CN101092242B

CN101092242B - 铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺

Info

Publication number: CN101092242B
Application number: CN2007100157652A
Authority: CN
Inventors: 孟令利; 刘辉; 李广战; 陈玉海
Original assignee: Aluminum Corp of China Ltd
Current assignee: Aluminum Corp of China Ltd
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2027-05-22
Also published as: CN101092242A

Abstract

本发明涉及一种铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，原液依次经过附聚分解槽和晶种生长分解槽，在晶种生长分解槽需要添加分解晶种，在晶种生长分解槽后增设强化分解槽，强化分解槽需要添加细晶种，强化分解槽的溢流液经过叶滤机后得分解母液，从叶滤机回收的细晶种返回到强化分解槽，强化分解槽的晶种返回到附聚分解槽；原液的一部分依次通过晶种槽和储槽补充到强化分解槽，循环作业。科学合理，能耗小，成本低，控制方便，分解率高，产品质量好。

Description

铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺

技术领域

本发明涉及一种铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，用于氧化铝工业生产。

背景技术

工业氧化铝生产过程中，种分工序由于铝酸钠溶液分解速度慢，使该法生产中耗时最长的一个工序。铝酸钠溶液分解过程中一系列问题之所以难以解决，其根本原因是人们对过饱和铝酸钠溶液的结构性质及其分解机理缺乏本质性的认识。在氧化铝生产体系中，铝酸钠溶液特殊稳定性迥异于一般过饱和无机盐溶液，虽然经过上百年研究，积累了大量的实验数据，但由于铝酸钠溶液结构的复杂性和行为的特殊性，实际生产中铝酸钠溶液种分过程分解率一直远低于理论分解率。因此，铝酸钠溶液种分分解率的提高，以及砂状氧化铝的生产和提高种分工序的效率一直是铝酸钠溶液种分过程研究的重点。

实际上，影响铝酸钠溶液分解速度和分解率的因素很多，带来的影响也是多方面的、复杂的，并且因具体条件不同而不同。在实验室和工业试验阶段，各种强化方法分别针对分解过程的二次成核、晶体附聚和长大，以及铝酸钠溶液结构和分解动力学过程的影响，另外对种分过程参数优化、晶种活化、添加剂和超声波强化的研究，亦可提高铝酸钠溶溶液种分分解率，缩短分解时间，以利于得到电解铝所需的砂状氧化铝。对于铝酸钠溶液分解过程的研究目的是实现过程的“三高”，即高分解率、过程高效率和产品高品质。

工业上强化铝酸钠溶液种分过程，目前主要是致力于降低溶出液的苛性比；净化溶出液，去除其中的有机化合物杂质；合理组织分解流程和选择作业条件(主要是温度控制)。例如，郑州轻金属研究院氧化铝试验厂的生产实际，提出的提高种分分解率的有效途径是：降低精液苛性比值；采取初温65℃，经12h自然降温至60，再中间降温至55℃，再48h降温至43℃左右的二次降温分解制度；提高种子添加量为700-750g/l之间；适当提高分解原液(即原液)浓度。上述方法可以在一定程度上有效地提高铝酸钠溶液种分的分解效率，但不能将分解率提高到预期的水平。

现阶段强化铝酸钠溶液种分的方法有：

1、活化晶种强化

活化晶种是因为众多研究发现，铝酸钠溶液的种分过程与晶种的性质密切相关；晶种表面的不同晶面有不同的生长速率，晶体的缺陷，棱角是晶种的活性点。因此，可以通过不同的活化晶种方法，使晶种表面的活性位增加，在不同程度上提高种分分解率。已研究过的活化晶种的方法主要有以下几种：

(1)热活化，如采用工业氢氧化铝焙烧窑窑灰做晶种；

(2)机械活化，即用球磨机的设备研磨工业晶种，使其表面化学键断裂，晶体缺陷增加而改变固体的热力学性质和参与化学反应的能力。

(3)用离子交换剂处理，得到具有较大比表面积和大量活性点的晶种；

(4)向铝酸钠溶液中添加诱发剂，分解制取活性晶种；

(5)铝酸钠溶液自发分解制取活性晶种；

(6)铝酸钠溶液冷冻法制取活性晶种；

(7)酸活化，用盐酸、硫酸等处理工业氢氧化铝以制取活性晶种。

以上方法各有弊端。多数方法，随着种分进行，警钟表面快速失活，而且活化晶种的处理方法往往操作困难，出路时间长，同时活化方法设备投资大，对产品的粒度及纯度有影响，难以在工业上实现。

2、添加剂强化

为了提高铝酸钠溶液的分解率和获得粒度比较粗的氢氧化铝产品，人们研究了各种添加剂对晶体附聚、长大的影响。添加剂可以是无机物，也可以是有机物。通过改变晶种表面润湿性或改变铝酸钠溶液的特性，可以使铝酸根离子在晶种表面的吸附标得更容易而达到强化分解的目的。

铝酸钠溶液添加铝盐(AlF₃，AlCl₃，Al₂(SO₄)₃，K₂SO₄Al₂(SO₄)₃24H₂O等)和铁盐，当添加量达到或超过溶液中氧化铝含量的1％时，可以促进铝酸钠溶液的分解过程，这是因为铝盐或铁盐的晶体与其相接触的铝酸钠溶液相互作用，是溶液变为中性，在中和过程中生成胶体氢氧化铝，这些胶体质点便成为加速其余部分铝酸钠溶液分解的结晶核心，从而强化铝酸钠溶液的分解过程。但析出的氢氧化铝粒度很小，过滤困难，难以在工业上应用，该方法可用来制造活性晶种。

添加的有机物主要有，聚丙三醇、聚乙二醇、石蜡油、硬脂酸、和阳离子表面活性剂。添加聚丙三醇可以获得较大粒径的氢氧化铝；添加葡萄糖可以减少产品中小于325目颗粒的数量。有机化合物添加剂强化种分的主要作用在于：提高铝酸钠溶液的分解率，促进细颗粒的附聚同时降低有机化合物杂质(如草酸钙)对种分的影响。由于工业的铝酸钠溶液在氧化铝生产过程中是循环操作，要求有机化合物添加剂具有一定的稳定性，并在氢氧化铝焙烧制备氧化铝时，能完全焙烧干净。对添加剂特别是有机化合物添加剂在铝酸钠溶液种分过程中的研究，特别是在提高产品粒度方面的研究，一直是氧化铝工作者们的研究重点。

3、超声波强化

外场强化铝酸钠溶液种分过程一直是人们感兴趣的课题。研究认为超声对溶液结晶的所有过程都有作用，但效果最好的是对成核过程的影响。超声对晶种有破碎作用。也有人认为超声波可以促进铝酸钠溶液二次晶核的大量生成。超声波强化强化铝酸钠溶液分解一直受到关注，目前仍处于探索阶段。由于人们对铝酸钠溶液的结构性质和分解机理缺乏本质认识。因此对超声波强化铝酸钠溶液分解过程的机理还有待进一步研究。

综上所述，铝酸钠溶液种分过程可以被不同的强化方法强化分解，不同的方法有不同的优缺点。但这些方法都没有得到工业应用，因此，对于强化铝酸钠溶液种分过程有必要探索一条新路，克服各种方法的缺点，实现种分过程的“三高”。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，分解率高，产品质量好。

本发明的“三段分解”工艺是在“二段法分解”的基础上提出的，增加了细晶种的强化分解阶段，可以使晶种分解的分解率由现在的不足52.0％达到理论分解率58～60％，并使产品全部达到砂状氧化铝质量标准，质量好。

本发明所述的铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，原液依次经过附聚分解槽和晶种生长分解槽，在晶种生长分解槽需要添加分解晶种(两种种子之一)，其特征在于晶种生长分解槽后增设强化分解槽，强化分解槽需要添加细晶种(两种种子之二)，强化分解槽的溢流液经过叶滤机后得分解母液，从叶滤机回收的细晶种返回到强化分解槽，强化分解槽的晶种返回到附聚分解槽；原液的一部分依次通过晶种槽(称为二次成核)和储槽补充到强化分解槽，循环作业。

本发明根据种分过程中铝酸钠溶液的分解特性和对种子的需要及氢氧化铝颗粒的生长、附聚的特性和对铝酸钠溶液的需要，将整个种分流程分为附聚分解段、晶种生长分解段、强化分阶段和二次成核控制四个部分。附聚段分解、晶种生长分解段、强化分解段分别采用不同的晶种。附聚分解段采用细种子，在高温、快速的分解条件下使颗粒充分附聚、生长，满足颗粒附聚的要求。强化分解段采用细晶种，满足在低温、缓慢的分解条件下对晶种大表面的要求，由于采用细晶种，因此可以通过多加晶种的办法提高单位体积的晶种表面积，因而可以加快分解速度，使分解率达到理论分解率58～60％，解决了附聚段和缓慢分解段对种子的不同要求的矛盾。

增加二次成核控制工艺，变顺流分解的“爆发”式不可控细化为小量的、均匀的、可控的成核，为强化分解段提供生长的晶核。强化分阶段产出的细粒氢铝不断返回附聚分解段供附聚用，解决了周期细化的问题。

成品过滤机选用较粗的滤布，如325目或250目筛做滤布，利用“跑混”使细颗粒再返回附聚段继续附聚，可以保证产品的粒度合格。

本发明的控制参数如下：

晶种生长分解槽中的分解晶种细度为50～100μm，晶种量为250～900g/l，优选400～500g/l；

强化分解槽的控制温度为40～60℃；

强化分解槽中，添加的细晶种的细度为D₅₀10～50μm，晶种量为400～600g/l；

晶种生长分解槽的控制温度为60～70℃，种子比为1.5～5，优选2.5～3；

附聚槽的控制温度为60～75℃，种子比为0.2～0.5；

晶种槽的控制温度为45～55℃。

本发明的有益效果如下：

(1)增加了过程的操作变量，使流程更加可控。通常的顺流种分工艺只有槽数、流量、种子系数、温度四个控制变量，而本发明“三段分解”工艺有附聚槽数、晶种生长槽数、强化分解槽数、附聚种子系数、细晶种种子系数、温度、流量、二次成核数量七个控制变量，因此“三段分解”工艺更加可控，操作性更强。

(2)产品质量更优，所有颗粒均经过长时间的高温、高浓度、长时间附聚，因而有更高的强度和更大的粒度。

(3)产品经过过滤机粗滤布的“跑混”，细粒子返回附聚分解继续分解附聚，更使产品的粒度得以保证。

(4)强化分解段是细晶种，搅拌强度可以降低，由于细晶种具有更大的表面，可以加快分解速度，可以减少槽数，因而也可以节约电耗。

(5)不用旋流器分级，也可以节约电耗。

(6)由于过滤采用滤网，阻力降低，可以采用高压引风机代替真空泵，减少电耗。

(7)由于产品的粒度比顺流分解更粗，因而产品的水分可以降低。

(8)利用“二次成核控制”消除周期细化，减少产品质量的波动。

(9)由于强化分阶段采用细晶种，分解率可以提高到58～60％，达到理论分解率。

附图说明

图1是本发明的工艺流程框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

如图所示，本发明“三段分解”种分工艺将种分流程分为附聚分解段、晶种生长分解段、二次成核控制和强化分解四个部分。1号槽为附聚分解段，2号槽为晶种生长分解段，3号槽为强化分解槽。在附聚分解段、晶种生长分阶段与现有的“二段分解”相似，细晶种添加到附聚槽，进行附聚。

在强化分解段，采用细氢铝做晶种，粒度D₅₀约10～50μm，晶种量为400～600g/l。采用细晶种与采用粗晶中相比，可以使晶种具有更大的表面，因而可以加快分解速度，缩短分解时间。用二次成核控制为细晶种生长分解段不断提供细晶核，由于在细晶种生长分解段分解温度低、过饱和度低，颗粒不会附聚成很大的颗粒。这样就解决了分解后期需要更大的晶种表面与分解前期种子系数的矛盾。细晶种强化分解段担负着保证氧化铝分解率和为附聚段提供细颗粒的作用。可以为附聚段“源源不断”地提供细颗粒，保证附聚对细颗粒的需要。

在附聚分阶段、晶种生长分阶段和细晶种强化分阶段通过调整种子量、铝酸钠溶液温度和溶液的α_k来抑制二次成核，所需的晶核由二次成核控制部分来提供。

二次成核控制，将铝酸钠溶液降温至45～55℃，添加少量晶种，与现有的种分微粉类似，控制生成细晶核，分解率约15～20％。控制流量加入细晶种生长分解段。留部分槽底做下一次的成核的种子，不断循环。

操作控制：

1、通过控制附聚段的槽数和种子系数可以控制颗粒在附聚段的停留时间。增加槽数、加大种子系数可以延长颗粒在附聚段的停留时间，即控制了颗粒的附聚程度，进而可以控制产品的粒度和强度。

2、强化分解段的种子量可以用细晶种的添加量控制，满足对分解晶种量的要求。细晶种的粒度可以用二次成核浆液量控制，多加入二次成核，颗粒在细晶种生长分解就变细。

3、二次成核控制，可以控制温度45～55℃和留的槽底的量及搅拌时间，搅拌0.8～1.2小时，不要求很高的分解率。

4、温度控制，与二段分解类似，采用强制换热的方式，附聚分解段采取强制降温方式，在附聚段和晶种生长段之间加换热器。

5、细氢氧化氧化铝返回附聚段量，强化分解段产出的细晶种返附聚段的量根据细强化分解段的分解率以沉降底流的液固比和流量控制。细晶种强化分阶段做种子的量根据晶种分解段所需的种子系数的量决定。这样可以保证各槽的种子系数的稳定。而且各段的种子及种子量相对独立。

6、成品过滤机选用较粗的滤网，如325目或250目筛做滤布，利用“跑混”使细颗粒再返回附聚段继续附聚，可以保证产品的粒度合格。

通过上述的操作使整个分解系统处于控制之中。

7、各段主要控制条件如下：

①分解原液经换热器1温度降至70～75℃，

②附聚槽温度控制在60～75℃，与现二段分解的一段相似，种子比0.2～0.5，进料方式为上进下出。

③经一段分解的溶液经换热器3，温度降至60～70℃，进入生长槽。生长槽内滞留粗种子，总的种子系数1.5～5，优选2.5～3，与现二段分解的种子相似。上部不搅拌，采取沉降的方式出料，粗颗粒滞留在生长槽，细颗粒随溶液经换热器4进入强化槽。从生长槽根据流程的液量和固含去部分溶液经平盘过滤机分离，过滤介质采用滤网，细颗粒穿滤，随滤液经换热器4进入强化槽，经强化槽的溶液温度降至48～52℃，与现分解终点温度相同。滤饼经淋洗，即得产品氢氧化铝。

④强化槽温度控制在40～60℃，种子采用较细的种子，D₅₀约10～50μm，种子量400～600g/l。下部进料，上部沉降出料，由于种子力度较细，沉降性能不好，溢流经叶滤机回收细种子，回收种子返回强化槽。

⑤分解原液一部分经换热器2换热，温度降至50～55℃，进入晶种槽，晶种槽种子量10％，与现氢氧化铝微粉生产相似，根据强化槽内种子粒度变化情况添加细晶种。

具体实施例如下：

实施例1

本发明铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，将种分流程分为附聚分解段、晶种生长分解段、二次成核控制和强化分解四个部分，具体工艺参数：晶种槽温度50℃，附聚槽温度70℃，种子比0.35，晶种生长分解槽温度60℃，晶种细度70μm，晶种量为500g/l，种子比2.5；强化分解槽温度50℃，晶种细度25μm，晶种量为500g/l，分解率58.5％。

实施例2

本发明铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，将种分流程分为附聚分解段、晶种生长分解段、二次成核控制和强化分解四个部分，具体工艺参数：晶种槽温度50℃，附聚槽温度65℃，种子比0.40，晶种生长分解槽温度60℃，晶种细度70μm，晶种量为500g/l，种子比3.0；强化分解槽温度45℃，晶种细度20μm，晶种量为600g/l，分解率59.5％。

实施例3

本发明铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，将种分流程分为附聚分解段、晶种生长分解段、二次成核控制和强化分解四个部分，具体工艺参数：晶种槽温度50℃，附聚槽温度60℃，种子比0.40，晶种生长分解槽温度60℃，晶种细度60μm，晶种量为600g/l，种子比3.5；强化分解槽温度45℃，晶种细度18μm，晶种量为600g/l，分解率60.1％。

实施例4

本发明铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，将种分流程分为附聚分解段、晶种生长分解段、二次成核控制和强化分解四个部分，具体工艺参数：晶种槽温度50℃，附聚槽温度75℃，种子比0.30，晶种生长分解槽温度65℃，晶种细度70μm，晶种量为450g/l，种子比2.5；强化分解槽温度50℃，晶种细度20μm，晶种量为600g/l，分解率59.2％。

Claims

1.一种铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，原液依次经过附聚分解槽和晶种生长分解槽，在晶种生长分解槽需要添加分解晶种，其特征在于晶种生长分解槽后增设强化分解槽，强化分解槽需要添加细晶种，强化分解槽的溢流液经过叶滤机后得分解母液，从叶滤机回收的细晶种返回到强化分解槽，强化分解槽的晶种返回到附聚分解槽；原液的一部分依次通过晶种槽和储槽补充到强化分解槽，循环作业，其中强化分解槽中添加的细晶种细度为D₅₀10～50μm。

2.根据权利要求1所述的铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，其特征在于细晶种的添加量为400～600g/l。

3.根据权利要求1所述的铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，其特征在于晶种生长分解槽中的分解晶种细度为50～100μm，晶种量为250～900g/l。

4.根据权利要求1、2或3所述的铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，其特征在于强化分解槽的控制温度为40～60℃。

5.根据权利要求4所述的铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，其特征在于晶种生长分解槽的控制温度为60～70℃，种子比为1.5～5。

6.根据权利要求5所述的铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，其特征在于附聚槽的控制温度为60～75℃，种子比为0.2～0.5。

7.根据权利要求6所述的铝酸钠溶液三段两种子种分分解工艺，其特征在于晶种槽的控制温度为45～55℃。