CN113044863A - 一种提高氧化铝生产中种分分解率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高氧化铝生产中种分分解率的方法，其特征在于在晶种分解工序中，采用电渗析技术协同晶种分解铝酸钠溶液，电渗析与晶种分解的协同作用将铝酸钠溶液分解为高苛性比溶液和氢氧化铝晶体并脱离未分解的铝酸钠溶液，可以维持未分解的铝酸钠溶液在较低的苛性比水平，从而保证了晶种分解的快速进行，既提高了分解效率，也提高了分解率，同时还提高了拜尔法生产氧化铝的循环效率。

Description

一种提高氧化铝生产中种分分解率的方法
技术领域
本发明涉及氧化铝生产技术领域，具体涉及一种提高氧化铝生产中种分分解率的方法。
背景技术
拜尔法是世界上生产氧化铝的主流工艺，分解是一个关键步骤，就是向溶出铝土矿得到的铝酸钠溶液中添加氢氧化铝晶种，使得铝酸钠溶液分解得到更多的氢氧化铝晶体。随着分解地不断进行，溶液体系的苛性比不断升高，使得分解速度越来越慢，分解率难以提高。目前提高种分分解率的方法有多种，有的采用添加剂的形式但成本太高或操作难度大；有的采用调整原有工艺参数的形式但效果有限；有的采用电渗析技术处理种分母液的形式，但晶种分解率仍然不高，最高不超过70%，而且流程繁琐。而采用电渗析技术强化分解的专利中，电渗析操作往往是在晶种分解后分步进行的，处理的对象是晶种分解后的种分母液，且晶种分解率仍然较低，例如公开号为CN101070171A的中国专利公开了一种强化拜耳法种分的方法，该专利采用将经过常规拜尔法种分后的分解母液，采用离子膜电解，在电、离子膜的共同作用下，溶液的稳定性降低，使其中的氢氧化铝继续分解析出，从而提高拜尔法系统氧化铝的分解率、提高拜尔法生产氧化铝的循环效率，该专利采用了电渗析来提高分解率的技术，电渗析操作与晶种分解是分步进行的，电渗析处理的对象主要是种分后的母液，能在一定程度上提高晶种分解率，但由于种分母液苛性比较高，分解率提升有限，未见超过70%的报道，同时工序更加繁琐。例如公开号为CN105836771A的中国专利公开了一种提高氧化铝生产中种分分解率及循环效率的方法，该专利采用如下步骤：（1）将氢氧化铝料浆经沉降分离后得到的母液分为蒸发母液和处理母液，蒸发母液进入蒸发工序进行蒸发浓缩，处理母液进行静置处理，静置处理完毕后固液分离得到上清液和氢氧化铝；（2）将上清液和蒸发回水同时送人阳离子膜扩散渗析器内进行逆流交换得到残液和回收碱液；（3）将残液重新送回晶种分解工序继续进行分解；将回收碱液送人蒸发工序进行蒸发浓缩，浓缩后再送入湿磨工序与矿石混合，该专利对母液进行处理，操作繁琐，晶种分解率仍然不高，最高不超过70%，而且流程繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高氧化铝生产中种分分解率的方法。
本发明的目的是这样实现的：一种提高氧化铝生产中种分分解率的方法，在晶种分解过程中，电渗析与晶种分解同时进行，电渗析与晶种分解的共同作用使铝酸钠溶液分解为高苛性钠溶液和氢氧化铝晶体并脱离未分解的铝酸钠溶液，从而可以使待分解的铝酸钠溶液的苛性比维持在较低范围，从而使晶种分解速度比常规晶种分解更快，分解率比常规晶种分解更高。
所述铝酸钠溶液的苛性比范围为1~2.5。
所述电渗析采用电渗析装置，所述晶种分解采用分解槽、位于分解槽顶部的进料管、位于分解槽底部的排料管和位于分解槽内的搅拌器，待分解铝酸钠溶液位于分解槽内，电渗析装置位于分解槽内且与分解槽相连。
所述电渗析装置的运行电流密度为1~2500A/m2，待分解铝酸钠溶液在电渗析装置的阳极侧，分离出的高苛性比溶液在电渗析装置的阴极侧。
所述晶种分解过程中，加入晶种量以氧化铝计算，晶种比为0.5~4。
所述晶种分解过程中使用分解时间为2~40小时。
所述电渗析装置包括位于分解槽内且右侧开口的壳体、位于壳体内的阳极、位于阳极的左侧且与壳体的内表面固定连接的阳离子交换膜、位于阳离子交换膜的左侧且与壳体的内表面固定连接的阴极，壳体的左侧通过导管与外界连通，阳离子交换膜的四周侧面与壳体内部密封连接，位于阳极底部的壳体设有开口。
本发明的有益效果是：本发明电渗析操作是与晶种分解同时进行，流程更简单，从而保证了晶种分解的快速进行，既提高了分解效率，也提高了分解率，同时还提高了拜尔法生产氧化铝的循环效率。
附图说明
图1为本发明电渗析装置和分解槽的结构示意图；
图中：电渗析装置1，分解槽2，导管3，壳体4，阳极5，阴极6，阳离子交换膜7，进料管8，排料管9，搅拌器10。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作以下说明：
一种提高氧化铝生产中种分分解率的方法，在晶种分解过程中，电渗析与晶种分解同时进行，电渗析与晶种分解的共同作用使铝酸钠溶液分解为高苛性钠溶液和氢氧化铝晶体并脱离未分解的铝酸钠溶液，从而可以使待分解的铝酸钠溶液的苛性比维持在较低范围，所述铝酸钠溶液的苛性比范围为1~2.5；所述电渗析装置的运行电流密度为1~2500A/m2，待分解铝酸钠溶液在电渗析装置的阳极侧，分离出的高苛性比溶液在电渗析装置的阴极侧。所述晶种分解过程中，加入晶种量以氧化铝计算，晶种比为0.5~4。所述晶种分解过程中使用分解时间为2~40小时。所述电渗析采用电渗析装置1，在晶种分解过程中，可以维持铝酸钠溶液的苛性比在较低的范围。随着晶种分解过程的进行，电渗析与晶种分解的共同作用使铝酸钠溶液分解为高苛性钠溶液和氢氧化铝晶体并脱离未分解的铝酸钠溶液，从而可以使待分解的铝酸钠溶液的苛性比维持在较低范围，既提高了分解效率，也提高了分解率，同时还提高了拜尔法生产氧化铝的循环效率。
如图1所示，所述晶种分解采用分解槽2、位于分解槽2顶部的进料管8、位于分解槽2底部的排料管9和位于分解槽2内的搅拌器10，待分解铝酸钠溶液位于分解槽2内，电渗析装置1位于分解槽2内且与分解槽2相连，所述电渗析装置1包括位于分解槽2内壳体4、位于壳体4内的阳极5、位于阳极5的左侧且与壳体4的内表面固定连接的阳离子交换膜7、位于阳离子交换膜7的左侧且与壳体4的内表面固定连接的阴极6，壳体4的左侧通过导管3与外界连通，导管3可将阴极侧高苛性比溶液排出分解槽2，阳离子交换膜7的四周侧面与壳体4内部密封连接，位于阳极5底部的壳4体设有开口，防止工作过程中晶体在阳极区沉积，电渗析装置1的高度为分解槽2高度的十分之一，阳极区的壳体4的侧面包裹一层聚四氟网，以防止晶体颗粒过多进入阳极区并防止铝酸钠溶液对膜过多地冲击和磨损，阳离子交换膜可以是全氟羧酸膜、全氟磺酸膜、全氟磺酸羧酸复合膜等，待分解铝酸钠溶液在电渗析装置1的阳极侧，分离出的高苛性比溶液在电渗析装置1的阴极侧，为了排出氢氧化铝浆料，在分解槽2底部安装锥底。
电渗析装置1与分解槽2相连，氧化铝生产用于晶种分解的铝酸钠溶液（连续或间断）引入分解槽2，同时铝酸钠溶液也会进入到电渗析装置1的阳极区。按0.5~4的晶种比向分解槽2内添加晶种进行晶种分解时开启电渗析装置1，发生分解的铝酸钠溶液就相当于被分为氢氧化铝晶体和电渗析装置1阴极区的高苛性比离开了未分解的铝酸钠溶液，从而可以使得未分解的铝酸钠溶液的苛性比维持在较低的能快速分解的范围（苛性比=1~2.5），分解产生的氢氧化铝晶体沉积于分解槽1的底部可以被排料管9间断或连续排出，然后进行分级，大颗粒晶体进洗涤焙烧工序制备氧化铝，小颗粒晶体作为下一批次晶种重新进入分解工序。电渗析产生的高苛性比溶液也可以间断或连续从电渗析装置1的阴极端排出，可以用来溶出铝土矿，也可以进蒸发工序。
实施例1：
将电渗析装置1安装于分解槽2内下部略高于氢氧化铝晶体最终沉积层高度的位置，将氧化铝生产中用于分解的铝酸钠溶液（Na2O浓度约为155g/L,Al2O3浓度约为159g/L，苛性比约1.6）引入分解槽，开启分解槽的搅拌器，保温45℃，按晶种比1.5向铝酸钠溶液中添加晶种进行间断式分解，开启电渗析装置（电流密度200A/m2），高苛性比溶液(Na2O浓度约为155g/L,Al2O3浓度约为6g/L，苛性比42.5)连续从电渗析装置阴极区排出分解槽外的储碱槽中，二十分钟检测一次铝酸钠溶液的苛性比，适当增大或减小高苛性比溶液的排出速度，以维持铝酸钠溶液的苛性比中1.55~1.75之间，直到铝酸钠溶液的液位降低至电渗析装置的上沿，停止从电渗析装置排出高苛性比溶液，关闭电渗析装置，通过分解槽排料管排出分解槽内剩余浆料，经9小时的电渗析—种分协同分解，铝酸钠分解液的分解率达到73%，分解产品经分级后，细氢氧化铝做分解的晶种，粗氢氧化铝经洗涤后，焙烧生产氧化铝。对比实验常规晶种间断分解55小时，分解率只有45%。
实施例2
将电渗析装置1安装于分解槽2内下部略高于氢氧化铝晶体最终沉积层高度的位置，将氧化铝生产中用于分解的铝酸钠溶液（Na2O浓度约为159g/L,Al2O3浓度约为154g/L，苛性约比1.7）连续引入分解槽，开启分解槽的搅拌器，保温45℃，按晶种比1.7向铝酸钠溶液中添加晶种进行连续式分解，开启电渗析装置（电流密度400A/m2），高苛性比溶液(Na2O浓度约为160g/L,Al2O3浓度约为7g/L，苛性比约37.6)连续从电渗析装置阴极区排出分解槽外的储碱槽中，二十分钟检测一次铝酸钠溶液的苛性比，适当增大或减小高苛性比溶液的排出速度和铝酸钠溶液引入分解槽的速度，以维持铝酸钠溶液的苛性比中1.65~1.8之间。连续运行10小时，停止从电渗析装置排出高苛性比溶液，同时停止向分解槽引入铝酸钠溶液，关闭电渗析装置，将分解槽内的浆料排出进行过滤分离，化验分析铝酸钠分解液的分解率达到75%，分解产品经分级后，细氢氧化铝做分解的晶种，粗氢氧化铝经洗涤后，焙烧生产氧化铝。对比实验常规晶种连续分解55小时，分解率只有46%。
实施例3
将电渗析装置1安装于分解槽2内下部略高于氢氧化铝晶体最终沉积层高度的位置，将氧化铝生产中用于分解的铝酸钠溶液（Na2O浓度约为158g/L,Al2O3浓度约为173g/L，苛性约比1.5）连续引入分解槽，开启分解槽的搅拌器，保温45℃，按晶种比1.6向铝酸钠溶液中添加晶种进行连续式分解，开启电渗析装置（电流密度600A/m2），高苛性比溶液(Na2O浓度约为160g/L,Al2O3浓度约为9g/L，苛性比约29)连续从电渗析装置阴极区排出分解槽外的储碱槽中，二十分钟检测一次铝酸钠溶液的苛性比，适当增大或减小高苛性比溶液的排出速度和铝酸钠溶液引入分解槽的速度，以维持铝酸钠溶液的苛性比中1.45~1.6之间。每10小时从分解槽锥底放出氢氧化铝浆料（放完浓氢氧化铝浆料，出现少量稀的铝酸钠溶液即停止放料。），连续运行35小时，将从分解槽锥底放出的浆料进行过滤分离，化验分析铝酸钠分解液的分解率达到78%，分解产品经分级后，细氢氧化铝做分解的晶种，粗氢氧化铝经洗涤后，焙烧生产氧化铝。对比实验常规晶种连续分解55小时，分解率只有46%。
本发明的其他实施例中，上述的电渗析装置1也可以位于分解槽2外但必须与分解槽2同时分解，也就是电渗析装置1与分解槽2的连接方式、相对位置、数量、尺寸、材质等都可以改变。
本发明的有益效果是：本发明电渗析操作是与晶种分解同时进行，流程更简单，从而保证了晶种分解的快速进行，既提高了分解效率，也提高了分解率，同时还提高了拜尔法生产氧化铝的循环效率。

Claims (7)

1.一种提高氧化铝生产中种分分解率的方法，其特征在于：在晶种分解过程中，电渗析与晶种分解同时进行，电渗析与晶种分解的共同作用使铝酸钠溶液分解为高苛性钠溶液和氢氧化铝晶体并脱离未分解的铝酸钠溶液，从而可以使待分解的铝酸钠溶液的苛性比维持在较低范围，从而使晶种分解速度比常规晶种分解更快，分解率比常规晶种分解更高。
2.根据权利要求1所述的提高氧化铝生产中种分分解率的方法，其特征在于：所述铝酸钠溶液的苛性比范围为1~2.5。
3.根据权利要求1所述的提高氧化铝生产中种分分解率的方法，其特征在于：所述电渗析采用电渗析装置，所述晶种分解采用分解槽、位于分解槽顶部的进料管、位于分解槽底部的排料管和位于分解槽内的搅拌器，待分解铝酸钠溶液位于分解槽内，电渗析装置位于分解槽内且与分解槽相连。
4.根据权利要求3所述的提高氧化铝生产中种分分解率的方法，其特征在于：所述电渗析装置的运行电流密度为1~2500A/m2，待分解铝酸钠溶液在电渗析装置的阳极侧，分离出的高苛性比溶液在电渗析装置的阴极侧。
5.根据权利要求3所述的提高氧化铝生产中种分分解率的方法，其特征在于：所述晶种分解过程中，加入晶种量以氧化铝计算，晶种比为0.5~4。
6.根据权利要求3所述的提高氧化铝生产中种分分解率的方法，其特征在于：所述晶种分解过程中使用分解时间为2~40小时。
7.根据权利要求3所述的提高氧化铝生产中种分分解率的方法，其特征在于：所述电渗析装置包括位于分解槽内的壳体、位于壳体内的阳极、位于阳极的左侧且与壳体的内表面固定连接的阳离子交换膜、位于阳离子交换膜的左侧且与壳体的内表面固定连接的阴极，壳体的左侧通过导管与外界连通，阳离子交换膜的四周侧面与壳体内部密封连接，位于阳极底部的壳体设有开口。
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