CN102976379A - 一种铝酸钠溶液晶种分解的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝酸钠溶液晶种分解的方法，包括以下步骤：1)将铝酸钠溶液和Al(OH)3晶种混合并控制在60～80℃开始搅拌分解，其中铝酸钠溶液的苛性比值为1.25～1.60，晶种系数为1.0～4.0；2)将分解体系降温至40～50℃；3)在5～20小时内对分解体系连续升温，升温幅度为5～25℃，终温不超过65℃。应用本发明可经济、有效地强化铝酸钠溶液的晶种分解过程，提高分解过程产出率、氧化铝生产的循环效率等技术经济指标。

Description

一种铝酸钠溶液晶种分解的方法
技术领域
本发明涉及一种铝酸钠溶液晶种分解的方法。
背景技术
我国是目前世界上最大的氧化铝生产国和消费国，2011年我国氧化铝实际产量达到3407万吨，其中超过90％的产量均采用铝酸钠溶液晶种分解的方法制备。铝酸钠溶液晶种分解是影响氧化铝生产效率及产品质量的关键环节。强化铝酸钠溶液晶种分解过程一直是氧化铝生产技术研究的热点问题之一，主要包括改善产品质量和提高分解率两个方面。
在改善产品质量方面，以生产砂状氧化铝为目标，目前国际上主要有两大流派：一是以美铝公司为代表的两段分解技术，适用于较低浓度铝酸钠溶液的分解过程。其实质是将晶种分解过程分为附聚和长大两个阶段，种子需要进行分级，细种子加到附聚段，粗种子加到结晶长大段。这种方法所生产的产品粒度均匀，但流程复杂，操控难度大，设备投资费用较高。二是以法铝公司为代表的一段分解技术，适用于较高浓度铝酸钠溶液的分解过程。该技术主要依靠结晶长大，采用较低的分解首槽温度，高晶种系数，种子不需分级。该方法流程简单，易于控制，但生产中易出现周期性细化。
在提高分解率方面，至今虽无实质性进展，但开展了大量的研究工作，主要有：1)改变溶液体系，包括离子膜电解法、萃取法、醇法和碳酸氢钠法等。这些方法分解速率大、分解率和产出率高，但存在废液排放量多、后处理工艺复杂、溶液难以循环等问题。2)施加外场，包括声场、磁场、电场等。虽然据报道这类方法可以提高分解率，但存在分解率提高幅度小、工业实施难度较大、产品质量难以保证等问题。3)添加活性晶种，包括晶种预处理、活性晶种制备等。这些方法能有效提高分解率，但过程复杂、成本高。4)采用添加剂，在工业上，这类方法对改善产品质量是有效的，但对于提高分解率无明显效果。
在氧化铝工业生产中，随着铝酸钠溶液晶种分解深度的提高，往往伴随着产品粒度细化等问题。提高分解率与改善产品质量之间的矛盾，一直是国内外氧化铝生产领域亟待突破的技术瓶颈之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种分解率高且产品质量好的铝酸钠溶液晶种分解的方法。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：1)将铝酸钠溶液和Al(OH)3晶种混合并控制在60～80℃开始搅拌分解，其中铝酸钠溶液的苛性比值为1.25～1.60，晶种系数为1.0～4.0；2)将分解体系降温至40～50℃；3)在5～20小时内对分解体系连续升温，升温幅度为5～25℃，终温不超过65℃。
本发明的另一种方案为：1)将铝酸钠溶液和Al(OH)3晶种混合并控制在60～80℃开始搅拌分解，其中铝酸钠溶液的苛性比值为1.25～1.60，晶种系数为1.0～4.0；2)将分解体系降温至40～50℃；3)在0.1～5小时内使分解体系温度升高5～25℃，终温不超过65℃，然后保温5～20h。
根据铝酸钠溶液中氢氧化铝的平衡溶解度与其颗粒尺寸间的关系，通过控制分解过程的温度制度，调控群分布氢氧化铝颗粒在不同分解时期的反应行为，以同时提高分解率和改善产品质量。在分解前期，通过降温，增大铝酸钠溶液的过饱和度，以提高分解速率。而在分解后期，利用粗颗粒在溶液中的平衡溶解度较小、细颗粒的平衡溶解度较大的原理，通过升温，使体系中氢氧化铝细粒子溶解、较粗粒子依靠摄取溶解的细粒子的质量而长大，既改善产品质量，又进一步提高分解率。
本发明相对于已有技术，具有以下优点：1)在分解前期采用降温制度，提高溶液的过饱和度，以保证分解率；2)在分解后期采用升温制度，可以改善氢氧化铝的粒度分布，细粒子含量少，同时进一步提高分解率；3)分解后期提高体系温度，有利于产品和晶种的固液分离，同时由于晶种分解母液需通过蒸发实现溶液循环，因而不会明显增加能耗。
具体实施方式
实施例1
分解原液组成为：苛性碱浓度为Na2Ok 170g/L，碳碱浓度Na2Oc 5g/L，SiO2浓度为0.60g/L，苛性比值为1.45。分解条件：晶种系数为3.72；分解初温为60℃，采用匀速降温，到40h时降温至40℃，此时铝酸钠溶液的苛性比值为3.05，分解率为52.46％；然后采用连续升温，12h升温至65℃，分解结束，此时铝酸钠溶液的苛性比值为3.44，分解率为57.85％。而在其他条件相同的情况下，进行后期不升温的对比实验，即初温为60℃，采用匀速降温，至40h时降温至40℃，然后保温12h，分解结束，此时铝酸钠溶液的苛性比值为3.08，分解率为52.92％。对比实验表明，本发明可提高分解率4.93％，且所得产品形貌较好，产品中粒径小于45μm粒子所占质量百分含量为8.20％。
实施例2
分解原液组成为：苛性碱浓度Na2Ok 158g/L，碳碱浓度Na2Oc5g/L，SiO2浓度为0.70g/L，苛性比值为1.25。分解条件：晶种系数为1.0；分解初温为80℃，采用匀速降温，到40h时降温至50℃，此时铝酸钠溶液的苛性比值为2.24，分解率为44.20％；然后采用连续升温，5h升温至60℃，分解结束，此时铝酸钠溶液的苛性比值为2.53，分解率为50.59％。而在其他条件相同的情况下，进行后期不升温的对比实验，即初温为80℃，采用匀速降温，至40h时降温至50℃，然后保温5h，分解结束，此时铝酸钠溶液的苛性比值为2.32，分解率为46.12％。对比实验表明，本发明可提高分解率4.47％，且所得产品形貌较好，产品中粒径小于45μm粒子所占质量百分含量为4.35％。
实施例3
分解原液组成为：苛性碱浓度Na2Ok 167g/L，碳碱浓度Na2Oc5g/L，SiO2浓度为0.62g/L，苛性比值为1.30。分解条件：晶种系数为4.0；分解初温为70℃，采用匀速降温，到36h时降温至40℃，此时铝酸钠溶液的苛性比值为2.93，分解率为55.63％；然后采用先升温后保温的措施，1h内升温至50℃，在该温度下保温20h至分解结束，此时铝酸钠溶液的苛性比值为3.52，分解率为63.07％。而在其他条件相同的情况下，进行后期不升温的对比实验，即分解初温为70℃，采用匀速降温，至36h时降温至40℃，然后保温21h，分解结束，此时铝酸钠溶液的苛性比值为2.97，分解率为56.23％。对比实验表明，本发明可提高分解率6.84％，且所得产品形貌较好，产品中粒径小于45μm粒子所占质量百分含量为14.43％。
实施例4
分解原液组成为：苛性碱浓度Na2Ok 162g/L，碳碱浓度Na2Oc10g/L，SiO2浓度为0.60g/L，苛性比值为1.50。分解条件：晶种系数为3.72；分解初温为75℃，采用匀速降温，到35h时降温至40℃，此时铝酸钠溶液的苛性比值为3.02，分解率为50.33％；然后采用先升温后保温的措施，5h内升温至65℃，在该温度下保温5h至分解结束，此时铝酸钠溶液的苛性比值为3.20，分解率为53.12％。而在其他条件相同的情况下，进行后期不升温的对比实验，即初温为75℃，采用匀速降温，至35h时降温至40℃，然后保温10h，分解结束，此时铝酸钠溶液的苛性比值为3.05，分解率为50.82％。对比实验表明，本发明可提高分解率2.30％，且所得产品形貌较好，产品中粒径小于45μm粒子所占质量百分含量为7.89％。
实施例5
分解原液组成为：苛性碱浓度Na2Ok 159g/L，碳碱浓度Na2Oc7g/L，SiO2浓度为0.50g/L，苛性比值为1.40。分解条件：晶种系数为2.50；分解初温为60℃，采用匀速降温，到40h时降温至40℃，此时铝酸钠溶液的苛性比值为3.01，分解率为53.49％；然后采用连续升温，20h升温至45℃，分解结束，此时铝酸钠溶液的苛性比值为3.35，分解率为58.21％。而在其他条件相同的情况下，进行后期不升温的对比实验，即初温为60℃，采用匀速降温，至40h时降温至40℃，然后保温20h，分解结束，此时铝酸钠溶液的苛性比值为3.03，分解率为53.80％。对比实验表明，本发明可提高分解率4.41％，且所得产品形貌较好，产品中粒径小于45μm粒子所占质量百分含量为10.20％。
实施例6
分解原液组成为：苛性碱浓度Na2Ok 169g/L，碳碱浓度Na2Oc8g/L，SiO2浓度为0.80g/L，苛性比值为1.60。分解条件：晶种系数为3.50；分解初温为65℃，采用匀速降温，到39h时降温至45℃，此时铝酸钠溶液的苛性比值为2.95，分解率为45.76％；然后采用先升温后保温的措施，0.1h内升温至50℃，在该温度下保温14h至分解结束，此时铝酸钠溶液的苛性比值为3.24，分解率为50.62％。而在其他条件相同的情况下，进行后期不升温的对比实验，即初温为65℃，采用匀速降温，至39h时降温至45℃，然后保温14.1h，分解结束，此时铝酸钠溶液的苛性比值为2.96，分解率为45.95％。对比实验表明，本发明可提高分解率4.67％，且所得产品形貌较好，产品中粒径小于45μm粒子所占质量百分含量为11.78％。

Claims (2)

1.一种铝酸钠溶液晶种分解的方法，其特征是，包括以下步骤：1)将铝酸钠溶液和Al(OH)3晶种混合并控制在60～80℃开始搅拌分解，其中铝酸钠溶液的苛性比值为1.25～1.60，晶种系数为1.0～4.0；2)将分解体系降温至40～50℃；3)在5～20小时内对分解体系连续升温，升温幅度为5～25℃，终温不超过65℃。
2.一种铝酸钠溶液晶种分解的方法，其特征是，包括以下步骤：1)将铝酸钠溶液和Al(OH)3晶种混合并控制在60～80℃开始搅拌分解，其中铝酸钠溶液的苛性比值为1.25～1.60，晶种系数为1.0～4.0；2)将分解体系降温至40～50℃；3)在0.1～5小时内使分解体系温度升高5～25℃，终温不超过65℃，然后保温5～20h。
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