CN101234773A

CN101234773A - 一种利用铝酸钠溶液生产氢氧化铝的方法

Info

Publication number: CN101234773A
Application number: CNA2007100635461A
Authority: CN
Inventors: 郑诗礼; 王雪; 张亦飞; 张懿
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: CN101234773B

Abstract

本发明提供了一种利用铝酸钠溶液生产氢氧化铝的方法，包括以下步骤：1)将氧化铝浓度为50－250g/L，苛性比为1.4－2.6的铝酸钠溶液与甲醇混合均匀；2)将步骤1)的混合液体在30－80℃下密闭，搅拌0.5－24小时，使氢氧化铝结晶析出；3)对反应后的溶液进行液固分离，得到固相和母液，对固相采用3－5级浆式逆流洗涤，洗涤水温度为50－90℃，然后在60－110℃下干燥，得到氢氧化铝产品；本发明的方法反应速度快，反应时间大大缩短，并且不需要添加氢氧化铝晶种，从而解决了大量晶种占用分解槽而导致设备产能低的问题，极大地提高了制备方法的总效率，铝酸钠溶液分解率远远大于拜耳法，能将已有工艺的分解率从50％提高到90％以上，母液的循环效率大大提高。

Description

一种利用铝酸钠溶液生产氢氧化铝的方法

技术领域：

本发明涉及一种生产氢氧化铝的方法，特别是一种利用铝酸钠溶液生产氢氧化铝的方法。

背景技术：

氢氧化铝是一种重要的化工冶金原料，90％用于焙烧氧化铝作为电解铝的原料，同时在药品、催化剂、塑料、造纸、耐火材料、磨料及电子产品等方面也有着广泛的应用。

拜耳法是氧化铝工业生产的主要方法。拜耳法工艺的实质是通过拜耳循环使铝土矿中的氧化铝在高温高压下反应，使其以铝酸钠溶液形式溶出，铝酸钠溶液降温稀释后与赤泥分离，溶液加晶种分解出氢氧化铝，煅烧可得氧化铝。其中铝酸钠溶液晶种分解过程作为拜耳法生产工艺的关键工序，主要存在以下问题：(1)铝酸钠溶液分解很不彻底，分解率仅为55％左右，远低于理论上可达到的分解率，造成分解母液的循环量大，进而影响溶出效率；(2)分解时间长，晶种分解时间在50-70小时之间，是拜耳法工艺耗时最长的一个工序；(3)晶种加入量大，晶种系数为1-3倍，即添加晶种的氧化铝含量是溶液中氧化铝含量的1-3倍，造成氧化铝循环量大，增加了动力消耗；(4)此外，由于我国铝土矿含硅较高，拜耳法溶出时氧化铝和氧化钠大量进入赤泥，目前较好的从赤泥中回收氧化钠和氧化铝的高压水化法需要采用苛性比远大于10的铝酸钠溶液进行溶出，而拜耳法循环母液苛性比仅为3-4，无法实现拜耳法与高压水化法的串联。

美国专利U.S.4822593及U.S.4900537对甲醇或多羟基的醇对种分过程的影响进行了研究，指出甲醇能加速种分，但其研究仅限于在传统的加晶种分解铝酸钠溶液的过程中，通过加入0.5倍溶液体积比范围内的甲醇或乙醇作为添加剂调控氢氧化铝晶体的长径比，从而控制所得到的氢氧化铝的形貌，其所得到的产品形貌为2微米以上的针状或片状氢氧化铝。

发明内容：

本发明的目的在于克服传统种分结晶分解时间长、种子比大、分解率低、物料循环效率低等一系列问题，从而提供一种无需添加晶种、反应时间短、分解率高的利用铝酸钠溶液生产氢氧化铝的方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的利用铝酸钠溶液生产氢氧化铝的方法，包括以下步骤：

1)将苛性比为1.4-2.6的铝酸钠溶液与甲醇混合均匀，其中两种溶液的体积比为铝酸钠溶液∶甲醇＝1∶0.6-3，并且所述铝酸钠溶液中氧化铝浓度为50-250g/L；

2)将步骤1)的混合液体在30-80℃下密闭，搅拌0.5-24小时，使氢氧化铝结晶析出；

3)对反应后的溶液进行液固分离，得到固相和母液；对固相进行洗涤和干燥，得到氢氧化铝产品。

进一步地，所述对固相进行洗涤和干燥为采用3-5级浆式逆流洗涤，洗涤水温度为50-90℃，然后在60-110℃下干燥。

进一步地，上述方法还包括步骤4)：将所述母液在65-110℃下进行分馏，其中低沸点组分为甲醇，将所述甲醇返回步骤1)，用于分解铝酸钠溶液；高沸点组分为氢氧化钠溶液，用于从铝土矿石中溶出铝酸钠溶液。

进一步地，上述步骤4)的分馏为常压分馏和减压分馏。

本发明的方法同美国专利U.S.4822593相同的地方在于，都是在铝酸钠溶液中加入甲醇，利用甲醇与水和氢氧化钠互溶而与氢氧化铝不溶的特性，破坏铝酸钠溶液的介稳状态，使氢氧化铝析出，但与该美国专利不同的是，该过程中不再向铝酸钠溶液中添加氢氧化铝晶种，而且加入甲醇的量远大于美国专利中的使用量，从而使甲醇直接诱发铝酸钠溶液中产生大量的氢氧化铝，同时较多量的甲醇所产生的氢键能阻碍氢氧化铝离子团聚，充当表面活性剂的作用，能得到分散性能良好且粒度分布均匀的纳米(100nm以内)至超细(小于1微米)的氢氧化铝颗粒。

同时该方法与已有方法相比，在不添加晶种的情况下，铝酸钠溶液的分解率大大提高，能达到90％以上；打破了原有工艺铝酸钠溶液苛性比高于1.8时分解率大大降低的局限，其最高苛性比可达到2.6；反应后母液的苛性比为15-50，与种分法母液苛性比仅为3.1-3.7相比，母液的循环效率大大提高，能很好的实现拜耳法和高压水化学法的串联。因此，本发明的优点在于：

1.本方法中温度对分解率的影响远小于晶种分解中温度对分解率的影响，因此温度适用范围宽，且无需降温机制；

2.本方法反应速度快，反应时间大大缩短，除Al₂O₃浓度在160g/L以上的较高浓度铝酸钠溶液需要6-12小时达到平衡外，其余反应均能在1-4小时内分解完成，极大地提高了氧化铝生产工艺的分解槽单位产能；

3.本方法不需要添加氢氧化铝晶种，从而解决了大量晶种占用分解槽而导致设备产能低的问题，极大地提高了制备方法的总效率；

4.本方法不仅适用于1.4-1.8的低苛性比铝酸钠溶液，也同样适用于1.8-2.6的高苛性比铝酸钠溶液，打破了高苛性比铝酸钠溶液无法晶种分解的局限，一般情况下，通过拜耳法处理一水硬铝石型矿石得到的铝酸钠溶液苛性比较高，本发明的方法可以将这种高苛性比铝酸钠溶液作为原料；

5.本方法最突出的优点在于铝酸钠溶液分解率远远大于拜耳法，能将已有工艺的分解率从50％提高到90％以上，母液的循环效率大大提高；

6.本方法中分解母液的苛性比高达15-50，远远高于传统晶种分解，因此有利于将母液直接用于高压水化法处理赤泥，有利于利用拜耳法处理我国丰富的中低品位铝土矿；

7.本方法能得到纳米或超细氢氧化铝，能用作塑料和聚合物的无烟阻燃填料、合成橡胶制品的催化剂和防燃填料、造纸的增光剂和增白剂、生产铝盐、拟薄水铝石和活性氧化铝及纳米氧化铝等，产品附加值高。

8.本方法还具有流程简单，操作方便的优点，易于实现工业化。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的氢氧化铝的扫描电镜图片；

图2是本发明实施例3制备的氢氧化铝的扫描电镜图片；

图3是本发明的铝酸钠溶液甲醇分解生产氢氧化铝的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

本实施例包括以下步骤：

1)向Al₂O₃浓度为50g/L，苛性比为1.4的铝酸钠溶液中，加入甲醇，其中，两种溶液的体积比为铝酸钠溶液∶甲醇＝1∶0.6；

2)将上述混合溶液置于温度保持在30℃的反应容器中密闭搅拌，半小时后停止反应；

3)对步骤2)的反应产物进行液固分离，得到氢氧化铝固相和母液；母液中氧化钠含量为35g/L，苛性比为13；固相在50℃洗涤水中经3-5次浆式洗涤后在60℃干燥，得氢氧化铝产品，本实施例中铝酸钠分解率为89％。

例1所得氢氧化铝的扫描电镜如图1所示，产品粒径在纳米范围。

实施例2

本实施例中，铝酸钠溶液中Al₂O₃浓度为100g/L，苛性比为1.4，初始混合液体中各溶液的体积比铝酸钠溶液∶甲醇＝1∶1.5，反应温度60℃，反应时间为8小时，洗涤水温度90℃，干燥温度为110℃，其余条件和步骤同实施例1。反应后母液中氢氧化钠浓度为45g/L，苛性比为50，氧化铝分解率为94％。

对上述得到的母液在65℃下进行减压分馏，得到的低沸点组分是甲醇，可以返回步骤1)中，重新用于配制铝酸钠溶液。

实施例3

本实施例中铝酸钠溶液中Al₂O₃浓度为150g/L，苛性比为2.6，按照体积比铝酸钠溶液∶甲醇＝1∶3配置混合液体，反应时间12小时，洗涤水温度70℃，干燥温度为80℃，其余条件和步骤同实施例1。反应后母液中氢氧化钠浓度为50g/L，苛性比为13，氧化铝分解率为80％。

对上述得到的母液在80℃下进行减压分馏，得到的低沸点组分是甲醇，可以返回步骤1)中，重新用于配制铝酸钠溶液。

例3所得氢氧化铝的扫描电镜如图2所示，产品粒径在500nm左右。

实施例4

本实施例中铝酸钠溶液中Al₂O₃浓度为250g/L，苛性比为1.5，混合溶液反应温度为80℃，反应时间24小时，其余条件和步骤同实施例1。反应后母液中氢氧化钠浓度为120g/L，苛性比为14.7，氢氧化铝分解率为86％。

对上述得到的母液在110℃下进行常压分馏，得到的低沸点组分是甲醇，可以返回步骤1)中，重新用于配制铝酸钠溶液。

实施例5

本实施例中铝酸钠溶液中Al₂O₃浓度为150g/L，苛性比为2，反应时间6小时，其余条件和步骤同实施例1。反应后母液中氢氧化钠浓度为60g/L，苛性比为12，氧化铝分解率为84％。

实施例6

本实施例中铝酸钠溶液中Al₂O₃浓度为200g/L，苛性比为1.5，按照体积比铝酸钠溶液∶甲醇＝1∶2配制混合液体，反应温度为40℃，反应时间12小时，其余条件和步骤同实施例1。反应后母液中氢氧化钠浓度为90g/L，苛性比为40，氧化铝分解率为95％。

以上各实施例得到的氢氧化铝产品均符合一级品的标准。

Claims

1. 一种利用铝酸钠溶液生产氢氧化铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将氧化铝浓度为50-250g/L，苛性比为1.4-2.6的铝酸钠溶液与甲醇混合均匀，其中溶液的体积比为铝酸钠溶液∶甲醇＝1∶0.6-3；

2. 按照权利要求1所述的利用铝酸钠溶液生产氢氧化铝的方法，其特征在于，所述的对固相进行洗涤和干燥为采用3-5级浆式逆流洗涤，洗涤水温度为50-90℃，然后在60-110℃下干燥。

3. 按照权利要求1所述的利用铝酸钠溶液生产氢氧化铝的方法，其特征在于，还包括步骤4)：将所述母液在65-110℃下进行分馏，其中低沸点组分为甲醇，将所述甲醇返回步骤1)，用于分解铝酸钠溶液；高沸点组分为氢氧化钠溶液，用于从铝土矿石中溶出铝酸钠溶液。

4. 按照权利要求2所述的利用铝酸钠溶液生产氢氧化铝的方法，其特征在于，所述分馏为常压分馏或减压分馏。