铝酸钠溶液中和法制取拟薄水铝石_王玉

2010年第4期

DOI :10. 13662/j . cn ki . qjs . 2010. 04. 003

轻　金　属　　　　　·19·

铝酸钠溶液中和法制取拟薄水铝石

王玉

(中国铝业中州分公司, 河南焦作454174)

摘　要:铝酸钠溶液加入硫酸铝, 控制温度、搅拌速度、硫酸铝加入量及铝酸钠溶液氧化铝浓度等条件, 进行反应。生成物取样分析, 物相组成及化学成分符合拟薄水铝石要求。关键词:铝酸钠; 硫酸铝; 拟薄水铝石; 温度; 搅拌

中图分类号:TQ 133. 1　文献标识码:B　文章编号:1002-1752(2010) 04-19-2

P r e p a r a t i o n o f p s e d o -b o e h m i t e f r o m s o d i u m a l u m i n a t e s o l u t i o n

WA N GY u

(Z h o n g z h o u B r a n c h o f C h a l c o . , J i a o z u o 454174, C h i n a )

A b s t r a c t :S o d i u ma l u m i n a t e s o l u t i o n b y a d d i n g a l u m i n u ms u l f a t e t o c o n t r o l t h e t e m p e r a t u r e , s t i r r i n g s p e e d , t h e a m o u n t o f a l u m i n u ms u l f a t e a n ds o d i u ma -l u m i n a t es o l u t i o n c o n d i t i o n s , s u c ha s a l u m i n a c o n c e n t r a t i o n , t h e r e a c t i o n p r o d u c t s a m p l i n g f o r a n a l y s i s o f p h a s e c o m p o s i t i o n a n dc h e m i c a l c o m p o s i t i o nt o b e i n l i n ew i t h t h eb o e h m i t e s t o n ea s k e d .

K e y w o r d s :s o d i u ma l u m i n a t e ; a l u m i n u ms u l f a t e ; p s e d o -b o e h m i t e ; t e m p e r a t u r e ; m i x i n g

　　中州分公司化学品生产系统采用碱-石灰烧结法生产氧化铝工艺, 主要产品为冶金级氧化铝、氢氧化铝。生产工艺特点决定了其技术经济指标、氧化铝制造成本无法达到拜耳法和联合法生产水平。但是, 烧结法工艺特有的烧结工艺、深度脱硅工艺, 使得烧结法精液具有杂质含量低、纯度高、氧化铝浓度适中等特点, 非常适宜化学品氧化铝、氢氧化铝的生产。经过近10年不断开发研制, 截至2008年中州分公司化学品氢氧化铝产能已经具备30万吨生产能力。产品三大系列(碳分干白、种分高白、超细) 十多个品种, 化学品生产初具规模。

拟薄水铝石即结构不完整的一水软铝石类型

[1]

0. 08～0. 62)

(2) 碱法

此法是用碱中和铝酸盐溶液, 沉淀出水合氧化铝的过程。铝酸盐一般为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝以及明矾等。碱一般为氢氧化钠、氨水、碳酸钠及偏铝酸钠溶液。

反应式:A l +3O H +(n -1) H 2O=　　　　　A l O O H n H (n =0. 08～0. 62) 2O

现有的氧化铝厂通过铝矿石碱石灰烧结法经过溶出、脱硅制得铝酸钠精液, 以此为基础生产拟薄水铝石可采用酸法。即通过精液稀释、降温, 通入二氧化碳气体经老化制得拟薄水铝石物相含量100%产品。该方法利用了烧结法生产系统的二氧化碳及铝酸钠精液。不足之处精液需要稀释, 降温且温度控制较为苛刻。

大多数生产厂家通过烧碱溶解工业氢氧化铝或其他含铝原料制取偏铝酸钠溶液, 然后再用酸中和沉淀析出生产拟薄水铝石。这种方法原料消耗大, 生产成本高。

其他制备拟薄水铝石的方法由于各自工艺的缺点, 要么制备过程比较复杂, 工业上难以控制, 或者其他能耗大, 要么产品纯度不高, 物相组成不能生产

3+

-

, 也叫假一水软铝石。具有空容大、比表面积

高、胶溶性能好等特点, 作为催化剂载体、催化剂、陶瓷基料等广泛应用于石油化学工业。

拟薄水铝石的生产方法按原料种类不同, 大致

可分为两大类:

(1) 酸法

此法是用酸性物质中和铝酸盐溶液。铝酸盐溶液为偏铝酸钠溶液, 常用的酸有强酸(H C I , H N O , 3) 弱酸(N H C O a H C O 或C O 4H 3, N 3) 2。

反应式:A l O +H +n H A l O O H n H (n =2O=2O

收稿日期:2009-04-07

-2

+

·　20·

100%拟薄水铝石。

王玉:铝酸钠溶液中和法制取拟薄水铝石2010年第4期

表1　不同温度铝酸钠溶液与硫酸铝反应试验数据

物　料　特　性

编号

反应温度

℃

物相组成主含氢氧化铝, 少量拟薄水铝石主含氢氧化铝, 少量拟薄水铝石主含氢氧化铝, 少量拟薄水铝石主含氢氧化铝, 少量拟薄水铝石主含拟薄水铝石, 少量氢氧化铝拟薄水铝石拟薄水铝石拟薄水铝石拟薄水铝石拟薄水铝石

A l 2O 3%60. 32

N a 2O %0. 321

L O I 比表面积%33. 56

m 2/g

本方法是根据中州分公司的生产实际, 采用硫酸铝溶液中和烧结法铝酸钠精液制取拟薄水铝石。

1　试验条件

1. 1　原料

(1) 铝酸钠溶液

A l /l 2O 3, g 100～120

A /S>600

αk 1. 45～1. 55

精液浮游物, g /l

185

28565. 330. 33534. 38

37561. 050. 35733. 58

47563. 540. 35234. 12

(2) 硫酸铝溶液8%。硫酸铝[分子式为:A l S O ]自制, 其化学组成为2(4) 3·18H 2O H O l 2S 423%、A2O 38%。1. 2　试验设备

①硫酸铝槽1m ; ②精液计量槽1m ; ③高速

3

搅拌槽1m ; ④储槽2m×2m ; ⑤X 衍射仪。

3

3

5678910

[1**********]0

66. 4874. 5875. 6274. 8776. 0276. 32

0. 3640. 2250. 2480. 2350. 2590. 296

32. 1422. 3523. 2624. 1221. 9822. 01

300. 5312. 3324. 5321. 8330. 2

2　试验方法

在一定体积的铝酸钠溶液中, 加入水稀释, 用计量槽定量加入硫酸铝溶液, 在高速搅拌充分反应后, 送入储槽老化6小时以上, 取样。过滤洗涤烘干作物相及化学分析。

编号12345

55

表2　不同搅拌速度试验数据

反应温度

℃

搅拌速度r /m i n [***********]00

物　相　组　成拟薄水铝石拟薄水铝石拟薄水铝石拟薄水铝石主相拟薄水铝石, 含有少量氢氧化铝主相氢氧化铝, 含少量拟薄水铝石

73. 380. 238灼减%

N a 2O %

73. 330. 23274. 940. 22875. 250. 21274. 810. 208

3　结果及讨论

当用硫酸铝溶液与烧结法精液反应来生成无定型凝胶时, 其整个过程受成胶温度、搅拌强度、原料

[1]

配比、老化温度及时间的影响。本试验固定铝酸钠溶液氧化铝浓度30g /l～40g /l, 老化温度80℃～90℃,老化时间4h ～6h 。着重探讨分解温度及搅拌速度对拟薄水铝石的影响。3. 1　温度影响

在不同温度铝酸钠溶液中, 加入硫酸铝溶液制取拟薄水铝石, 试验结果见表1。从表1数据可以看出, 较低的反应温度有利于拟薄水铝石的生成。随铝酸钠温度的降低, 反应向生成拟薄水铝石物相组成进行。当温度降至55℃以下时, 控制一定搅拌速度, 最终产物为纯相拟薄水铝石。这是因为分解温度低, 铝酸钠溶液与硫酸铝溶液快速反应成铝胶, 此种胶体不稳定, 很快向具有一定晶型的氧化铝水合物转化, 在本试验条件下转化为拟薄水铝石(无定型一水软铝石) 。若分解温度高, 则析出的结晶为完整的三水铝石(氢氧化铝) 。因此, 分解温[2]

675065. 020. 305

3. 2　搅拌速度影响

不同的搅拌速度制取拟薄水铝石的试验结果见表2。从试验结果发现, 高的搅拌速度有利于拟薄

水铝石的生成, 当搅拌速度1250r /mi n 时, 生成物的物相组成全部为拟薄水铝石。当搅拌速度在1000r /mi n 时, 主相为拟薄水铝石, 有少量氢氧化铝; 当搅拌速度在750r /mi n 以下时, 主相为氢氧化铝, 有少量拟薄水铝石。这是因为铝酸钠溶液为强碱性, 硫酸铝溶液为强酸性, 当其混合时发生剧烈反应, 放出大量热, 造成热量不均, 局部过热, 分解温度升高, 使反应物生成稳定的氢氧化铝。因此必须保持高的转速, 使热量快速释放, 保持温度稳定, 有利

(下转第23页)

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进行了赤泥浆液不同碱浓度下的脱碱试验。具体数据见表5。

表5　赤泥浆液碱浓度对脱碱率的影响

浆液碱浓度, g /L 脱碱率, %

079. 8

3073. 5

5070. 5

7067. 8

9063. 1

这与以往的加热加压脱碱相比, 大大降低了脱碱成本, 这也是此工艺最突出的优化之处。

(2) 试验得出低温拜耳赤泥脱碱的优化工艺条

件为:温度70℃～90℃、钙钠比3. 0左右、液固比3左右、时间4h ～7h 。在此条件下的脱碱率可达80%以上, 赤泥脱碱渣中氧化钠含量低于1%。

参考文献:

[1]胡剑, 郑秀芳, 等. 赤泥石灰法脱碱报告[R ].中国铝业山东分

公司, 2008.

[2]刘喜会, 康志军, 王建军, 史尚军. 赤泥的脱碱与贮存[J ]. 水

泥, 1999, (10) .

[3]阎科, 李生虎. 氧化铝生产过程中赤泥的综合利用[J ]. 太原科

技, 1998, (01)

[4]李耀刚, 王雅琼, 王克勤, 闫子春. 烧结法赤泥脱碱过程[J ].

过程工程学报, 1998, (04) .

反应条件:温度140℃、钙钠比3、时间1h 液固比2。

由数据表5得出, 在相同条件下, 随反应体系碱浓度的提高脱碱率逐步降低。

4　结论

(1) 通过大量低温(70℃～90℃)赤泥脱碱与高温(100℃～140℃)赤泥脱碱对比试验证实, 利用生产中赤泥自身温度无需另外加热, 适当延长时间即可得到与高温同样的脱碱效果, 脱碱率80%以上,

(责任编辑　张文军)

☆　☆　☆　☆　☆　☆　☆　☆　☆　☆

(上接第20页)

于生成胶体氢氧化铝并向拟薄水铝石转化。这就说明搅拌速度对拟薄水铝石的生成也有较大的影响。

通常控制搅拌速度在1250r /mi n 以上。3. 3　工业扩大试验

根据上述试验数据, 我们选择温度55℃,搅拌速度1270r /mi n , 铝酸钠溶液氧化铝浓度32g /l老化温度85℃,老化时间5小时, 进行工业扩大试验。取样过滤洗涤烘干作物化检测, 检测结果见表3。

表3扩大试验数据

序号123456

A l 2O 3%74. 875. 175. 274. 574. 976. 8

N a 2O %0. 150. 180. 300. 120. 090. 16

L O I %24. 4224. 1124. 6024. 4422. 9124. 43

物相含量

%[**************]

比表面积

2/m g

得样品的灼减、比表面积、氧化钠含量、拟薄水铝石的物相含量等指标均达到标准要求。

从以上分析可看出, 用硫酸铝溶液与烧结法精液反应生产出符合要求的假一水软铝石类型的无定型凝胶或拟薄水铝石。由于中州分公司采用烧结法生产氧化铝, 铝酸钠精液充足, 质量稳定, 原料硫酸铝由氢氧化铝与硫酸反应制得, 只需外购的原料为浓硫酸。流程相对简单操作较为简便。适宜工业生产。

4　结语

(1) 以铝酸钠溶液为原料采用硫酸铝中和法生产拟薄水铝石, 在低温高速搅拌条件下是可行的。该方法工艺简单, 便于控制, 适宜于工业生产。

(2) 进行工业化生产时要完善计量设施保证加料精确。同时硫酸铝高温腐蚀, 应考虑反应槽材质。

参考文献:

[1]E m i l e T r e b i l l o n . P r e p a r a t i o no f u l t r a p u r e b o e h m i t e s a n d /or p s e u d o -b o e h m i t e s [P ]. 美国专利:4492682, 1985-01-08. [2]梅剑珊. 氧化铝生产工艺[R ]. 1990.

330. 12321. 54340. 51301. 25300. 32322. 15

从表中可见, 在本试验条件下, 样品的灼减均小于25%,拟薄水铝石物相含量大于95%,比表面积300m /g, 氧化钠含量低于0. 3%。故采用本方法所

2

(责任编辑　张文军)