蚍勰?， 不應(yīng)有 大于 1 0m m 的塊 狀物。國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn) 為 ： 白色 、 黃色或微帶灰色的顆?；蚍勰?， 不應(yīng)有大于 1 0n l n l 的塊狀物。不同 的用戶(hù) 對(duì)三氯化鋁 的粒度 有 不同的要求， 但對(duì)產(chǎn)品的顏色只有一種要求——黃 色。筆者積多年三氯化鋁生產(chǎn)管理之經(jīng)驗(yàn) ， 在三氯化 鋁的生產(chǎn)技術(shù)中對(duì)產(chǎn) 品顏色的操作控制手段 ， 保證了生產(chǎn)中產(chǎn)

10、品顏色的穩(wěn)定 ， 從而達(dá)到提升產(chǎn)品的品質(zhì)的目的 ， 對(duì)企業(yè)生產(chǎn)有十分重要的意義?？?工業(yè)無(wú)水三氯化鋁產(chǎn)品 顏色的變化機(jī)理 國(guó)內(nèi) 目前基本都采用金屬鋁錠法 生產(chǎn)工業(yè)無(wú)水 三氯化鋁， 其工藝是： 將鋁錠放人熔融的氯化爐內(nèi)， 氯 氣 由上順導(dǎo)管( 燃燒管 ) 送人爐 內(nèi)， 從 底部上升 ， 高溫 下氣液接觸反應(yīng)生成三氯化鋁( 升華成氣相) ， 反應(yīng)溫 度一般控制在 8 0 0 ℃左 右 ， 氣 相產(chǎn) 物在 4 0 0 ℃左右下 進(jìn)入產(chǎn) 品捕集

11、器后 ， 經(jīng) 自然冷凝結(jié) 晶 ， 即得 到無(wú)水三 氯化鋁成品。尾氣經(jīng)稀堿 、 水洗滌吸收后排空 。氯氣從爐子的底部通人后 ， 在浮力作用下 以氣泡 的形式上升 ， 氣泡形成后表面的氯氣 不斷與熔融的鋁 起反應(yīng)生成 A 1 C 1， 生成的 A I C 1 3 將向氣泡內(nèi)部滲透，氣泡內(nèi)的 c l 2 不斷的向反應(yīng)界面補(bǔ)充， 使反應(yīng)連續(xù)進(jìn) 行。在這一過(guò)程 中， 反應(yīng) 界 面始終 處于 鋁過(guò)量 的狀 態(tài)， 因而生成的三氯化鋁氣體會(huì)與鋁液繼續(xù)反

12、應(yīng)生成 不穩(wěn)定的強(qiáng)還原性的一氯化鋁及二氯化鋁 ， 該產(chǎn)物在 向氣泡內(nèi)部滲透時(shí)又被氯氣氧化成 三氯化鋁， 直至氣 泡逸 出鋁液面， 反應(yīng)終止。此 時(shí) ， 反應(yīng) 產(chǎn)物中未反應(yīng) 完全的氯氣( 余氯) 的含量多少是決定產(chǎn)品顏色的主 收 稿 日 期 ： 2 0 0 4 — 0 3 — 0 2作者簡(jiǎn)介： 屠仁華( 1 9 6 8 ～) ， 男， 工程師。主要從事化工生產(chǎn)管理及化工生產(chǎn)技術(shù)研究工作 一 5 9 — 維普資訊 http://www.c

13、qvip.com ■置圓 2 0 0 4 ． V o I ． 1 8 ， N o ． 5工 藝 · 試 驗(yàn) { T e c h n o l o g y & T e s t i n g }要因素。生產(chǎn)實(shí)踐證明， 隨著產(chǎn)物中余氯含量的降 低 ， 三氯化鋁的顏色會(huì)有從桔紅色一 桔黃色一 黃色一 淺黃色一 白色一淺灰色的變化過(guò)程 。其實(shí) ， 三氯化鋁的顏色轉(zhuǎn)變 主要是產(chǎn)品中三氯化 鐵含量 的變化引起 的， 而三氯化鐵的含量變化

14、正是 由反應(yīng)產(chǎn)物中余氯含量多少所決定的。目 鋁錠法生 產(chǎn)過(guò)程中 鐵的氧化及氧化產(chǎn)物的分離 原料鋁錠 ， 以質(zhì)量最好的 A l9 9 ． 8 5為例 ， 雜質(zhì)中F e 含量不大于 0 ． 1 2 ％l L 5 j ， 如全部氧化為三氯 化鐵 ， 則 在三氯化鋁成 品中三氯化鐵 可達(dá) 0 ． 0 7 ％， 而實(shí)際生 產(chǎn)中一般 在 0 ． 0 2 ％以 下。這是 由于高 溫下 ， 在鋁 過(guò) 量條件下 ， 因鋁還原作用 ， 使鐵一 般只氧化 到

15、 2 價(jià) 氧 化物。只有當(dāng)氧化產(chǎn)物與三氯 化鋁一起逸 出鋁 液面 時(shí)， 若有余氯則 2 價(jià)鐵的氯化物會(huì)繼續(xù)被氧化到3 價(jià) 鐵 。質(zhì)量差一點(diǎn)的鋁錠 ， 甚 至不 合格 的高鐵 鋁( 鐵含 量在 l ％以上) 生產(chǎn)， 在正常情況下 ， 產(chǎn)品 中的 3氯化 鐵含量也 在 0 ． 0 2 ％左右。因?yàn)槿然F的氣化點(diǎn)為 3 1 7c I =』 ， 會(huì)在氣相 下隨三氯化鋁氣體一起上升而進(jìn)入成 品中， 從而引起產(chǎn) 品的顏色轉(zhuǎn)變 ； 而氯化亞鐵 的氣

16、化點(diǎn)要 比三氯化鐵高 得多 ， 其熔點(diǎn)就高達(dá) 6 7 7 ℃， 在正 常的生產(chǎn)條件下 ， 當(dāng)產(chǎn)物逸 出鋁液面后氯化亞鐵將不會(huì)被氣化 ， 而以固體 爐渣的形式從鋁液 中分離。三氯化鋁產(chǎn)品顏色的生產(chǎn)控制在實(shí)際的生產(chǎn) 中， 只把 產(chǎn)品按顏色分 為灰料、 紅 料及正常的黃色的產(chǎn) 品。應(yīng)該說(shuō)淡 黃色乃至 白色 的產(chǎn) 品才是工業(yè)無(wú)水三氯化鋁產(chǎn)品中的精品 ， 但 由于生 產(chǎn)過(guò)程中較難控制并穩(wěn)定得 到此類(lèi)產(chǎn) 品， 在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng) 中 ， 往往把黃色的產(chǎn)品作

17、為生產(chǎn)控制的 目 標(biāo) 。3 ． 1 紅料的控制 紅料其實(shí)主要指那些比正常的產(chǎn)品顏色偏深的 產(chǎn)品 ， 如桔黃色 ， 含三氯化鐵在 0 ． 0 3 ％ 一 0 ， 0 5 ％之間，主要是生產(chǎn)過(guò)程中余氯含量升高而引起的。要控制紅料的產(chǎn)生， 可在操作中控制余氯的量來(lái) 達(dá)到。在一般穩(wěn)定 的通氯 量下 ， 當(dāng)氯氣進(jìn) 入反 應(yīng)爐 后， 在氣泡逸出鋁液面前， 其在液相中的停留時(shí)間不 夠是余氯偏高的主要原因。通常是反應(yīng)爐內(nèi)鋁液面 偏低引起 的， 適當(dāng)提高

18、鋁液 面液位后 ， 產(chǎn)品的顏色應(yīng) 該能向淺 的方向轉(zhuǎn)變 。但是 當(dāng)反應(yīng)爐 內(nèi)鋁 液溫度過(guò) 低時(shí) ， 即使液位正常 ， 也會(huì)造成余 氯偏高 的結(jié)果 。因一 6 O 一 為反應(yīng)溫度 降低 ， 氯 氣分子活性相對(duì)下降 ， 反 應(yīng)速度 將減慢 ， 在相 同的反應(yīng)路徑 中， 參加反應(yīng) 的氯氣 量減 少， 余氯肯定上升?？刂妻D(zhuǎn)變的方法是適當(dāng)減少通氯 量或適當(dāng)升高鋁液液位 ， 產(chǎn) 品的顏色也 即轉(zhuǎn)變。3 ． 2 灰料 的控制當(dāng)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)物逸出鋁液

19、面時(shí)， 若氯氣已消耗 殆盡 ， 則鐵將只被 氧化成 2 價(jià) 的氯化物 ， 同時(shí)產(chǎn)物 中含有強(qiáng)還 原性 的一氯 化鋁和二 氯化鋁 ， 在冷 凝結(jié) 晶 后 ， 將在生成的三氯化鋁表面析 出高純鋁而使產(chǎn)品呈 現(xiàn)灰色 ， 即所謂灰料。7 O ％以上的灰料其產(chǎn)生原因是爐子 中鋁液 的溫 度過(guò)高引起的 ， 這主要是反應(yīng)溫度上升后 ， 氯氣分 子 活性升高 ， 反應(yīng)加速 ， 在相同的反應(yīng)路徑 中， 氯氣反應(yīng) 完全的時(shí)間縮短 ， 易造成在產(chǎn)物逸 出鋁液

20、時(shí)氯氣 已消耗殆盡。生產(chǎn)操作中一般采用鋁錠置換鋁液的辦法 ，來(lái)達(dá)到降低爐溫的 目的。還有兩 種情況會(huì) 產(chǎn)生料色 偏灰 ： 一是在正常的反應(yīng)溫度和鋁液 面液位 下 ， 當(dāng)通 氯量過(guò)低時(shí)， 產(chǎn)物中余氯勢(shì)必減少， 既而出現(xiàn)灰料 ， 解 決辦法是調(diào)整通氯量到正常范圍就可以了： 二是 通氯 燃燒管老化結(jié)垢 ， 使管徑變粗 ， 那 么氯氣在鋁液 中產(chǎn) 生的初始?xì)馀蒹w積增大 ， 也就是增加 了氣液相的接觸 面積， 反應(yīng)肯定加速， 灰料幾率大大提高，

21、及時(shí)更換老 化的燃燒管是減少 由此而產(chǎn)生灰料 的唯一手段 。此 外 ， 當(dāng)工業(yè)反應(yīng)爐子老化時(shí) ， 其爐壁易結(jié)垢 ， 在同樣工 藝條件下 ， 因爐壁結(jié)垢后 向外散熱受阻 ， 破壞 了系統(tǒng) 自 然 的熱量平衡 ， 使 爐 內(nèi)鋁液溫度不斷上升 ， 出現(xiàn)灰 料的幾率也會(huì)升高， 這時(shí)要及時(shí)更換爐襯 ： 以保證產(chǎn) 品的質(zhì)量 ?？?笪 適通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)的控制， 以保證產(chǎn)物中一定的余 氯量， 來(lái)預(yù) 防生產(chǎn) 的波動(dòng) 。生產(chǎn)過(guò)程 中， 在諸 多影響 產(chǎn)品顏

22、色的因素中， 反應(yīng)爐內(nèi)鋁液的溫度是生產(chǎn)控制 的關(guān)鍵 ， 要通過(guò)調(diào)節(jié)通氯量 和鋁液液面等操作來(lái)減少 爐溫 的波動(dòng) ， 至于燃燒 管斷裂、 老化及 反應(yīng)爐子老化 等的影響只有通過(guò)更換來(lái)加以解決 了。參考文獻(xiàn) [ 1 ] 化學(xué)工業(yè) 出版社 組織編寫(xiě) ． 中國(guó)化工產(chǎn) 品大全 ， 上 卷 ， 北京 ： 化工 出版 社 ， 1 9 9 5 。 6[ 2 ]中國(guó)化工信息周 刊 ． 2 0 0 4 。 5[ 3 ]中華人 民共和 國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) G B ／