CN101607728A - 一种碳酸氢钠分解铝酸钠溶液生产氧化铝的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用碳酸氢钠分解铝酸钠溶液生产氧化铝的方法，利用碳酸氢钠或碳酸氢钠与碳酸钠的混合液作为中和剂使铝土矿溶出液——铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝。分解分两步进行：第一步控制添加的碳酸氢钠总当量数与铝土矿溶出液中的苛性碱的总当量数之比不大于0.9，确保得到的氢氧化铝及其焙烧而成的氧化铝产品具有高品质；第二步控制添加的碳酸氢钠总当量数与剩余苛性碱的总当量数之比不小于1.0，确保残留的铝酸钠全部以氢氧化铝和丝钠铝石的混合沉淀形式析出，该产品可作为生产化学品氧化铝的原料。该方法的分解母液－碳酸钠溶液经纯化后可通过膜电解方式转化为氢氧化钠和碳酸氢钠，可以实现物料循环。本发明既发扬了种分和气体CO2碳分的各种优点，而且也克服了它们所存在的各种弊病，分解率高、耗时少，节能环保，经济和社会效益显著。

Description

一种碳酸氢钠分解铝酸钠溶液生产氧化铝的方法
技术领域
本发明涉及氧化铝生产领域，特别是关于利用碳酸氢钠分解铝土矿溶出液-铝酸钠溶液生产氢氧化铝和氧化铝的方法。
技术背景
目前国内外氧化铝生产的方法主要有拜耳法、烧结法和的联合法。联合法仅是拜耳法和烧结法的组合。拜耳法能耗低，是目前世界各国普遍采用的氧化铝生产工艺，拜耳法工艺在我国约占氧化铝生产的80％左右。烧结法能耗是拜耳法的3～4倍，仅用于含硅高的低品位铝土矿的生产，世界各国很少应用。我国铝土矿质量差，烧结法在早期建设中应用较多，目前单独应用和在联合法中应用总量约占氧化铝生产的20％左右。
拜耳法工艺流程是：用种分母液(含铝酸钠的氢氧化钠溶液)溶出铝土矿中的氧化铝生成铝酸钠溶液，然后采用添加氢氧化铝晶种的方法(种分)使其分解析出氢氧化铝，经固液分离后，固体-氢氧化铝焙烧制成氧化铝，液体-种分母液返回溶出新的矿石；烧结法工艺流程是：用碳酸氢钠与铝土矿煅烧、用水溶出煅烧矿中的铝酸钠，然后采用通入气体CO2的方法(碳分)使其分解析出氢氧化铝，经固液分离后，固体-氢氧化铝焙烧制成氧化铝，液体-碳分母液(含有少量铝酸钠的碳酸钠溶液)返回煅烧系统处理新的矿石。
拜耳法分解铝酸钠所采用的种分过程，由于受溶液Na2O-Al2O3-H2O三相平衡的限制，铝酸钠中的铝不能在分解过程中完全生成氢氧化铝析出，在实际生产中拜耳法晶种分解的分解率只能在50％左右，而且种分过程时间长达40～70小时，所以生产效率低；种分产出的氧化铝质量好(均在二级品以上)，但不易生成优质砂状氧化铝。
烧结法分解铝酸钠所采用的气体CO2碳分法由于是酸碱中和反应，分解率高，理论上可达到100％，实际生产为90％左右，而且碳分过程时间短约4～5小时左右，所以碳分是生产效率高的分解工艺。但采用气体CO2的碳分有着较多的弊病，首先是产出的氧化铝质量差(三级品居多)；其次是需在生产过程中增加制备CO2工序，即石灰生产工序，增加了投资，复杂了生产流程；第三是气体CO2碳分是气-液反应，反应剧烈，且有大量CO2排入大气污染环境。
在2007年申报的中国发明专利“一种碱溶碳分法生产氧化铝的工艺(申请号200710178670.2)”中，提出了一种“以氢氧化钠溶液为溶出剂溶出铝土矿中的氧化铝得到铝酸钠溶液，用碳酸氢钠分解铝酸钠溶液得到氢氧化铝固体沉淀和碳酸钠溶液，固液分离后，氢氧化铝固体经焙烧制成氧化铝产品，而碳酸钠溶液通过电解转化为可循环利用的氢氧化钠溶液和碳酸氢钠溶液”的氧化铝生产新工艺。
本发明涉及上述“碱溶碳分法”生产氧化铝工艺中以碳酸氢钠溶液分解铝土矿溶出液-铝酸钠溶液的方法。本发明提出的碳酸氢钠分解铝土矿溶出液生产氧化铝的方法，既发扬了种分和气体CO2碳分的各种优点，同时也克服了它们所存在的各种弊病。本发明的方法，可使铝酸钠溶液的分解率达到～100％(其中高质量产品的分解率～90％)，分解时间5～6小时，产品中粒度小于45微米的所占比例＜10％的高品质氧化铝，且易制成砂状。从而大幅度提高了原拜耳法生产系统的生产效率和设备利用率，简化了工艺流程，降低了能耗，节省了投资，保护了环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以碳酸氢钠分解铝酸钠溶液制取氢氧化铝和氧化铝产品的方法。本发明的方法，既发扬了种分和气体CO2碳分的各种优点，同时克服了它们所存在的各种弊病。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提出的以碳酸氢钠分解铝酸钠的方法是利用碳酸氢钠与铝酸钠的液-液中和反应使铝酸钠分解为氢氧化铝，因而有可能实现100％的分解率。
本发明的碳酸氢钠中和分解分两个阶段完成，即分两步向铝土矿溶出液-铝酸钠溶液中添加中和剂-碳酸氢钠或碳酸氢钠与碳酸钠的混合液，第一步以控制添加的碳酸氢钠总当量数与铝土矿溶出液中苛性碱的总当量数之比≯0.9(不大于0.9)为原则，以确保第一分解阶段得到分解率为～90％的高品质氧化铝产品；第二步以控制添加的碳酸氢钠总当量数与铝土矿溶出液中的苛性碱的总当量数之比≮1.0(不小于1.0)为原则，以确保第二分解阶段铝酸钠彻底分解，所得到的沉淀是氢氧化铝与丝钠铝石的混和物，该产品可用作为生产化学品氧化铝的原料。
本发明提出的铝酸钠溶液“碳酸氢钠中和分解法”还可以预先在铝酸钠溶液中加入氢氧化铝晶种，使所得氢氧化铝产品的粒度较大。
铝酸钠溶液经过碳酸氢钠中和分解后，母液中以碳酸钠为主，此外还含有铁、硅等从铝土矿中溶出的杂质。该母液经过除杂后得到纯净的碳酸钠溶液，再采用膜电解方式将其转化为氢氧化钠和碳酸氢钠，其中氢氧化钠溶液返回浸矿，而碳酸氢钠溶液返回分解浸矿得到的铝酸钠溶液，实现物料的循环利用。
本发明提出的碳酸氢钠中和分解铝酸钠溶液的方法具体如下：
首先在铝酸钠溶液中加入适量氢氧化铝晶种，然后在50～90℃温度下、搅拌条件下，按照铝酸钠溶液中所含苛碱的总当量数之比为0.8-0.9的比例加入碳酸氢钠溶液或碳酸氢钠与碳酸钠的混合液进行第一阶段分解，即控制第一阶段的分解率为不大于90％，分解时间为1～5h，所析出的氢氧化铝粒度大，可以用来生产高品质的氧化铝产品；经固液分离后的滤液中，按照所含苛碱的总当量数之比为0.95-1.05的比例加入碳酸氢钠溶液或碳酸氢钠与碳酸钠的混合液进行第二阶段分解，即滤液中的铝酸钠全部以氢氧化铝与丝钠铝石的混合沉淀形式析出。
为了更好地说明本发明的技术特征，下面通过具体的实施例进行说明。
实施例
实施例1  一次性足量添加碳酸氢钠分解铝土矿溶出液
在搅拌条件下，向温度控制在80℃、总碱度(以Na2O计)为172g/L、Al含量(以A12O3计)为185g/L、苛性碱含量(以Na2O计)为156g/L的铝土矿溶出液中添加100g/L碳酸氢钠溶液，碳酸氢钠的添加量控制在与溶出液的苛性碱的当量数之比为1.05，分解2小时，分解率达99.65％。将得到的氢氧化铝产品进行焙烧，1200℃下保温4小时，得到氧化铝产品，分析结果见表1。
表1
Figure S2008101109839D00031
实施例2一次性足量添加碳酸氢钠与碳酸钠的混合液分解铝土矿溶出液
在搅拌条件下，向温度控制在60℃、总碱度(以Na2O计)为173g/L、Al含量(以A12O3计)为186g/L、苛性碱含量(以Na2O计)为156g/L的铝土矿溶出液中添加碳酸氢钠含量为80g/L、碳酸钠含量为40g/L的混合溶液，混合溶液的添加量控制在其碳酸氢钠的总当量数与溶出液中苛性碱的总当量数之比为0.95，分解5小时，分解率达99.7％。将得到的氢氧化铝产品进行焙烧，1200℃下保温4小时，得到氧化铝产品，分析结果见表2。
表2
实施例3  第一步控量添加碳酸氢钠分解铝土矿溶出液
在搅拌条件下，向温度控制在80℃、总碱度(以Na2O计)为173g/l、Al含量(以A12O3计)为186g/L、苛性碱含量(以Na2O计)为156g/L的铝土矿溶出液中添加碳酸氢钠含量为90g/L、碳酸钠含量为30g/L的混合溶液，混合溶液的添加量控制在其碳酸氢钠的总当量数与溶出液中苛性碱的总当量数之比为0.8，分解5小时，分解率达90.2％。将得到的氢氧化铝产品进行焙烧，1200℃下保温4小时，得到氧化铝产品；向剩余的母液中在2小时内补加足量的碳酸氢钠，得到氢氧化铝与丝钠铝石的混合沉淀，分解率达到99.9％。产品质量分析结果见表3。
表3
Figure S2008101109839D00041
实施例4 第一步控量添加碳酸氢钠和氢氧化铝晶种联合分解铝土矿溶出液
在搅拌条件下，向温度控制在80℃、总碱度(以Na2O计)为173g/l、Al含量(以Al2O3计)为184g/L、苛性碱含量(以Na2O计)为156g/L的铝土矿溶出液中同时添加碳酸氢钠含量为60g/L、碳酸钠含量为60g/L的混合溶液和晶种系数为0.3的氢氧化铝，混合溶液的添加量控制在其碳酸氢钠的总当量数与溶出液中苛性碱的总当量数之比为0.9，分解4小时，分解率达92.0％。将得到的氢氧化铝产品进行焙烧，1200℃下保温4小时，得到氧化铝产品；向剩余的母液中在2小时内补加足量的碳酸氢钠，得到氢氧化铝与丝钠铝石的混合沉淀，分解率达到99.9％。产品质量分析结果见表4。
表4
Figure S2008101109839D00042
*氧化铝产品粒度45μm以下率为12％，达到了砂状氧化铝产品的行业标准。

Claims (2)

1.一种利用碳酸氢钠分解铝酸钠溶液生产氧化铝的方法，其特征在于利用碳酸氢钠作为中和剂快速分解铝土矿溶出液，分两步进行：第一步控制添加的碳酸氢钠总当量数与铝土矿溶出液中的苛性碱的总当量数之比不大于0.9，确保得到的氢氧化铝及其焙烧而成的氧化铝产品具有高品质；第二步控制添加的碳酸氢钠总当量数与剩余苛性碱的总当量数之比不小于1.0，确保残留的铝酸钠全部以氢氧化铝和丝钠铝石的混合沉淀形式析出。
2.如权利要求1所述的利用碳酸氢钠分解铝酸钠溶液生产氧化铝的方法，其中在向铝土矿溶出液中添加碳酸氢钠中和剂进行分解之前，先向铝土矿溶出液中投加一些氢氧化铝晶种，以得到粒度较大的氢氧化铝及其焙烧而成的高质量氧化铝产品。
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