结晶氯化铝用途广泛,可用于催化剂、絮凝剂、农业和医学等方面。制备结晶氯化铝的原料主要是铝土矿,但近几年铝土矿资源匮乏,为了满足国内铝产品的需求,研究者们开始关注寻找铝土矿的替代品。我国粉煤灰堆存量在日益增加,大量的粉煤灰不易处理,引起了严重的环境问题,而粉煤灰中氧化铝的含量为30%~50%,资源化利用价值高,目前以粉煤灰制备铝产品在固废综合利用领域已引起广泛关注。从粉煤灰中提铝的方法有焙烧法、酸法和铵法,其中酸法由于可以实现铝硅分离,成为粉煤灰提铝的热门方法。酸法提铝主要包括盐酸法、硫酸法和硫酸铵法,其中硫酸法和盐酸法在酸浸过程中杂质离子容易随着铝离子一起浸出,影响产品质量,制约其工业化发展。目前一种硫酸和硫酸铝铵/硫酸氢铵混合介质浸出粉煤灰的工艺被提出,该工艺中间产物硫酸铝铵的溶解度随着温度变化比较大,不需要蒸发结晶,极易析出,且在此过程中杂质不易析出,基于此,本论文提出两条工艺,一是以硫酸铝铵为原料,采用氯化氢气体结晶方法制备结晶氯化铝,二是先将硫酸铝铵转化为氢氧化铝,再采用盐酸反应结晶的方法制备结晶氯化铝。本论文的主要研究内容和结论如下:(1)开展了硫酸铝铵-氯化氢气体制备结晶氯化铝的工艺过程的研究,以十二水合硫酸铝铵为原料,采用氯化氢气体结晶法制备了结晶氯化铝,考察了通气速率、通气时间、反应温度、铝离子初始浓度对结晶的影响。采用ICP、XRD、SEM等表征手段,对不同工艺条件下铝的收率、结晶氯化铝纯度、晶体形貌进行分析。结果表明,50 mL硫酸铝铵酸溶液中,当通气速率为60 mL/min、通气时间为2 h、反应温度为30 ~oC、铝离子初始浓度为20 g/L时,铝的收率为85%,结晶氯化铝纯度为88%,可以得到形貌比较规整的棱柱形六水氯化铝晶体。此研究为提取、制备高品质六水氯化铝晶体提供了技术参考。(2)由于以硫酸铝铵直接制备结晶氯化铝,产品中会有硫酸根杂质的存在,随后采用硫酸铝铵转化后的氢氧化铝为原料制备结晶氯化铝。基于此,开展了氢氧化铝-盐酸反应结晶制备结晶氯化铝的工艺过程的研究,考察了盐酸浓度、反应温度、反应时间、固液比对结晶的影响。采用ICP、XRD、SEM等表征手段,对不同工艺条件下铝的收率、结晶氯化铝纯度、晶体形貌进行分析。结果表明,当盐酸浓度为12 mol/L、反应温度为80 ~oC、反应时间为10 h、固液比为1:15时,铝的收率为74.2%,晶体纯度大于99.99%,所得晶体呈块状,形貌规整且整体尺寸均一。(3)为了给工艺的中试化提供一定的数据支撑,对两条工艺进行了物料衡算和能量衡算,分析了两条工艺的优缺点。发现采用“硫酸铝铵和氯化氢气体通气结晶”工艺得到产品产量高,约为9991 T/年,且能耗比较小,但是产品纯度低,而通过“氢氧化铝-盐酸反应结晶”工艺得到的结晶氯化铝纯度高达99.99%。