CN110272063A - 一种利用钛白粉生产废液生产高纯偏铝酸钠的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种利用钛白粉生产废液生产高纯偏铝酸钠的方法，该方法采用聚四氟乙烯作为传输和储存介质，在反应溶液中加入促进剂和絮凝剂，大大增加了回收液中含铝物质的含量，同时能够降低溶液中的杂质含量，本发明的回收方法可以大大提高钛白粉生产废液的回收率和产品偏铝酸钠的纯度，实现了资源的有效利用，降低了企业生产成本，同时实现了社会价值和经济价值。

Description

一种利用钛白粉生产废液生产高纯偏铝酸钠的方法
技术领域
本发明属于偏铝酸钠生产的技术领域，具体涉及一种利用钛白粉生产废液生产高纯偏铝酸钠的方法。
背景技术
钛白粉是一种广泛应用的无机化工原料，经改性后在涂料、塑料、造纸、油墨、化纤、陶瓷等行业中起到重要作用。偏铝酸钠对钛白粉包膜可以改善钛白粉在水中的分散性能和稳定性能，并可以提高钛白粉的等电点。钛白粉包膜生成过程中，偏铝酸钠的初始配置浓度约为300g/L，包膜反应时偏铝酸钠的最佳反应浓度约为100～150g/L。实际生产过程中经过稀释后容易产生水解性的偏铝酸钠混合溶液，该废液中含有大量的不溶性氧化铝、氢氧化铝等沉淀性物质，水解反应如下：
2NaAlO2+H2O→Al2O3+2NaOH
NaAlO2+2H2O→Al(OH)3+NaOH
而含铝沉淀的溶液具有以下负面影响：钛白粉包膜液的分散不均匀、长时间累积的沉淀会造成管道堵塞和储罐存储空间的降低、含铝资源的浪费及生产成本的提高。
偏铝酸钠广泛应用于皮革、水净化、石油行业、玻璃陶瓷及造纸工业。因此如果能够将钛白粉生产废液中的含铝沉淀回收制备成偏铝酸钠，则可实现资源的回收再利用，提高社会和经济价值。
针对偏铝酸钠易产生沉淀问题，国内外相关领域的学者进行了大量的研究，并取得了一定成果。专利CN106976897A介绍了一种含铝沉淀物的回收利用方法，具体包括以下步骤：将含铝沉积物与计量的氢氧化钠试剂混合加热溶解，得到偏铝酸钠粗液；将偏铝酸钠粗液稀释至需要的浓度；对稀释液进行固液分离，得到偏铝酸钠溶液。该发明对偏铝酸钠储罐中的含铝沉积物的处理找到了出路，提供了一种偏铝酸钠溶液的制备方法，所得产品可以满足钛白粉无机包膜的工艺要求。该方法中对附着在储存设备的沉淀进行了处理并得到了偏铝酸钠溶液。专利CN105016366A介绍了一种稳定偏铝酸钠溶液的制备方法，具体包括：制备过程所用水为软化水，电导率低至1-2ppm，纯度高，杂质含量低；制备过程中采用高温低速的合成方法，有利于散热，防止暴沸现象；制备的稳定偏铝酸钠产品纯度高，工艺流程短、成本低。添加剂添加量少，可保持一年以上的储存和运输稳定性。该发明为偏铝酸钠稳定溶液的制备，并非工业废液的处理，且产品状态为液态而非固态，对运输的要求较高。专利CN107792869介绍了一种由模具碱洗废液生产高纯度偏铝酸钠的方法及工艺，具体步骤如下：将模具厂生成的含1％-10％质量分数的偏铝酸钠高温(80℃～100℃)废液放入原水池内进行沉淀，经过滤后溶液与沉渣分离，将沉渣外排，清液进入下一道工序，该发明既处理了废液又使得偏铝酸钠资源化利用，节能环保，得到了高纯度的偏铝酸钠产品。
上述现有技术均存在产品形态差、回收率不高、纯度不够的问题，在此基础上，本发明在钛白粉生产废液回收工艺中添加了促进剂和絮凝剂，并通过高温、静置、固液分离、结晶析出等工艺，大大提高了废液中偏铝酸钠的回收率和获得偏铝酸钠的纯度。
发明内容
本发明旨在提高钛白粉生产废液回收偏铝酸钠的回收率和产品纯度，采用聚四氟乙烯作为传输和储存介质，通过加入促进剂和絮凝剂增加回收液中含铝物质的成分，降低溶液中杂质含量，最终得到高品质的偏铝酸钠。具体制备方法如下：
一种利用钛白粉生产废液生产高纯偏铝酸钠的方法，具体包括：将废液输送至反应釜，在反应釜中与高浓度的氢氧化钠溶液在沸腾状态下进行反应，反应时间为2-6小时，然后加入促进剂，所述促进剂包括三乙醇胺、柠檬酸钠、山梨醇、甘油中的一种或任意组合，在70℃以上进行搅拌混合，搅拌时间为30-50分钟，待充分混合后，加入絮凝剂，所述絮凝剂包括聚丙烯酸钠、木质磺酸盐、苯乙烯磺酸钠，再次搅拌混合，搅拌时间为20-30分钟，保持温度在70℃以上静置50-80分钟，然后进行固液分离，将得到的溶液降温至40-50℃后加入偏铝酸钠晶种，缓慢搅拌并继续降温至20℃，直至溶液中不再析出偏铝酸钠固体，随后经过脱水、干燥得到98％以上高纯度偏铝酸钠；
所述废液的输送管道及反应釜的材料均为钢衬聚四氟材料。
进一步的，所述氢氧化钠溶液的质量百分比浓度为30-50％。
进一步的，所述促进剂的加入量为废液质量的0.05-0.2％。
进一步的，所述絮凝剂包括聚丙烯酸钠、木质磺酸盐和苯乙烯磺酸钠，三者的质量比为1.0-1.5:0.3-1.0:0.5-1.0，加入的絮凝剂总质量占废液质量的0.2％-0.6％。
进一步的，加入偏铝酸钠晶种的量为废液质量的0.3-1.0％。
本发明的有益效果：
使用三乙醇胺、柠檬酸钠、山梨醇、甘油中的一种或任意组合作为促进剂，其大大提高了铝离子在混合溶液中的溶解量，有助于提高溶液中偏铝酸钠的回收率。
在回收工艺中加入了聚丙烯酸钠、木质磺酸盐和苯乙烯磺酸钠构成的絮凝剂，可更大限度地使未溶解的杂质从反应体系中脱离出来，提高了偏铝酸钠产品的纯度。
采用钢衬聚四氟材料作为钛白粉生产废液的运输管道及反应釜，有效增加了偏铝酸钠的回收率；降低了废液对管道及反应釜的腐蚀，提高了偏铝酸钠的纯度。
在偏铝酸钠低温析出的过程中加入晶种，有效缩短了固体析出所需的时间。
高效地回收了含铝废液，并制备得到高纯度的偏铝酸钠，实现了资源的有效利用，降低了企业生产成本，同时实现了社会价值和经济价值。
附图说明
图1为本发明钛白粉生产废液回收高纯度偏铝酸钠的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
将5吨钛白粉生产废液通过钢衬氟管道输送入钢衬氟反应釜中，加入预热至70℃的质量分数浓度为50％的氢氧化钠溶液，加热至沸腾并反应6小时，加入三乙醇胺1.3kg，山梨醇1.2kg，并在90℃下搅拌40分钟，待充分混合后，加入聚丙烯酸钠5.6kg，木质磺酸盐1.6kg，苯乙烯磺酸钠2.8kg，混合搅拌20分钟，然后在80℃下静置60分钟，之后进行固液分离，得到的溶液温度降至40℃加入偏铝酸钠晶种50.0kg，缓慢搅拌继续降温至20℃，直至溶液中不再析出偏铝酸钠固体，随后经过脱水、干燥得到纯度为98.6％的偏铝酸钠。
实施例2
将3吨钛白粉生产的废液通过钢衬氟管道输送入钢衬氟反应釜中，加入预热至70℃的质量分数浓度为30％的氢氧化钠溶液，加热至沸腾并反应3小时。加入柠檬酸钠3.7kg，甘油2.3kg，并在90℃下搅拌30分钟，待充分混合后，加入聚丙烯酸钠7.7kg，木质磺酸盐5.1kg，苯乙烯磺酸钠5.1kg，混合搅拌30分钟，然后70℃下静置80分钟，之后进行固液分离，得到的溶液温度降至50℃时加入偏铝酸钠晶种6.0kg，缓慢搅拌继续降温至20℃，直至溶液中不再析出偏铝酸钠固体，随后经过脱水、干燥得到纯度为99.5％的偏铝酸钠。
实施例3
将8吨钛白粉生产的废液通过钢衬氟管道输送入钢衬氟反应釜中，加入预热至80℃的质量分数浓度为30％的氢氧化钠溶液，加热至沸腾并反应3小时。加入三乙醇胺8.0kg，并在75℃下搅拌50分钟，待充分混合后，加入聚丙烯酸钠12.0kg，木质磺酸盐7.0kg，苯乙烯磺酸钠5.0kg，混合搅拌30分钟，然后70℃下静置80分钟，之后进行固液分离，得到的溶液温度降至50℃时加入偏铝酸钠晶种56.0kg，缓慢搅拌继续降温至20℃，直至溶液中不再析出偏铝酸钠固体，随后经过脱水、干燥得到纯度为98.4％的偏铝酸钠。
实施例4
将12吨钛白粉生产的废液通过钢衬氟管道输送入钢衬氟反应釜中，加入预热至70℃的质量分数浓度为40％的氢氧化钠溶液，加热至沸腾并反应6小时。加入三乙醇胺6.3kg、柠檬酸钠7.8kg、甘油3.9kg，并在95℃下搅拌50分钟，待充分混合后，加入聚丙烯酸钠22.5kg，木质磺酸盐30.0kg，苯乙烯磺酸钠37.5kg，混合搅拌30分钟，然后70℃下静置60分钟，之后进行固液分离，得到的溶液温度降至40℃时加入偏铝酸钠晶种84.0kg，缓慢搅拌继续降温至20℃，直至溶液中不再析出偏铝酸钠固体，随后经过脱水、干燥得到纯度为99.2％的偏铝酸钠。
对比例1
将5吨钛白粉生产的废液通过钢衬氟管道输送入钢衬氟反应釜中，加入预热至70℃的质量分数浓度为50％的氢氧化钠溶液，加热至沸腾并反应6小时，95℃下静置60分钟，之后进行固液分离，得到的溶液温度降至40℃时加入偏铝酸钠晶种50.0kg，缓慢搅拌继续降温至20℃，直至溶液中不再析出偏铝酸钠固体，随后经过脱水、干燥得到纯度为92.7％的偏铝酸钠。
对比例2
将12吨钛白粉生产的废液输送到反应釜中，加入预热至70℃的质量分数浓度为40％的氢氧化钠溶液，加热至沸腾并反应6小时，加入三乙醇胺6.3kg、柠檬酸钠7.8kg、甘油3.9kg，并在95℃下搅拌50分钟，80℃下静置60分钟，之后进行固液分离，得到的溶液温度降至40℃时加入偏铝酸钠晶种84.0kg，缓慢搅拌继续降温至20℃，直至溶液中不再析出偏铝酸钠固体，随后经过脱水、干燥得到纯度为95.3％的偏铝酸钠。
对上述实施例和对比例所得的偏铝酸钠进行分析，结果如表1所示。
表1
样品编号 促进剂添加量％ 絮凝剂添加量％ 晶种添加量％ 偏铝酸钠纯度％
实施例1 0.05 0.2 1.0 98.6
实施例2 0.20 0.6 0.3 99.5
实施例3 0.10 0.3 0.7 98.4
实施例4 0.15 0.5 0.7 99.2
对比例1 0.00 0.0 1.0 92.7
对比例2 0.15 0.0 0.7 95.3
以上仅为本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种利用钛白粉生产废液生产高纯偏铝酸钠的方法，其特征在于，包括以下步骤：将废液输送至反应釜，在反应釜中与高浓度的氢氧化钠溶液在沸腾状态下进行反应，反应时间为2-6小时，然后加入促进剂，所述促进剂包括三乙醇胺、柠檬酸钠、山梨醇、甘油中的一种或任意组合，在70℃以上进行搅拌混合，搅拌时间为30-50分钟，待充分混合后，加入絮凝剂，所述絮凝剂包括聚丙烯酸钠、木质磺酸盐和苯乙烯磺酸钠，再次搅拌混合，搅拌时间为20-30分钟，保持温度在70℃以上静置50-80分钟，然后进行固液分离，将得到的溶液降温至40-50℃后加入偏铝酸钠晶种，缓慢搅拌并继续降温至20℃，直至溶液中不再析出偏铝酸钠固体，随后经过脱水、干燥得到98%以上高纯度偏铝酸钠；
所述废液的输送管道及反应釜的材料均为钢衬聚四氟材料。
2.根据权利要求1所述的方法，所述氢氧化钠溶液的质量百分比浓度为30-50%。
3.根据权利要求1所述的方法，所述促进剂的加入量为废液质量的0.05-0.2%。
4.根据权利要求1所述的方法，所述絮凝剂包括聚丙烯酸钠、木质磺酸盐和苯乙烯磺酸钠，三者的质量比为1.0-1.5:0.3-1.0:0.5-1.0，加入的絮凝剂总质量占废液质量的0.2%-0.6%。
5.根据权利要求1所述的方法，加入偏铝酸钠晶种的量为废液质量的0.3-1.0%。
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