純化鋁離子的方法
【專利說(shuō)明】純化鋁離子的方法
[0001]相關(guān)串請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2012年11月14日提交的US 61/726，079的優(yōu)先權(quán)，其以它的整體通過(guò)引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開(kāi)涉及應(yīng)用于鋁離子的純化和/或基于鋁的產(chǎn)品的制備的化學(xué)領(lǐng)域中的改進(jìn)。
[0004]公開(kāi)背景
[0005]大部分的商業(yè)氧化鋁可通過(guò)拜耳(Bayer)法制備。還可能通過(guò)其他方法制備水合氧化鋁。幾種其他方法產(chǎn)生包含高水平的一種或多種雜質(zhì)。
[0006]低純度特種氧化鋁可用作耐火材料(抗非常高的溫度)、用作陶瓷并用于電解生產(chǎn)鋁金屬。
[0007]然而，對(duì)于一些應(yīng)用，需要高純度氧化鋁(ΗΡΑ)。許多合成寶石具有高純度氧化鋁基質(zhì)，包括紅寶石、黃寶石和藍(lán)寶石。這些晶體主要用于珠寶、紅外線、UV和激光光學(xué)，并且用作高端電子基板。
[0008]全球年產(chǎn)量一半的超純氧化鋁用來(lái)合成用于纖維光學(xué)的藍(lán)寶石，并且最近用于室內(nèi)和汽車市場(chǎng)的LED照明。它還用于生產(chǎn)高壓鈉蒸汽燈管和制造視頻和計(jì)算機(jī)設(shè)備以及用于金相拋光以及光學(xué)和電子材料的拋光。
[0009]每年全世界對(duì)HPA的需求不斷增長(zhǎng)，根據(jù)一些市場(chǎng)專家其應(yīng)該從2012的9，000噸增加至2015超過(guò)15，000噸。由于全球?qū)Πl(fā)光二極管(LED)需求的增加，導(dǎo)致每年約6，000噸的巨大供應(yīng)短缺。
[0010]已經(jīng)提出的許多制備高純度氧化鋁的方法起始于純鋁金屬、有機(jī)鋁化合物或明礬。這些通常起始于高成本材料或者在煅燒時(shí)產(chǎn)生不可再循環(huán)至該方法的產(chǎn)物，因此不適用于商業(yè)生產(chǎn)。
[0011]因此，亟需提供純化鋁離子和/或制備具有高純度的氧化鋁的現(xiàn)有方案的替代。
[0012]公開(kāi)概沐
[0013]根據(jù)一個(gè)方面，提供了純化鋁離子的方法，其包括:
[0014]在給定的pH值下將鋁離子以Al (OH)3的形式沉淀；和
[0015]通過(guò)使Al (OH) 3與HCl反應(yīng)將Al (OH) 3轉(zhuǎn)化為AlCl 3并將AlCl 3沉淀；和
[0016]在有效用于將AlCl3轉(zhuǎn)化為Al 203的條件下加熱AlCl 3。
[0017]根據(jù)另一方面，提供了純化鋁離子的方法，其包括:
[0018]在約7至約10的pH值下將鋁離子以Al (OH)3的形式沉淀；和
[0019]通過(guò)使Al (OH) 3與HCl反應(yīng)將Al (OH) 3轉(zhuǎn)化為AlCl 3并將AlCl 3沉淀；和
[0020]在有效用于將AlCl3轉(zhuǎn)化為Al 203的條件下加熱AlCl 3。
[0021]根據(jù)另一方面，提供了純化鋁離子的方法，其包括:
[0022]在約7至約10的pH值下將鋁離子以Al (OH)3的形式沉淀；和
[0023]通過(guò)使Al (OH) 3與HCl反應(yīng)將Al (OH) 3轉(zhuǎn)化為AlCl 3并將AlCl 3沉淀；和
[0024]在有效用于將AlCl3轉(zhuǎn)化為Al 203的條件下加熱AlCl 3并任選回收如此產(chǎn)生的氣體HCl0
[0025]根據(jù)另一方面，提供了制備鋁的方法，其包括:
[0026]在約7至約10的pH值下將鋁離子以Al (OH)3的形式沉淀；
[0027]通過(guò)使Al (OH) 3與HCl反應(yīng)將Al (OH) 3轉(zhuǎn)化為AlCl 3并將AlCl 3沉淀；
[0028]在有效用于將AlCl3轉(zhuǎn)化為Al 203的條件下加熱AlCl 3;和
[0029]將Al2O3轉(zhuǎn)化為鋁。
[0030]根據(jù)另一方面，提供了制備鋁的方法，其包括:
[0031]在約7至約10的pH值下將鋁離子以Al (OH)3的形式沉淀；
[0032]通過(guò)使Al (OH) 3與HCl反應(yīng)將Al (OH) 3轉(zhuǎn)化為AlCl 3并將AlCl 3沉淀；
[0033]在有效用于將AlCl3轉(zhuǎn)化為Al 203的條件下加熱AlCl 3并任選回收如此產(chǎn)生的氣體HCl ;和
[0034]將Al2O3轉(zhuǎn)化為鋁。
[0035]根據(jù)另一方面，提供了純化鋁離子的方法，其包括:
[0036]在給定的pH值下將鋁離子以Al (OH)3的形式沉淀；和
[0037]通過(guò)使Al (OH) 3與HCl反應(yīng)將Al (OH) 3轉(zhuǎn)化為AlCl 3并將AlCl 3沉淀；和
[0038]在有效用于將AlCl3轉(zhuǎn)化為Al 203的條件下加熱AlCl 3并任選回收如此產(chǎn)生的氣體HCl0
[0039]根據(jù)另一方面，提供了制備鋁的方法，其包括:
[0040]在給定的pH值下將鋁離子以Al (OH)3的形式沉淀；
[0041 ]通過(guò)使Al (OH) 3與HCl反應(yīng)將Al (OH) 3轉(zhuǎn)化為AlCl 3并將AlCl 3沉淀；
[0042]在有效用于將AlCl3轉(zhuǎn)化為Al 203的條件下加熱AlCl 3;和
[0043]將Al2O3轉(zhuǎn)化為鋁。
[0044]根據(jù)另一方面，提供了制備鋁的方法，其包括:
[0045]在給定的pH值下將鋁離子以Al (OH)3的形式；
[0046]通過(guò)使Al (OH) 3與HCl反應(yīng)將Al (OH) 3轉(zhuǎn)化為AlCl 3并將AlCl 3沉淀；
[0047]在有效用于將AlCl3轉(zhuǎn)化為Al 203的條件下加熱AlCl 3并任選回收如此產(chǎn)生的氣體HCl ;和
[0048]將Al2O3轉(zhuǎn)化為鋁。
[0049]根據(jù)另一方面，提供了制備鋁的方法，其包括將通過(guò)本公開(kāi)中定義的方法獲得的Al2O3轉(zhuǎn)化為鋁。
[0050]附圖簡(jiǎn)沐
[0051]在下列附圖中，其僅通過(guò)實(shí)例形式表現(xiàn)出本公開(kāi)的各個(gè)實(shí)施方案:
[0052]圖1A、IB和IC表示本公開(kāi)的方法的實(shí)例的方塊圖；
[0053]圖2為本公開(kāi)的純化/濃縮HCl的方法的實(shí)例的示意圖；以及
[0054]圖3為本公開(kāi)的純化/濃縮HCl的方法的實(shí)例的示意圖。
[0055]各個(gè)實(shí)施方案的詳細(xì)描述
[0056]如僅通過(guò)實(shí)例并且以非限制性方式例示的，其他特征和優(yōu)點(diǎn)從下面各個(gè)實(shí)施方案的描述中變得更顯而易見(jiàn)。
[0057]如本文使用的，表述“赤泥”是指在氧化鋁的生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢品。例如，這種廢品可包含二氧化硅、鋁、鐵、鈣、鈦。它還可包含大量諸如Na、K、Cr、V、N1、Ba、Cu、Mn、Pb、Zn等的微量成分。例如，赤泥可包含約15至約80重量％的Fe2O3、約I至約35重量％的Al2O3、約I至約65重量％的S12、約I至約20重量％的Na2O、約I至約20重量％的CaO和多達(dá)約35重量％的1102。根據(jù)另一實(shí)例，赤泥可包含約30至約65重量％的Fe2O3、約10至約20重量％的Al2O3、約3至約50重量％的S12、約2至約10重量％的Na2O、約2至約8重量％的CaO和O至約25重量％的Ti02。
[0058]本文使用的表述“飛灰”是指在燃燒中產(chǎn)生的工業(yè)廢品。例如，這種廢品可包含諸如二氧化硅、氧、鋁、鐵、鈣的多種元素。例如，飛灰可包含二氧化硅(S12)和氧化鋁(Al2O3)。例如，飛灰還可包含氧化鈣(CaO)和/或氧化鐵(Fe2O3)。例如，飛灰可包含隨煙氣升起的細(xì)顆粒。例如，飛灰可在煤的燃燒過(guò)程中產(chǎn)生。例如，飛灰還可包含至少一種選自砷、鈹、硼、鎘、鉻、鉻V1、鈷、鉛、錳、汞、鉬、砸、鍶、鉈和/或釩的元素。例如，飛灰還可包含稀土元素。例如，可認(rèn)為飛灰是含鋁材料。
[0059]本文使用的表述“礦渣”是指包含氧化鋁和諸如鈣、鎂、鐵和/或硅的氧化物的任選其他氧化物的工業(yè)廢品。
[0060]本文使用的術(shù)語(yǔ)“赤鐵礦”，例如，是指包含a -Fe203、γ -Fe2O3, β -Fe0.0H或其混合物的化合物。
[0061]本文使用的諸如“約”和“大約”的程度的術(shù)語(yǔ)意指所修飾術(shù)語(yǔ)的偏差的合理量，使得最終結(jié)果并不顯著改變。這些程度的術(shù)語(yǔ)應(yīng)被解釋為包括所修飾的術(shù)語(yǔ)的至少±5%或至少±10%的偏差，條件是該偏差不對(duì)其所修飾的詞語(yǔ)具有否定含義。
[0062]例如，將鋁離子以Al (OH)3的形式沉淀可在約9至約10、約9.2至約9.8、約9.3至約9.7或約9.5的pH值下進(jìn)行。
[0063]例如，沉淀鋁離子可通過(guò)使鋁離子與酸或與堿反應(yīng)進(jìn)行。
[0064]例如，酸可為H2SO4' HCl、HNO3等。
[0065]例如，堿可為NaOH、KOH等。
[0066]例如，沉淀鋁離子可通過(guò)使鋁離子與AlCl3反應(yīng)進(jìn)行。
[0067]例如，沉淀鋁離子可通過(guò)使包含鋁離子的堿性組合物與酸反應(yīng)進(jìn)行。
[0068]例如，沉淀鋁離子可通過(guò)使包含鋁離子的堿性組合物與HCl和/或AlCl3反應(yīng)進(jìn)行。
[0069]例如，沉淀鋁離子可通過(guò)使包含鋁離子的酸性組合物與堿反應(yīng)進(jìn)行。
[0070]例如，沉淀鋁離子可通過(guò)使包含鋁離子的酸性組合物與NaOH和/或KOH反應(yīng)進(jìn)行。
[0071]例如，鋁離子的沉淀可在約50至約75°C、約55至約70°C或約60至約65°C的溫度下進(jìn)行。
[0072]例如，鋁離子的第一沉淀可在約7至約10的pH值下通過(guò)使鋁離子與HCl和/或AlCl3反應(yīng)進(jìn)行，以及其中第二沉淀在保持為約7至約9、約7.5至約8.5、約7.8至約8.2或約8的值的反應(yīng)介質(zhì)中通過(guò)使鋁離子與HCl和/或AlCl3反應(yīng)進(jìn)行。
[0073]例如，鋁離子的第一沉淀可在約7至約10的pH值下通過(guò)使包含鋁離子的堿性組合物與HCl反應(yīng)進(jìn)行，以及其中第二沉淀在保持為約7至約9、約7.5至約8.5、約7.8至約8.2或約8的值的反應(yīng)介質(zhì)中通過(guò)使招離子與AlCl3反應(yīng)進(jìn)行。
[0074]例如，所述鋁離子以Al (OH) 3的形式的第一沉淀可在所述約7至約10的pH值下通過(guò)使鋁離子與HCl和/或AlCl3反應(yīng)進(jìn)行，以及其中鋁離子以Al (OH) 3的形式的第二沉淀在保持為約7至約9的值的反應(yīng)介質(zhì)中通過(guò)使所述鋁離子與HCl和/或AlCl3反應(yīng)進(jìn)行。
[0075]例如，鋁離子可在可為例如約7至約10的給定的pH值下以Al (OH) 3的形式沉淀。
[0076]例如，第二沉淀可在約50至約75°C、約55至約70°C或約60至約65°C的溫度下進(jìn)行。
[0077]例如，與HCl反應(yīng)可包括在HCl中消化。
[0078]例如，與HCl反應(yīng)可包括使用HCl進(jìn)行噴灑。
[0079]例如，將Al (OH) 3轉(zhuǎn)化為AlCl 3可通過(guò)使Al (OH) 3與HCl反應(yīng)進(jìn)行，HCl的濃度為5至約14摩爾每升、6至約13摩爾每升、約7至約12摩爾每升、約8至約11摩爾每升、約9至約10摩爾每升、約9.2至約9.8摩爾每升、約9.3至約9.7摩爾每升或約9.5摩爾每升。
[0080]例如，將Al (OH)3R化為AlCl3可在約80至約120°C、約90至約110°C、約95至約105°C或約97至約103°C的溫度下通過(guò)使Al (OH) 3與HCl反應(yīng)進(jìn)行。
[0081]例如，獲得的AlCl3可通過(guò)離子交換樹(shù)脂純化。例如，離子交換樹(shù)脂可