CN108585007B - 一种协同调控强化铝酸钠溶液晶种分解的方法 - Google Patents

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Abstract

一种协同调控强化铝酸钠溶液晶种分解的方法，包括高活性晶种浆液制备、种分强化以及细粒子预处理和附聚。通过多手段调控溶液分解和结晶过程，解决了提高分解率与保证产品质量的矛盾问题。应用本发明可实现溶液分解率57%以上，同时产品砂状化，质量符合国家一级品标准。本发明具有分解率高、产品砂状化、流程简单、投资少、应用前景广阔等特点。

Description

一种协同调控强化铝酸钠溶液晶种分解的方法
技术领域
本发明涉及一种协同调控强化铝酸钠溶液晶种分解的方法，属铝冶金技术领域。
背景技术
铝酸钠溶液晶种分解(常称“种分”)是拜耳法生产氧化铝的关键工序，它直接影响到产出率、产品质量和主要技术经济指标等。
砂状氧化铝作为电解铝的原料具有流动性好、飞扬损失低、粉尘量低、比表面积高等优点，而铝酸钠溶液分解出的砂状化氢氧化铝是砂状氧化铝生产的基础。目前，无论是采用传统的一段，还是传统的两段种分方法，在保证生产砂状化氢氧化铝时，种分过程仍存在分解率(～45％)、分解时间长(40～55h)和产出率低(70～90kg/m3-溶液)等缺点，是氧化铝生产效率提高的技术瓶颈，显著提高分解率一直研究的热点和难点。
近年来，研究人员不断提出大幅度提高分解率(分解率＞55％)的方法，如加入水(李民菁等，铝酸钠溶液分解的新方法CN101654272A)、甲醇(郑诗礼等，CN101746794A)、尿素(N.K Sahu et al，Journal ofthe Taiwan Institue ofChemical Engineers，2014，45(3)：815～822)、氨水(刘桂华等，一种过饱和铝酸钠溶液种分强化的方法，ZL201510175099.3)、肼(N.K.SAHU et al，Transaction ofNonferrous Metals Societyof China 25(2015)615-621)或大量碳酸氢钠(马家玉，强化拜耳法种分过程生产砂状氧化铝的方法，CN103482662A)等。这些方法虽可显著提高分解率，但因产品粒度细、添加剂难经济分离、环境风险大或苛性碱损失多等原因，在工业化应用前还需做大量的优化工作。上述研究工作没有突破的技术难题仍是：如何经济解决分解率提高和产品砂状化之间的矛盾。为了在提高铝酸钠溶液种分分解率的同时，使细粒氢氧化铝长粗，刘桂华等(一种制备砂状氧化铝的方法ZL201510179718.6)将细粒氢氧化铝在较高温度下转化为粗粒一水软铝石。此法虽然能生产砂状氧化铝，但温度较高，设备投资较大，运行费用较高，经济性不显著。为此，本发明人提出了更经济的方法，高效解决高分解率下产品细化的问题。
发明内容
为解决目前种分分解率低，以及高分解率下产品细化等问题，本发明人研究发现：(1)三水铝石粒子的粒径显著影响粒子的溶解度，粒径越细，其溶解度越大；(2)在分解过程中，Al(OH)4 -离子量对分解速率、分解率影响最大；(3)晶种表面性质能调控溶液中铝酸根离子的存在形态；(4)粒子的附聚和生长与粒子粒径明显相关，粒子附聚首先发生在细粒子间，附聚速率与质量相对过饱和度呈线性关系；粒子越粗，其生长速率越大；(5)粒子表面性质影响粒子的附聚；(6)氢氧化铝粒度、形貌、晶面叠合等显著影响其晶种活性等等。基于上述研究结果，通过调控溶解度、Al(OH)4 -离子量和显著提高晶种表面活性等措施协同提高分解率，又通过调控氢氧化铝析出量和析出速率、匹配粗细粒子量，以及强化附聚等，可协同促进粒子长粗；从而构建了本发明的理论基础。
本发明包括如下步骤：
1.一种协同调控强化铝酸钠溶液晶种分解的方法，其特征在于，在溶液晶种分解时加入高活性晶种浆液、循环晶种，任选的加入经过细粒预处理和附聚的氢氧化铝浆液，所述循环晶种为-45μm粒子大于15％不超过30％、优选不超过25％，平均粒径55～75μm的氢氧化铝。
2.根据1所述的方法，所述高活性晶种浆液通过如下步骤制备：以铝酸钠溶液为原料，加入碳酸氢钠浆液，通过诱发成核和快速分解，制备得到高活性晶种浆液；优选的，所述循环晶种用量远大于高活性晶种，所述循环晶种和高活性晶种的质量比为100～380，优选为150-350，更优选为160-250。
3.根据1所述的方法，所述高活性晶种浆液通过如下步骤制备：用70g/L～150g/LNaHCO3浆液与铝酸钠溶液反应，控制反应温度不低于25℃；在10-30分钟内诱发成核，然后在60分钟内快速分解，获得粒度不大于3μm、氢氧化铝各晶面中面面叠合少，分解率大于60％的高活性晶种浆液，其中，各晶面间呈面面相交或垂直状的氢氧化铝占比不少于60质量％，优选不少于70质量％，更优选不少于80质量％；优选的，所述高活性晶种浆液通过如下步骤制备：在温度25～65℃间，按碳酸氢钠浆液/铝酸钠溶液体积比1/3-3/1加入两种溶液，快速搅拌诱发成核，停留时间不大于30分钟；然后再按铝酸钠溶液/成核体系浆液体积比10/50-50/10继续加入铝酸钠溶液，快速搅拌，在60分钟内将溶液快速分解，分解率介于60～75％之间；制得的高活性晶种浆液搅拌停留时间小于4小时。
4.根据1所述的方法，在种分开始和种分3～6h时分两次加入高活性晶种浆液，而循环晶种在种分开始时加入；优选的，高活性晶种浆液加入量按浆液/种分铝酸钠溶液体积比1/35～1/15计加入；同时高活性晶种浆液分两次加入，即：开始时按1/60～1/50体积比加入；种分3～6h后加入剩余的晶种浆液；循环晶种加入量和铝酸钠溶液比例为700～1500g/L，在种分开始时加入；强化种分初温55～65℃，种分末温45～50℃，分解时间40～50h；优选的，所述高活性晶种为氢氧化铝晶种，粒度0.3～3μm，氢氧化铝颗粒边缘呈锯齿状，片状氢氧化铝主要呈面面相交或垂直状，面面叠合状少，占比不大于40％，优选不大于30％，更优选不大于20％。
5.根据1所述的方法，所述循环晶种的制备方法包括如下步骤：将高活性晶种浆液和循环晶种加入至铝酸钠溶液中，强化分解铝酸钠溶液；得到的氢氧化铝随后经一级分级得粗粒氢氧化铝和细粒氢氧化铝A，所述细粒氢氧化铝A进一步分级得较粗的氢氧化铝和较细的细粒氢氧化铝B，所述较粗的氢氧化铝即为所述循环晶种，其中-45μm粒子大于15％不超过30％、优选不超过25％，平均粒径55～75μm。
6.根据5所述的方法，所述粗粒氢氧化铝中-45μm粒子不超过15％、优选不超过12％，平均粒径65～80μm，用于生产砂状氧化铝；优选的，所述细粒氢氧化铝A中-45μm粒子大于15％、优选大于18％，平均粒径50～75μm；优选的，所述细粒氢氧化铝B中-45μm粒子大于30％、优选大于40％，平均粒径25～60μm。
7.根据5所述的方法，对所述细粒氢氧化铝B进行细粒预处理和附聚，得到所述经过细粒预处理和附聚的氢氧化铝浆液，其中-45μm粒子少于5％、平均粒径40～65μm。
8.根据7所述的方法，所述细粒子预处理和附聚包括如下步骤：对分级后的细粒氢氧化铝B进行预处理，消除部分细粒子，并对细粒子表面改性；预处理后细粒子与铝酸钠溶液混和，进行附聚，进一步消除细粒子，强化粒子长粗。
9.根据7所述的方法，所述细粒子预处理和附聚包括如下步骤：在种分母液中按氢氧化铝含量大于500g/L-溶液加入细粒氢氧化铝B进行预处理，消除部分小于45μm氢氧化铝，并增强氢氧化铝表面活性；预处理后的氢氧化铝浆液和铝酸钠溶液混和，低固含下高效附聚，进一步消除小于45μm的氢氧化铝粒子，从而使绝大多数(优选85％以上、进一步优选90％以上、特别优选95％以上)氢氧化铝附聚成大于45μm的粗粒子。
10.根据7所述的方法，其特征在于：强化种分产品经分级得细粒氢氧化铝B，按细粒氢氧化铝B500～1000g/L种分母液加入细粒氢氧化铝B，种分母液成分为：Na2O150～168g/L，Al2O368～93g/L，苛性比αK3.1～3.7，在温度90～150℃下进行预处理0.2～3h；随后，按氢氧化铝固含30～100g/L加入预处理后的氢氧化铝浆液，并与铝酸钠溶液混和，在温度80～95℃进行粒子附聚2～10h。
本发明具有如下优点：
(1)调节手段多、协同调控强化。为提高分解率，提出了调控溶液中铝酸根离子结构、提高晶种活性、调节溶解度等技术思路，表现在：增多Al(OH)4 -离子量、调节溶解度、增大晶种比表面积、显著提高晶种活性、匹配种分温度制度等。为使产品砂状化，提出了调控氢氧化铝表面性质、匹配高活性晶种和循环晶种、高活性晶种两次加入、调控粗/细粒子溶解度、预处理细粒子和强化细粒子附聚等技术方案，从而解决分解率和产品细化的矛盾，实现协同强化铝酸钠溶液晶种分解。
(2)碳酸氢钠加入量少，对氧化铝生产主流程影响少。本发明碳酸氢钠加入量相当于铝酸钠溶液约为0.5～4gNaHCO3/m3-铝酸钠溶液，等同于增加铝酸钠溶液中碳酸钠(以Na2O计)0.19～1.47g/L。在我国循环母液中碳酸钠浓度大于10g/L、蒸发工序连续排出碳酸钠的前提下，本方案对生产影响极少。
(3)分解率高，产品砂状化。相对于传统工艺45％分解率，本发明的分解率均在57％～63％间；且产品的平均粒径介于65～80μm、-45μm的粒子数小于12％；产品化学纯度满足国家标准一级品标准。从而，经济地解决了分解率高和产品细化的矛盾。
(4)流程简单、改造少、普适性好。产品仍为三水铝石，充分利用传统种分流程主体设备(如种分槽、热交换设备、过滤机等)和焙烧设备，新设备少，极易应用于现有工艺流程中。
(5)经济性好、应用前景广阔。因经济地解决了高分解率下产品质量差的问题，且基于现有流程中进行改造，显著提高产出率和循环效率，因而经济性好。同时，世界99％以上、我国95％以上氧化铝产量均采用拜耳法种分流程生产氧化铝，本发明的方案可全部应用于所有拜耳法种分流程中，因而应用前景好。
附图说明
图1为晶种分解的工艺流程示意图；
图2为实施例1得到的高活性晶种扫描电镜图。
具体实施方式
对比例1
传统种分流程：取1000mL铝酸钠溶液(Na2O162.10g/L，A12O3189.31g/L、αK1.41)，升温至60℃，按700g/L加入氢氧化铝循环晶种(平均粒径d5072.34μm，-45μm粒子数占总数的19％)，逐渐降温种分，控制末温45℃，种分45h。溶液分解率为47.12％，不分级的产品粒度d5072.34μm，-45μm粒子数占总数的18.82％。分级后产品粒度d5074.34μm，-45μm粒子数占总数的13.12％；产品中杂质含量(质量百分比)：Na2O0.27％、Fe2O30.019％，SiO20.019％，满足国标一级品标准。
实施例1
(1)高活性晶种浆液制备：取50mL碳酸氢钠浆液(NaHCO3120g/L)，加入至500mL烧杯中，水浴加热至45℃；加入70mL铝酸钠溶液(Na2O155.01g/L，Al2O3179.59g/L，αK1.42)，诱导成核30min；再加入20mL铝酸钠溶液，快速分解60min，制得高活性氢氧化铝晶种的浆液。氢氧化铝粒度细(平均粒径d501.4μm，面面叠合少，主要呈面面相交或垂直，粒子边缘呈锯齿、结晶差)，45℃停留搅拌时间4小时。
(2)溶液种分强化：取900mL铝酸钠溶液加入至2000mL不锈钢桶中，水浴加热，加热至温度60℃，按1000g/L加入氢氧化铝循环晶种(平均粒径d5060.13μm，-45μm粒子数占总数的19％)，并加入15mL高活性晶种浆液，搅拌种分6h。6h后降低温至55℃，再加18mL高活性晶种浆液。随后，逐渐降温，继续种分。控制末温为50℃，共种分45h后。种分后溶液分解率为57.02％。种分产物的平均粒径d5072.82μm，-45μm粒子数占总数的19.26％。
强化种分产物经分级，粗粒子作产品，产品平均粒径d5073.66μm，-45μm粒子数占总数的11.33％；产品中杂质含量(质量百分比)：Na2O0.18％、Fe2O30.013％，SiO20.019％，满足国标一级品标准。细粒子直接作为循环晶种。
实施例2
(1)高活性晶种浆液制备：取50mL碳酸氢钠浆液(NaHCO3120g/L)，加入至500mL烧杯中，水浴加热至40℃；加入50mL铝酸钠溶液(Na2O160.23g/L，Al2O3185.64g/L，αK1.42)，诱导成核30min；再加入50mL铝酸钠溶液，快速分解60min，制得高活性氢氧化铝晶种的浆液。氢氧化铝粒度细(平均粒径d502.5μm，粒子主要呈面面垂直或相交状)，40℃停留搅拌时间3.5小时。
(2)溶液种分强化：取900mL铝酸钠溶液加入至2000mL不锈钢桶中，水浴加热，加热至温度60℃，按1000g/L加入氢氧化铝循环晶种(平均粒径d5060.13μm，-45μm粒子数占总数的18.21％)，并加入15mL高活性晶种浆液，搅拌种分6h。6h后降低温至55℃，再加20mL高活性晶种浆液。随后，逐渐降温，继续种分。控制末温为50℃，共种分45h后。种分后溶液分解率为57.21％。种分产物的平均粒径d5075.82μm，-45μm粒子数占总数的17.99％。
强化种分产物经分级，粗粒子作产品，产品平均粒径d5077.89μm，-45μm粒子数占总数的10.31％；产品中杂质含量(质量百分比)：Na2O0.19％、Fe2O30.018％，SiO20.017％，满足国标一级品标准。细粒子直接作为循环晶种。
实施例3：
采用本发明的工艺流程(图1)：
(1)高活性晶种浆液制备：取50mL碳酸氢钠浆液(NaHCO3100g/L)，加入至500mL烧杯中，水浴加热至40℃；在强烈搅拌的条件下加入50mL铝酸钠溶液(Na2O162.10g/L、Al2O3189.31g/L、αK1.41)，诱导成核10min；再加入50mL铝酸钠溶液，快速分解60min，制得高活性氢氧化铝晶种的浆液。高活性氢氧化铝晶种粒度细(平均粒径d501.4μm，面面垂直或相交，边缘不齐整，呈锯齿状，图2)，40℃停留搅拌时间小于2小时。
(2)溶液种分强化：再取900mL铝酸钠溶液加入至2000mL不锈钢桶中，水浴加热至温度60℃，按50g/L加入步骤(3)中附聚后的氢氧化铝晶种(平均粒径d5055.75μm，-45μm粒子数占总数的1.5％)，和900g/L氢氧化铝循环晶种(平均粒径d5067.78μm，-45μm粒子数占总数的19％)，并加入18mL高活性晶种浆液，种分3h。3h后降低温至55℃，再加40mL高活性晶种浆液。随后，降温种分，控制末温为45℃，共种分45h后。种分后溶液分解率为57.58％。种分产物的平均粒径d5070.89μm，-45μm粒子数占总数的21.76％。
强化种分氢氧化铝经一级分级，粗氢氧化铝为产品，产品平均粒径d5072.89μm，-45μm粒子数占总数的12.00％；产品中杂质含量(质量百分比)：Na2O0.23％、Fe2O30.016％，SiO20.02％，满足国标一级品标准。细粒子再经分级，较粗的氢氧化铝(平均粒径d5067.78μm，-45μm粒子数占总数的19％)作为循环晶种，而细粒氢氧化铝进入细粒预处理和附聚工序中。
(3)细粒预处理和附聚：在150mL不锈钢钢弹中，分别加入按1000g/L加入细粒氢氧化铝(平均粒径d5045.89μm，-45μm粒子数占总数的50.89％)和100mL种分母液(Na2O166.30g/L、Al2O382.89g/L、αK3.30)。钢弹密封，在甘油浴中升温至130℃，搅拌，预处理1h，得预处理后浆液。将50mL预处理后浆液加入至1800mL铝酸钠溶液(Na2O162.10g/L、Al2O3189.31g/L)中，控制固含为50g/L，80℃附聚10h。附聚后的产品平均粒度小于45μm的粒子数占总数的1.2％，d5051.42μm。从而，在保证分解率57.58％的前提下，实现了种分过程中细粒子数的平衡，经济地解决了高分解率和粒子细化的难题。
实施例4
(1)高活性晶种浆液制备：取100mL碳酸氢钠浆液(NaHCO370g/L)，加入至500mL烧杯中，水浴加热至25℃；在强烈搅拌条件下加入100mL铝酸钠溶液(Na2O150.17g/L、Al2O3176.47g/L、αK1.40，碳酸钠20g/L，硫酸钠3g/L)，诱导成核10min；再加入40mL铝酸钠溶液，快速分解60min，分解率为74.77％，制得高活性氢氧化铝晶种的浆液。氢氧化铝粒度细(平均粒径d500.3μm，面面相交或垂直，边缘不齐整)，25℃停留搅拌时间小于4小时。
(2)溶液种分强化：再取900mL铝酸钠溶液加入至2000mL不锈钢桶中，水浴加热，加热至温度60℃，按35g/L加入步骤(3)预处理和附聚后的氢氧化铝(平均粒径d5060.03μm，-45μm粒子数占总数的1.0％)，和1500g/L循环氢氧化铝晶种(平均粒径d5070.23μm，-45μm粒子数占总数的17.78％)，并加入18mL高活性晶种浆液，种分3h。3h后降低温至55℃，再加14mL高活性晶种浆液。随后，逐渐降温，搅拌种分。控制末温为47℃，共种分40h后。种分后溶液分解率为62.00％。种分产物的平均粒径d5076.47μm，-45μm粒子数占总数的18.46％。
强化种分产物经分级，粗粒子为产品，产品平均粒径d5079.89μm，-45μm粒子数占总数的11.93％；产品中杂质含量(质量百分比)：Na2O0.13％、Fe2O30.016％，SiO20.023％，满足国标一级品标准。细粒子再经分级，较粗的粒子作为循环晶种(平均粒径d5070.23μm，-45μm粒子数占总数的17.78％)，细粒氢氧化铝进入细粒预处理和附聚工序。
(3)细粒预处理和附聚：对种分产品氢氧化铝进行分级，获得细氢氧化铝粒子产品(平均粒径d5045.78μm，-45μm粒子数占总数的40.46％)。按700g/L加入上述细氢氧化铝，并加入100mL种分母液(Na2O155.48g/L，Al2O369.38g/L、αK3.68)至150mL不锈钢钢弹中，密封，加入甘油中加热，升温至150℃，适度搅拌，预处理1h。将50mL预处理浆液加入1800mL铝酸钠溶液(Na2O150.17g/L，Al2O3176.47g/L、αK1.40，碳酸钠20g/L，硫酸钠3g/L)中，控制固含30g/L 90℃附聚5h。附聚后的产品平均粒度小于45μm的粒子数占总数的1.0％，d5063.99μm。从而实现了种分过程中细粒子数的平衡。
实施例5
(1)高活性晶种浆液制备：取50mL碳酸氢钠浆液(NaHCO3150g/L)，加入至500mL烧杯中，水浴加热至65℃；在强烈搅拌的条件下加入17mL铝酸钠溶液(Na2O162.17g/L，Al2O3189.31g/L，αK1.41，SiO20.27g/L碳酸钠20g/L，硫酸钠3g/L，草酸钠0.87g/L)诱导成核15min；再加入80mL铝酸钠溶液，快速分解60min，分解率为60.11％，制得高活性氢氧化铝晶种的浆液。氢氧化铝粒度细(平均粒径d502.1μm，粒子主要呈面面垂直状)，40℃停留搅拌时间小于4小时。
(2)溶液种分强化：再取900mL铝酸钠溶液加入至2000mL不锈钢桶中，水浴加热，加热至温度60℃，加入1500g/L循环晶种(平均粒径d5060.99μm，-45μm粒子数占总数的20％)，并加入25mL高活性晶种浆液，还按48g/L加入预处理和附聚后的氢氧化铝，种分3h。3h后降低温至55℃，再加49mL高活性晶种浆液。随后，逐渐降温，搅拌种分。控制末温为45℃，共种分45h后。种分后溶液分解率为57.02％。种分产物的平均粒径d5070.89μm，-45μm粒子数占总数的19.01％。
强化种分产物经分级，粗粒子作为产品，产品平均粒径d5066.32μm，-45μm粒子数占总数的11.96％；产品中杂质含量(质量百分比)：Na2O0.27％、Fe2O30.019％，SiO20.02％，满足国标一级品标准。细粒子经二次分级，较粗的粒子作为循环晶种(平均粒径d5060.99μm，-45μm粒子数占总数的20.12％)，细粒氢氧化铝进入细粒预处理和附聚工序。
(3)细粒预处理和附聚：分别按500g/L加入细粒氢氧化铝(平均粒径d5040.41μm，-45μm粒子数占总数的56.78％)，并加入100mL种分母液(Na2O166.30g/L，Al2O381.67g/L、αK3.35)至150mL不锈钢钢弹中，密封，在甘油浴中加热，升温至150℃，搅拌，预处理0.2h，完成细粒子预处理。将50mL预处理浆液加入500mL铝酸钠溶液(Na2O162.10g/L，Al2O3189.31g/L、αK1.41)中，控制固含45g/L，80℃附聚10h。附聚后的产品平均粒度小于45μm的粒子数占总数的3.2％，d5043.90μm。从而实现了种分过程中细粒子数的平衡。
实施例6
(1)高活性晶种浆液制备：取20mL碳酸氢钠浆液(NaHCO3110g/L)，加入至500mL烧杯中，水浴加热至40℃；在强烈搅拌的条件下加入60mL铝酸钠溶液(Na2O150.98g/L，Al2O3167.21g/L、αK1.49)，诱导成核15min；再加入40mL铝酸钠溶液，快速分解50min，分解率为65.07％，制得含活性氢氧化铝晶种的浆液。氢氧化铝粒度细(平均粒径d500.9μm，面面垂直或相交状的氢氧化铝多)，40℃停留搅拌时间小于3小时。
(2)溶液种分强化：再取900mL铝酸钠溶液加入至2000mL不锈钢桶中，水浴加热，加热至温度55℃，按72g/L加入步骤(3)中附聚后的氢氧化铝晶种(平均粒径d5055.75μm，-45μm粒子数占总数的1.8％)和1000g/L循环氢氧化铝晶种(平均粒径d5067.32μm，-45μm粒子数占总数的16.37％)，并加入15mL高活性晶种浆液，适度搅拌，种分6h。6h后降低温至50℃，再加40mL高活性晶种浆液。随后，逐渐降温，搅拌种分。控制末温为45℃，共种分45h后。种分后溶液分解率为57.29％。种分产物的平均粒径d5070.89μm，-45μm粒子数占总数的18.31％。
强化种分产物经分级，粗粒子作为产品，产品平均粒径d5074.89μm，-45μm粒子数占总数的10.97％；产品中杂质含量(质量百分比)：Na2O0.17％、Fe2O30.013％，SiO20.016％，满足国标一级品标准。细粒子再经分级，较粗的粒子作为循环晶种，细粒氢氧化铝进入细粒预处理和附聚工序。
(3)细粒预处理和附聚：按1000g/L加入细粒氢氧化铝(平均粒径d5045.89μm，-45μm粒子数占总数的30.97％)，并加入100mL种分母液(Na2O157.39g/L，Al2O374.19g/L、αK3.49)至150mL不锈钢钢弹中，密封，加入甘油中加热，升温至130℃，搅拌，预处理2h。按固含70g/L控制，将50mL预处理浆液加入600mL铝酸钠溶液(Na2O150.98g/L，Al2O3167.21g/L)中，80℃附聚10h。附聚后的产品平均粒度小于45μm的粒子数占总数的0.2％，d5065.07μm。从而实现了种分过程中细粒子数的平衡。
实施例7
(1)高活性晶种浆液制备：取10mL碳酸氢钠浆液(NaHCO3130g/L)，加入至500mL烧杯中，水浴加热至50℃；加入10mL铝酸钠溶液(Na2O165.27g/L，Al2O3192.83g/L，αK1.41)，诱导成核10min；再加入70mL铝酸钠溶液，快速分解60min，制得高活性氢氧化铝晶种的浆液。氢氧化铝粒度细(平均粒径d501.9μm，粒子主要呈面面垂直或相交状)，40℃停留搅拌时间小于4小时。
(2)溶液种分强化：取900mL铝酸钠溶液加入至2000mL不锈钢桶中，水浴加热，加热至温度55℃，按60g/L加入步骤(3)中附聚后的氢氧化铝晶种(平均粒径d5055.75μm，-45μm粒子数占总数的2.7％)，和1000g/L循环氢氧化铝晶种(平均粒径d5065.42μm，-45μm粒子数占总数的20％)，并加入10mL高活性晶种浆液，搅拌种分3h。3h后降低温至55℃，再加30mL高活性晶种浆液。随后，逐渐降温，继续种分。控制末温为45℃，共种分50h后。种分后溶液分解率为58.41％。种分产物的平均粒径d5070.89μm，-45μm粒子数占总数的20.46％。
强化种分产物经分级，粗粒子作产品，产品平均粒径d5073.66μm，-45μm粒子数占总数的10.79％；产品中杂质含量(质量百分比)：Na2O0.22％、Fe2O30.017％，SiO20.019％，满足国标一级品标准。细粒子再经分级，较粗的粒子作为循环晶种，细粒氢氧化铝进入细粒预处理和附聚工序中。
(3)细粒预处理和附聚：对种分产品氢氧化铝进行分级，获得细氢氧化铝粒子产品(平均粒径d5045.89μm，-45μm粒子数占总数的67.52％)。按700g/L加入上述细氢氧化铝，并加入100mL种分母液(Na2O170.31g/L，Al2O382.65g/L、αK3.39)至150mL不锈钢钢弹中，密封，加入甘油中加热，升温至130℃，搅拌，预处理2h。将70mL预处理浆液加入800mL铝酸钠溶液(Na2O165.27g/L，Al2O3192.83g/L，αK1.41)中，控制固含100g/L，80℃附聚10h。附聚后的产品平均粒度小于45μm的粒子数占总数的0.3％，d5067.07μm。从而实现了种分过程中细粒子数的平衡。
实施例8
(1)高活性晶种浆液制备：取50mL碳酸氢钠浆液(NaHCO370g/L)，加入至500mL烧杯中，水浴加热至65℃；加入70mL铝酸钠溶液(Na2O150.01g/L，Al2O3169.03g/L，αK1.46)，诱导成核30min；再加入20mL铝酸钠溶液，快速分解60min，制得高活性氢氧化铝晶种的浆液。氢氧化铝粒度细(平均粒径d500.3μm，面面叠合少，近似垂直)，65℃停留搅拌时间0.5小时。
(2)溶液种分强化：取900mL铝酸钠溶液加入至2000mL不锈钢桶中，水浴加热，加热至温度65℃，按60g/L加入步骤(3)中附聚后的氢氧化铝晶种(平均粒径d5055.75μm，-45μm粒子数占总数的2.7％)，和1000g/L循环氢氧化铝晶种(平均粒径d5060.13μm，-45μm粒子数占总数的19％)，并加入15mL高活性晶种浆液，搅拌种分6h。6h后降低温至55℃，再加30mL高活性晶种浆液。随后，逐渐降温，继续种分。控制末温为50℃，共种分45h后。种分后溶液分解率为59.89％。种分产物的平均粒径d5072.82μm，-45μm粒子数占总数的17.21％。
强化种分产物经分级，粗粒子作产品，产品平均粒径d5073.66μm，-45μm粒子数占总数的9.31％；产品中杂质含量(质量百分比)：Na2O0.18％、Fe2O30.012％，SiO20.019％，满足国标一级品标准。细粒子再经分级，较粗的粒子作为循环晶种，细粒氢氧化铝进入细粒预处理和附聚工序中。
(3)细粒预处理和附聚：对种分产品氢氧化铝进行分级，获得细氢氧化铝粒子产品(平均粒径d5050.23μm，-45μm粒子数占总数的42.52％)。按500g/L加入上述细氢氧化铝，并加入100mL种分母液(Na2O153.39g/L，Al2O369.33g/L、αK3.63)至150mL不锈钢钢弹中，密封，加入甘油中加热，升温至110℃，搅拌，预处理2h。将50mL预处理浆液加入800mL铝酸钠溶液(Na2O150.01g/L，Al2O3169.03g/L，αK1.46)中，控制固含30g/L，95℃附聚2h。附聚后的产品平均粒度小于45μm的粒子数占总数的0.9％，d5066.72μm。从而实现了种分过程中细粒子数的平衡。
应当说明的是：以上实施例仅用以说明本说明并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (19)

1.一种协同调控强化铝酸钠溶液晶种分解的方法，其特征在于，在溶液晶种分解时加入高活性晶种浆液、循环晶种，加入经过细粒预处理和附聚的氢氧化铝浆液；所述循环晶种为-45μm粒子大于15%不超过30%，平均粒径55~75μm的氢氧化铝；
在种分开始和种分3~6h时分两次加入高活性晶种浆液，而循环晶种在种分开始时加入；
所述循环晶种用量远大于高活性晶种用量，所述循环晶种和高活性晶种的质量比为100~380；
所述高活性晶种浆液通过如下步骤制备：在温度25~65℃间，按碳酸氢钠浆液/铝酸钠溶液体积比1/3-3/1加入两种溶液，快速搅拌诱发成核，停留时间不大于30分钟；然后再按铝酸钠溶液/成核体系浆液体积比10/50-50/10继续加入铝酸钠溶液，快速搅拌，在60分钟内将溶液快速分解，分解率介于60~75%之间；制得的高活性晶种浆液搅拌停留时间小于4小时；
高活性晶种浆液加入量按浆液/种分铝酸钠溶液体积比1/35~1/15计加入；同时高活性晶种浆液分两次加入，即：开始时按1/60~1/50体积比加入；种分3~6h后加入剩余的晶种浆液；循环晶种加入量和铝酸钠溶液比例为700~1500g/L，在种分开始时加入；强化种分初温55~65℃，种分末温45~50℃，分解时间40~50h。
2.根据权利要求1所述的方法，所述循环晶种为-45μm粒子大于15%不超过25%、平均粒径55~75μm的氢氧化铝。
3.根据权利要求1所述的方法，所述循环晶种和高活性晶种的质量比为150-350。
4.根据权利要求1所述的方法，所述循环晶种和高活性晶种的质量比为160-250。
5.根据权利要求1所述的方法，所述高活性晶种为氢氧化铝晶种，粒度0.3~3μm，氢氧化铝颗粒边缘呈锯齿状，片状氢氧化铝主要呈面面相交或垂直状，面面叠合状少，占比不大于40%。
6.根据权利要求5所述的方法，氢氧化铝颗粒边缘呈锯齿状，片状氢氧化铝主要呈面面相交或垂直状，面面叠合状少，占比不大于30%。
7.根据权利要求5所述的方法，氢氧化铝颗粒边缘呈锯齿状，片状氢氧化铝主要呈面面相交或垂直状，面面叠合状少，占比选不大于20%。
8.根据权利要求1所述的方法，所述循环晶种的制备方法包括如下步骤：将高活性晶种浆液和循环晶种加入至铝酸钠溶液中，强化分解铝酸钠溶液；得到的氢氧化铝随后经一级分级得粗粒氢氧化铝和细粒氢氧化铝A，所述细粒氢氧化铝A进一步分级得较粗的氢氧化铝和较细的细粒氢氧化铝B，所述较粗的氢氧化铝即为所述循环晶种，其中-45μm粒子大于15%不超过30%，平均粒径55~75μm。
9.根据权利要求8所述的方法，所述较粗的氢氧化铝即为所述循环晶种，其中-45μm粒子大于15%不超过25%，平均粒径55~75μm。
10.根据权利要求8所述的方法，所述粗粒氢氧化铝中-45μm粒子不超过15%，平均粒径65~80μm，用于生产砂状氧化铝。
11.根据权利要求10所述的方法，所述粗粒氢氧化铝中-45μm粒子不超过12%，平均粒径65~80μm，用于生产砂状氧化铝。
12.根据权利要求8所述的方法，所述细粒氢氧化铝A中-45μm粒子大于15%，平均粒径50~75μm。
13.根据权利要求12所述的方法，所述细粒氢氧化铝A中-45μm粒子大于18%，平均粒径50~75μm。
14.根据权利要求8所述的方法，所述细粒氢氧化铝B中-45μm粒子大于30%，平均粒径25~60μm。
15.根据权利要求14所述的方法，所述细粒氢氧化铝B中-45μm粒子大于40%，平均粒径25~60μm。
16.根据权利要求8所述的方法，对所述细粒氢氧化铝B进行细粒预处理和附聚，得到所述经过细粒预处理和附聚的氢氧化铝浆液，其中-45μm粒子少于5%、平均粒径40~65μm。
17.根据权利要求16所述的方法，所述细粒预处理和附聚包括如下步骤：对分级后的细粒氢氧化铝B进行预处理，消除部分细粒子，并对细粒子表面改性；预处理后细粒子与铝酸钠溶液混合，进行附聚，进一步消除细粒子，强化粒子长粗。
18.根据权利要求16所述的方法，所述细粒预处理和附聚包括如下步骤：在种分母液中按氢氧化铝含量大于500g/L溶液加入细粒氢氧化铝B进行预处理，消除部分小于45μm氢氧化铝，并增强氢氧化铝表面活性；预处理后的氢氧化铝浆液和铝酸钠溶液混合，低固含下高效附聚，进一步消除小于45μm的氢氧化铝粒子，从而使85%以上氢氧化铝附聚成大于45μm的粗粒子。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：强化种分产品经分级得细粒氢氧化铝B，按细粒氢氧化铝B500~1000g/L种分母液加入细粒氢氧化铝B，种分母液成分为：Na2O 150~168g/L，Al2O3 68~93g/L，苛性比αK 3.1~3.7，在温度90~150℃下进行预处理0.2~3h；随后，按氢氧化铝固含30~100g/L加入预处理后的氢氧化铝浆液，并与铝酸钠溶液混合，在温度80~95℃进行粒子附聚2~10h。
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