CN113620327B - 一种小晶粒拟薄水铝石及其制备方法、氧化铝 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种小晶粒拟薄水铝石及其制备方法、氧化铝，方法包括：将铝酸钠溶液和二氧化碳气体进行两段碳酸化分解反应，得到拟薄水铝石碳化浆液，所述碳酸化分解反应的终点pH值10～11.5；所述二氧化碳气体的通入流量为1.0m3/h～5.0m3/h；将所述拟薄水铝石碳化浆液进行老化反应，后固液分离，得到小晶粒拟薄水铝石。该方法通过控制分解反应条件，将终点pH值控制在10～11.5，利用两段碳酸化反应来控制原晶粒的生成，通过温控控制晶粒长大，利用高温对碳化液进行长时间老化处理，后经洗涤烘干粉碎包装等制得
Figure DDA0003200999470000011
在进行酸化时更加均匀，所得铝溶胶目测透彻，具有良好的胶溶性能。

Description

一种小晶粒拟薄水铝石及其制备方法、氧化铝
技术领域
本发明涉及非冶金氧化铝的制备技术领域，尤其涉及一种小晶粒拟薄水铝石及其制备方法、氧化铝。
背景技术
拟薄水铝可作半合成稀土Y型分子筛裂化催化剂的粘结剂，硅酸铝耐火纤维的粘结剂，酒精脱水制乙烯催化剂和还氧乙烷催化剂等，还可作生产催化剂载体、活性氧化铝及其他铝盐的原料。
目前公司应用碳化法生产普通拟薄水铝石，即用铝酸钠溶液通入CO2气进行碳酸化分解，生成拟薄水铝石料浆，经老化、过滤洗涤、烘干粉碎等工序，得普通拟薄水铝石产品，晶粒度在
Figure BDA0003200999450000011
左右，不能满足各类特殊要求用户的需求。
因此，如何开发一种晶粒度更低的小晶粒拟薄水铝石及其制备方法，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种小晶粒拟薄水铝石及其制备方法、氧化铝，该小晶粒拟薄水铝石
Figure BDA0003200999450000012
为了实现上述目的，本发明提供一种小晶粒拟薄水铝石的制备方法，包括：
将铝酸钠溶液和二氧化碳气体进行两段碳酸化分解反应，得到拟薄水铝石碳化浆液，所述碳酸化分解反应的终点pH值控制在10～11.5；所述二氧化碳气体的通入流量为1.0m3/h～5.0m3/h；
将所述拟薄水铝石碳化浆液进行老化反应，后固液分离，得到小晶粒拟薄水铝石
进一步地，所述铝酸钠溶液的Al2O3的浓度为10g/L～50g/L。
进一步地，所述两段碳酸化分解反应包括：一段碳酸化分解反应和二段碳酸化分解反应；
所述一段碳酸化分解反应中，CO2流量控制在1.0m3/h～4.0m3/h，初温控制在10℃～25℃，终温控制在15℃～30℃，反应时间为0min～15min；
所述二段碳酸化分解反应中，CO2流量控制在1.5m3/h～5.0m3/h，初温控制在15℃～30℃，终温控制在15℃～30℃，反应时间为1min～20min。
进一步地，所述老化反应中，反应温度为90～100℃，反应时间为2h～40h。
进一步地，所述方法在固液分离后还包括：
采用80℃～100℃的软水对所述固液分离所得固体进行洗涤，直至所述固体pH值为7.0～7.5。
进一步地，所述铝酸钠溶液为用氢氧化铝原料与液碱于102～120℃温度下溶解，稀释调配获得。
本发明还提供了所述方法制备得到的小晶粒拟薄水铝石。
进一步地，所述小晶粒拟薄水铝石
Figure BDA0003200999450000021
本发明还提供了一种氧化铝，所述氧化铝由所述的小晶粒拟薄水铝石焙烧得到。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供的小晶粒拟薄水铝石及其制备方法，所述方法包括：将铝酸钠溶液和二氧化碳气体进行两段碳酸化分解反应，得到拟薄水铝石碳化浆液，所述碳酸化分解反应的终点pH值控制在10～11.5；所述二氧化碳气体的通入流量为1.0m3/h～5.0m3/h；将所述拟薄水铝石碳化浆液进行老化反应，后固液分离洗涤，得到小晶粒拟薄水铝石。该方法通过控制分解反应条件，将终点pH值控制在10～11.5，利用两段碳酸化反应来控制原晶粒的生成，通过温控控制晶粒长大，利用高温对碳化液进行长时间老化处理，后经洗涤烘干粉碎包装等制得小晶粒拟薄水铝石
Figure BDA0003200999450000022
在进行酸化时更加均匀，所得铝溶胶目测透彻，具有良好的胶溶性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种小晶粒拟薄水铝石的制备方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种小晶粒拟薄水铝石的制备方法的流程模式图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
为实现上述目的，本实施例一种小晶粒拟薄水铝石的制备方法，包括：
步骤S1、铝酸钠溶液的制取：温度控制在102～120℃之间用氢氧化铝原料与液碱经高温溶解得到铝酸钠溶液。然后，把铝酸钠溶液加入到调配槽内用蒸馏水进行稀释调配，控制铝酸钠的Al2O3浓度为10～50g/L。若Al2O3浓度小于10g/L会因为反应过程及终点时长较短造成难以控制，二是反应后料浆过稀，大大影响生产产能。而Al2O3浓度大于50g/L将导致碳化液在老化过程中料浆过于粘稠失去良好的流动性，较难进行下一步工序。
步骤S2、将所述铝酸钠溶液放入碳酸化分解塔内，进行两段碳酸化分解反应，反应终点pH控制在10～11.5得到拟薄水铝石碳化浆液。
所述两段碳酸化分解反应包括：一段碳酸化分解反应和二段碳酸化分解反应；
所述一段碳酸化分解反应中，CO2流量控制在1.0m3/h～4.0m3/h，初温控制在10℃～25℃，终温控制在15℃～30℃，反应时间为0min～15min；
所述二段碳酸化分解反应中，CO2流量控制在1.5m3/h～5.0m3/h，初温控制在15℃～30℃，终温控制在15℃～30℃，反应时间为1min～20min。
上述技术方案中分成两段碳酸化分解反应的原因：
拟薄水铝石碳酸化分解分为诱导期、晶种成核期和晶种生长期三个阶段，在诱导期及晶种成核前期完成所述一段碳酸化反应；一段碳酸化反应中，将铝酸钠溶液初温控制在10～25℃，CO2流量控制在1.0～4.0m3/h，完成铝酸钠溶液和CO2气的快速混合，并在晶种成核前期使微晶核大量爆发；
晶种成核后期和晶种生长初期完成所述二段碳酸化反应，二段碳酸化反应中，控制浆液反应温度在15～30℃，CO2流量控制在1.5～5.0m3/h，为了控制分解反应时产生的原晶粒子缓慢长大，同时将反应终点pH控制在10～11.5，终温控制在15℃～30℃，保证碳化液能够顺利老化合格。
若初温小于10℃，CO2流量小于1m3/h，反应时间过长，微晶核不能大量爆发；若初温大于30℃，CO2流量大于5m3/h，微晶核大量爆发后续晶粒生长过快，不利于后续控制产品中原晶粒在
Figure BDA0003200999450000041
范围内。
将反应终点pH控制在10～11.5对于最后形成拟薄水铝石的晶相纯度至关重要，在该pH范围内，能够制备得到晶相较纯的拟薄水铝石，pH小于10时产品中将形成大量的丝钠铝石杂相，pH大于11.5制备得到的拟薄水铝石中存在大量的三水铝石杂晶。
本发明实施例分成两段碳酸化分解反应，更有利于后续控制产品中晶粒度在
Figure BDA0003200999450000042
范围内。
步骤S3、高温老化工艺参数：浆液提温至80～100℃，最佳温度90～100℃，高温老化槽中的停留时间保持在2～40h，最佳时间6～24h。老化温度及老化时间将给予晶粒完善生长的条件，其值越高结晶度越高，结晶度达到80％以上的基本老化条件为90℃保温4h以上。
浆液老化合格后进入静洗压滤机进行固液分离，用60～100℃热水进行静洗，最佳洗水温度80～100℃，洗水温度低于80℃后将大大降低洗涤效果，产品中氧化钠含量≤0.3％时，洗水温度越低用水量越高。产品洗涤合格后卸车。最后进行烘干粉碎包装等工序，得到小晶粒拟薄水铝石产品。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请的小晶粒拟薄水铝石及其制备方法进行详细说明。
实施例1
配制铝酸钠溶液2L，铝氧浓度10g/L，一段通气速度1.0m3/h，时长3min，二段通气速度1.5m3/h，时长12min；铝酸钠溶液入碳分分解塔，测定铝酸钠溶液的初温25℃，开启冷却设备，打开CO2气进气阀开始碳酸化分解，控制总反应时间15min，反应终点pH＝11，关闭CO2气进气阀，将碳化液打入高温老化槽，提温至95℃用时20min，保温老化8小时；老化合格后打入静洗压滤机进行液固分离，用95℃蒸馏水洗涤滤饼，直至洗涤合格，然后进入烘干粉碎包装产品。得到产品的性能指标与行业标准产品指标相对比如下：
表1-本发明样品与行业标准产品指标对照表
Figure BDA0003200999450000043
Figure BDA0003200999450000051
由表1可知，本发明实施例1制得小晶粒拟薄水铝石
Figure BDA0003200999450000052
且各项指标均符合行业标准。
实施例2
配制铝酸钠溶液2L，铝氧浓度40g/L，一段通气速度1.5m3/h，时长6min，二段通气速度1.8m3/h，时长19min；铝酸钠溶液入碳分分解塔，测定铝酸钠溶液的初温15℃，开启冷却设备，打开CO2气进气阀开始碳酸化分解，控制总反应时间25min，反应终点pH＝10，关闭CO2气进气阀，将碳化液打入高温老化槽，提温至100℃用时25min，保温老化24小时；老化合格后打入静洗压滤机进行液固分离，用100℃蒸馏水洗涤滤饼，直至洗涤合格，然后进入烘干粉碎包装产品。得到产品的性能指标与行业标准产品指标相对比如下：
表2-本发明样品与行业标准产品指标对照表
Figure BDA0003200999450000053
由表2可知，本发明实施例2制得小晶粒拟薄水铝石
Figure BDA0003200999450000054
且各项指标均符合行业标准。
实施例3
配制铝酸钠溶液2L，铝氧浓度10g/L，一段通气速度1.0m3/h，时长4min，二段通气速度1.2m3/h，时长11min；铝酸钠溶液入碳分分解塔，测定铝酸钠溶液的初温25℃，开启冷却设备，打开CO2气进气阀开始碳酸化分解，控制总反应时间15min，反应终点pH＝11.5，关闭CO2气进气阀，将碳化液打入高温老化槽，提温至95℃用时20min，保温老化8小时；老化合格后打入静洗压滤机进行液固分离，用95℃蒸馏水洗涤滤饼，直至洗涤合格，然后进入烘干粉碎包装产品。得到产品的性能指标与行业标准产品指标相对比如下：
表3-本发明样品与行业标准产品指标对照表
Figure BDA0003200999450000061
由表3可知，本发明实施例3制得小晶粒拟薄水铝石
Figure BDA0003200999450000062
且各项指标均符合行业标准。
对比例1
配制铝酸钠溶液2L，铝氧浓度10g/L，一段通气速度1.0m3/h，时长3min，二段通气速度1.5m3/h，时长17min；铝酸钠溶液入碳分分解塔，测定铝酸钠溶液的初温25℃，开启冷却设备，打开CO2气进气阀开始碳酸化分解，控制总反应时间20min，反应终点pH＝9，关闭CO2气进气阀，将碳化液打入高温老化槽，提温至95℃用时20min，保温老化8小时；老化合格后打入静洗压滤机进行液固分离，用95℃蒸馏水洗涤滤饼，直至洗涤合格，然后进入烘干粉碎包装产品。得到产品的性能指标与行业标准产品指标相对比如下：
表4-对比例1的样品与行业标准产品指标对照表
Figure BDA0003200999450000063
由表4可知，对比例1中，反应pH小于10时获得的产品中将形成大量的丝钠铝石杂相。
对比例2
配制铝酸钠溶液2L，铝氧浓度40g/L，一段通气速度1.5m3/h，时长5min，二段通气速度1.8m3/h，时长11min；铝酸钠溶液入碳分分解塔，测定铝酸钠溶液的初温15℃，开启冷却设备，打开CO2气进气阀开始碳酸化分解，控制总反应时间16min，反应终点pH＝12，关闭CO2气进气阀，将碳化液打入高温老化槽，提温至100℃用时25min，保温老化24小时；老化合格后打入静洗压滤机进行液固分离，用100℃蒸馏水洗涤滤饼，直至洗涤合格，然后进入烘干粉碎包装产品。得到产品的性能指标与行业标准产品指标相对比如下：
表5-对比例2的样品与行业标准产品指标对照表
Figure BDA0003200999450000071
由表5可知，对比例2中，反应pH大于11.5制备得到的拟薄水铝石中存在大量的三水铝石杂晶。
对比例3
配制铝酸钠溶液2L，铝氧浓度40g/L，铝酸钠溶液入碳分分解塔，测定铝酸钠溶液的初温15℃，开启冷却设备，打开CO2气进气阀开始碳酸化分解，通气速度1.8m3/h，控制总反应时间23min，反应终点pH＝10，关闭CO2气进气阀，将碳化液打入高温老化槽，提温至100℃用时25min，保温老化24小时；老化合格后打入静洗压滤机进行液固分离，用100℃蒸馏水洗涤滤饼，直至洗涤合格，然后进入烘干粉碎包装产品。得到产品的性能指标与行业标准产品指标相对比如下：
表6-对比例3的产品与实施例2产品指标对照表
Figure BDA0003200999450000072
由表6可知，相比于对比例3采用一段式碳酸化分解反应，实施例2中分成两段碳酸化分解反应，更有利于后续控制产品中晶粒度在
Figure BDA0003200999450000073
范围内。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种小晶粒拟薄水铝石的制备方法，其特征在于，包括：
将铝酸钠溶液和二氧化碳气体进行两段碳酸化分解反应，得到拟薄水铝石碳化浆液，所述铝酸钠溶液中Al2O3的浓度为10g/L～50g/L，所述碳酸化分解反应的终点pH值控制在10～11.5，所述二氧化碳气体的通入流量为1.0m3/h～5.0m3/h；
将所述拟薄水铝石碳化浆液进行老化反应，后固液分离，得到小晶粒拟薄水铝石，所述
Figure FDA0004166067930000011
Figure FDA0004166067930000012
所述两段碳酸化分解反应包括：一段碳酸化分解反应和二段碳酸化分解反应；
所述一段碳酸化分解反应中，CO2流量控制在1.0m3/h～4.0m3/h，初温控制在10℃～25℃，终温控制在15℃～30℃，反应时间为0min～15min；
所述二段碳酸化分解反应中，CO2流量控制在1.5m3/h～5.0m3/h，初温控制在15℃～30℃，终温控制在15℃～30℃，反应时间为1min～20min。
2.如权利要求1所述的一种小晶粒拟薄水铝石的制备方法，其特征在于，所述老化反应中，反应温度为90℃～100℃，反应时间为2h～40h。
3.如权利要求1所述的一种小晶粒拟薄水铝石的制备方法，其特征在于，所述方法在固液分离后还包括：
采用80℃～100℃的软水对所述固液分离所得固体进行洗涤，直至所述固体pH值为7.0～7.5。
4.如权利要求1所述的一种小晶粒拟薄水铝石的制备方法，其特征在于，所述铝酸钠溶液为用氢氧化铝原料与液碱于102～120℃温度下溶解，稀释调配获得。
5.一种采用权利要求1-4任一所述方法制备得到的小晶粒拟薄水铝石。
6.一种氧化铝，其特征在于，所述氧化铝由权利要求5所述的小晶粒拟薄水铝石焙烧得到。
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