7446-70-0 / 氯化鋁的制備

背景及概述^[1][2]

氯化鋁化學式AlCl3，氯化鋁的蒸氣或溶于非極性溶劑中或處于熔融狀態時，都以共價的二聚分子Al2Cl6形式存在。在空氣中極易吸收水分并部分水解放出氯化氫而形成酸霧。易溶于水并強烈水解，溶液顯酸性。也溶于乙酸和乙醚，同時放出大量的熱。用做有機合成和石油工業的催化劑、染料的中間體，還用于處理潤滑油，制造蒽醌、丁基橡膠和烴類樹脂。

其中無水氯化鋁應用最為廣泛，無水三氯化鋁是一種重要的無機化工原料，主要用于制洗滌劑的烷基化劑、合成藥物、合成染料、合成橡膠、洗滌劑、塑料、香料等；同時無水三氯化鋁也是一種十分重要的催化劑，特別是作為費瑞德V克萊福特反應的催化劑得以廣泛應用，此外無水三氯化鋁有望用于金屬鋁的生產，若以無水三氯化鋁為原料進行鋁電解將在節能減排、減少溫室氣體排放方面具有巨大潛力。

應用^[2][4]

無水氯化鋁可用作石油裂解催化劑，可以單獨使用，也可以和硫酸，磷酸，硝基化合物等作成加成化合物使用；弗瑞德-克來特反應Friedel-Crafts反應用催化劑，用苯制備烷基苯，烴類的異構化，烷基化催化劑，聚丙烯酸樹脂，聚乙烯樹脂，聚氯乙烯樹脂等用的交聯劑使用，并用于處理潤滑油和制造蒽醌等。含水氯化鋁可以在木材防腐、印染、假羊皮紙的制造，食品添加劑等方面使用。

如制備一種納米三氯化鋁固載化催化劑，在石油化工等領域，三氯化鋁是被廣泛應用的催化劑之一，它主要的催化性能有烷烴異構化、烷基化、烯烴聚合和酰基化。在使用三氯化鋁作為催化劑的過程中，由于它的強腐蝕性和強毒性、同產物分離困難、并產生大量污水對環境造成污染等缺點，其應用受到越來越多的限制。通過把三氯化鋁固載于氧化鋁、二氧化硅、分子篩等具有豐富孔道和表面羥基的載體上，克服了其上述缺點，并保持良好的催化特性。

該方法的步驟是，先把納米二氧化硅在一定溫度下進行活化，然后把一定量的三氯化鋁蒸汽通入裝有二氧化硅的反應器中，在設定的溫度下，使三氯化鋁與二氧化硅表面羥基進行反應，制得一種具有高比表面積，高表面酸性的納米三氯化鋁固載化催化劑。

該催化劑的顆粒度在5nm-400nm之間。采用價格低廉的納米二氧化硅為載體，避免了三氯化鋁固有的強腐蝕性和毒性，且催化劑與產物極易分離，解決了使用三氯化鋁催化劑傳統工藝中后處理產生污水致環境污染問題及反應過程中三氯化鋁對設備的腐蝕問題，并克服了顆粒狀固載化三氯化鋁催化劑易粉化的缺點，所得催化劑可部分代替原有使用三氯化鋁作為催化劑的反應。

制備^[3]

1.鋁錠法

鋁錠法也稱金屬鋁法，即將氯氣直接通過熔融的金屬鋁，兩者直接接觸反應生成無水三氯化鋁，反應方程式是：

反應溫度一般控制在800℃左右，氣相產物無水三氯化鋁在400℃左右進入產品捕集器，經自然冷凝結晶，得到無水三氯化鋁成品，尾氣經稀堿或石灰乳水洗滌吸收后排空。鋁錠法生產無水三氯化鋁工藝流程簡單、設備少、單位產品投資小，因此它的固定成本低，然而該方法鋁源為金屬鋁，導致生產成本相對較高，為了降低原料的成本，一些工藝中采用雜鋁或部分雜鋁作原料，采用雜鋁后，由于原料中雜質成分復雜，會導致產品中雜質較多。

2.氧化鋁法

氧化鋁法是以氧化鋁、氯氣及碳三者為原料共同反應制取無水三氯化鋁，國外研究者曾對氧化鋁法制無水三氯化鋁的反應機理進行了研究，他們認為氧化鋁法制無水三氯化鋁的反應式為：

3.含鋁資源氯化法

含鋁資源氯化工藝的原理與氧化鋁粉氯化法的原理相同，由于礦石中雜質多，成分復雜，因此需要對礦石進行預處理或者對氯化生成的粗三氯化鋁進行復雜的凈化處理，在含鋁礦物氯化流程中，許多研究圍繞礦石預處理和粗三氯化鋁凈化展開。

以經兩步處理后的含鋁礦物作原料制備無水三氯化鋁，鋁土礦的處理步驟為：1）400-750℃下，在CO和SO3氣氛中使鐵以硫化鐵形式除去；2）430-750℃下，鋁土礦中其余的鐵以氣態三氯化鐵的形式揮發除去，預處理過程鋁的損失在3%以下，用處理后鋁土礦制備的無水三氯化鋁經一般凈化后產品含鐵量可低至0.05%。

4. 結晶六水氯化鋁

高溫氣氛保護脫水法無水三氯化鋁制備較難，而含水的氯化鋁制備較為容易，因此可以先從含鋁的原料制備得到含水氯化鋁，然后再脫水得到無水三氯化鋁。一種從六水氯化鋁制備無水三氯化鋁的方法，首先在200-450℃下加熱六水氯化鋁，直至六水化合物基本脫水，脫水產物于350-600℃下，與含40%-50%體積分數的氯氣、30%-50%的一氧化碳、5%-15%的二氧化碳及5%-15%的氫氣的氣體混合物反應，產生無水三氯化鋁氣體，該法也可以從礦物原料制備結晶氯化鋁，充分利用資源的優勢，不足之處也在于生產設備較大。

5.結晶六水氯化鋁有機鹽脫水法

在借鑒六水氯化鎂醇氨法與復鹽法脫水工藝的基礎上，馬家玉提出六水氯化鋁復鹽法脫水工藝和六水氯化鋁醇氨法脫水工藝，六水氯化鋁復鹽法脫水工藝步驟為：1）六水氯化鋁流態化干燥脫除大部分結晶水；2）干燥后的氯化鋁產物溶于醇中配制氯化鋁的醇溶液，同時配入一定量的氯化銨，而后采用真空蒸餾方法脫除氯化鋁醇溶液中的水分；3）脫水后的氯化鋁醇溶液與氨氣逆流接觸反應生成晶體；4）氨化后的產物洗滌、過濾、干燥，并將干燥后的晶體加熱分解，得到氨與無水三氯化鋁混合氣體，分離后獲得固體無水三氯化鋁，氨循環利用.

該工藝的特點是，六水氯化鋁干燥脫水過程易操作、工藝條件范圍寬，無水有機介質循環量少、產率高、能耗低。

主要參考資料

[1] 中學教師實用化學辭典

[2] 精細化工辭典

[3] 李昌林, 周云峰, 柴登鵬, 等. 無水三氯化鋁的制備方法及研究進展[J]. 材料導報, 2017 (S1): 105-107.

[4] 劉美英;鄧少亮;郭傳華.一種納米三氯化鋁固載化催化劑及制備方法.CN200910010991.0，申請日20090331