專利名稱：一種砂狀氧化鋁的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種砂狀氧化鋁的制備方法，具體地說是涉及一種從與工業(yè) 鋁酸鈉精液成分類似的鋁酸鈉溶液中制備^"狀氧化鋁的方法。
背景技術(shù)：
氧化鋁是電解鋁的主要生產(chǎn)原料，全球氧化鋁產(chǎn)量90 %左右用于生產(chǎn)電 解鋁。氧化鋁工業(yè)作為鋁工業(yè)的上游基礎(chǔ)原材料工業(yè)，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有 著重要作用。
拜耳法是氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)的主要方法，相關(guān)內(nèi)容詳見《氧化鋁生產(chǎn)工藝》 (畢詩文主編)，全球90%以上的氧化鋁都采用拜耳法生產(chǎn)。經(jīng)百余年的發(fā)展， 氧化鋁生產(chǎn)的工藝已取得了長足進(jìn)展和極大程度的改進(jìn)、完善。但在拜耳法 氧化鋁生產(chǎn)流程中，鋁酸鈉溶液晶種分解過程因存在分解率低、分解速度慢、 分解流程冗長、大量物料堆積、產(chǎn)品粒度難于控制等一系列問題，而成為氧 化鋁生產(chǎn)的技術(shù)"瓶頸"。為此，眾多研究者對強(qiáng)化方法也做了大量的研究 工作，主要是物理外場(如磁場和超聲波)方法強(qiáng)化、活化晶種方法強(qiáng)化、添 加無機(jī)和有機(jī)添加劑強(qiáng)化等，但由于以上強(qiáng)化方法均未能改變鋁酸鈉溶液晶 種分解的本質(zhì)機(jī)理，分解平衡仍然受到溶解平衡的熱力學(xué)限制，效果不甚明 顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的拜耳法氧化鋁生產(chǎn)流程中，鋁酸鈉溶液晶種 分解過程因存在分解率低、分解速度慢、分解流程冗長、大量物料堆積、產(chǎn)
品粒度難于控制所存在的問題，從而提供一種在控制反應(yīng)條件下，往鋁酸鈉 溶液中滴加曱醇與水的混合溶劑，利用甲醇促進(jìn)鋁酸鈉溶液的分解，快速得 到氫氧化鋁的作用，而無需添加晶種的制備砂狀氧化鋁的方法，該方法反應(yīng) 時間短、分解率高；同時還避免了碳分法得到的氧化鋁產(chǎn)品粒度細(xì)、強(qiáng)度低 的缺陷。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
3本發(fā)明提供的砂狀氧化鋁的制備方法，包括如下步驟
1) 首先配制甲醇與水的混合溶劑按曱醇與水的體積比為1:0.1-1:1 混合；
2) 取含有氧化鈉濃度80-230g/L、氧化鋁濃度70-240 g/L、氧化鈉與 氧化鋁摩爾比為1. 3-2. 0的鋁酸鈉溶液；
3) 將步驟l)配制的曱醇與水的混合溶劑與步驟2)的鋁酸鈉溶液，按 照鋁酸鈉溶液與曱醇與水的混合溶劑的體積比為1: 0. 5-1: 2. 5配料，將所述 的曱醇與水的混合溶劑往鋁酸鈉溶液中滴加，直至?xí)醮寂c水的混合溶劑滴加 完為止；
該滴加過程置于密閉的恒溫水浴中進(jìn)行，在常壓下溫度保持在3 0-7 5 。C ， 并且攪拌反應(yīng)3-24小時，得到析出氫氧化鋁的懸浮液；
4) 對步驟3)得到的懸浮液進(jìn)行液固分離，固相用70-100'C熱水洗滌 至少一次，并置于80-10(TC干燥，得到氬氧化鋁產(chǎn)品，液相進(jìn)行分餾，分離 出曱醇循環(huán)利用；
5 )將步驟4)得到的氫氧化鋁進(jìn)行煅燒，其中煅燒的溫度為950-IIOO'C， 時間2小時，即得到砂狀氧化鋁產(chǎn)品。
在上述的技術(shù)方案中，所述的鋁酸鈉溶液的配制按照氧化鈉與氧化鋁 的摩爾比為1.3-2.0,稱取氬氧化鈉和氫氧化鋁溶解于水中，直至溶液清澈 后過濾兩次，即得鋁S吏鈉溶液。
在上述的技術(shù)方案中，所述的曱醇與水的混合溶劑往鋁酸鈉溶液滴加速 度為60. 0mL/h-420. OmL/h。
在上述的技術(shù)方案中，所述的原料純度為工業(yè)級以上即可。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
本發(fā)明的制備砂狀氧化鋁的方法，不同于傳統(tǒng)的晶種分解，體系從原來 的三元變?yōu)楝F(xiàn)在的四元體系。雖有美國專利US4900537涉及一種往鋁酸鈉溶 液中添加純曱醇的方法，但是其醇用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于本方法中的用量，且同時還 需要添加大量晶種，該方法添加曱醇的目的在于改變晶型。本發(fā)明的方法又 不同于中國科學(xué)院過程工程研究所探索出來的方法(王雪，鄭詩禮，張懿.曱 醇溶析鋁酸鈉制備氫氧化鋁.過程工程學(xué)報，2008， 8:72-77.)，由于其添加 大量的純曱醇，造成體系性質(zhì)的急劇變化，得到的是片狀的、不規(guī)則的氬氧 化鋁晶體，遠(yuǎn)不符合電解鋁生產(chǎn)要求的砂狀氧化鋁的物性指標(biāo)。本發(fā)明砂狀 氧化鋁的制備方法中，外加溶劑是以醇-水混合溶劑的方式添加，不僅充分 利用了醇對鋁酸鈉溶液體系中的堿溶解、而鋁不被溶解的特性，同時通過調(diào)節(jié)醇-水的配比和滴加速度來調(diào)控其對體系的過飽和度和過飽和溶液穩(wěn)定性 的影響，從而控制合適的析晶速度(比添加純曱醇析出慢，但比晶種分解方 法迅速得多)，從而得到大顆粒、流動性能好的氫氧化鋁產(chǎn)品，煅燒后可獲 得質(zhì)量良好的砂狀氧化鋁，該砂狀氧化鋁符合電解鋁生產(chǎn)所要求的物性指 標(biāo)。
利用本發(fā)明的制備砂、狀氧化鋁的方法，可實(shí)現(xiàn)拜爾法種分精液高效快速
分解，時間可縮短為晶種分解方法的1/3,甚者更短；同時可以不往體系中 添加晶種，極大提高了鋁的利用效率，還節(jié)約了成本；分解率較晶種分解方 法能提高20%以上，從而大大提高設(shè)備產(chǎn)能，同時分解母液循環(huán)效率大大提 高；產(chǎn)品粒度-45jum〈12y。；且曱醇沸點(diǎn)低，易于分離。本發(fā)明的制備砂狀氧 化鋁的方法工藝簡單、調(diào)控有效。
并且本發(fā)明的制備^f少狀氧化鋁的方法還可實(shí)現(xiàn)曱醇的再利用，既利于保 護(hù)環(huán)境，又可以節(jié)約了成本。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，其中 圖1是本發(fā)明實(shí)施例2制備的氫氧化鋁的SEM圖片； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例2制備的氫氧化鋁的SEM放大圖片；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例3制備的氫氧化鋁煅燒得到的砂狀氧化鋁的SEM圖
片；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例3制備的氫氧化鋁煅燒得到的砂狀氧化鋁的SEM放 大圖片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
取本實(shí)施例配制的鋁酸鈉溶液(稱取21. 94g氬氧化鈉和32. 12g氬氧化 鋁，置于聚四氟乙烯瓶中于120度溶解于100mL水中，待溶液清澈后過濾兩 次即得)75mL，其成分為Na20濃度170. 6g/L、八1203濃度209.5 g/L、 Na20 與Ah。3摩爾比(分子比)1. 34;
再配制曱醇與水的混合溶劑，按照曱醇與水的體積比為1:0.1，取配好 的甲醇與水的混合;容劑15 OmL;
然后將上述曱醇與水的混合溶劑以60mL/min的速度向鋁酸鈉溶液中滴加，其中鋁酸鈉溶液與曱醇與水的混合溶劑的體積比為1:2. 0,直至?xí)醮寂c 水的混合溶劑滴加完為止；上述曱醇與水的混合溶劑的滴加過程在75。C的恒 溫水浴中進(jìn)行，常壓密閉攪拌反應(yīng)，9小時后停止；并緩慢析出氬氧化鋁的 懸浮液；將得到的懸浮液進(jìn)行液固分離，分離出氫氧化鋁固相和母液；母液 中Na20濃度為65. 8g/L， A"。3濃度18. 6g/L，分子比為5. 81,液相再進(jìn)行分 餾，還分離出曱醇；固相用80。C熱水洗滌一次，并置于90。C干燥，得氫氧 化鋁產(chǎn)品，并于950。C煅燒2小時即得到砂狀氧化鋁。本實(shí)施例鋁酸鈉溶液 的分解率為76.93%,得到的砂狀氧化鋁主要指標(biāo)粒度-45^=8. 74%。 其中本實(shí)施例中的原料均采用化學(xué)純的。
本實(shí)施例的液相經(jīng)分餾，分離出甲醇后，甲醇可以經(jīng)過后續(xù)處理再利用。 以下實(shí)施例的制備步驟同實(shí)施例1,區(qū)別僅在于具體配比和條件不同，
不再--詳述。
實(shí)施例2
向Na20濃度為171. 3g/L、 Ah03濃度為183. Og/L、分子比為1. 54的鋁 酸鈉溶液中以300. OmL/min的速度滴加曱醇與水的混合溶劑(V甲醇V水 =1:0.5),鋁酸鈉溶液與混合溶劑的體積比為1:1;將上述過程在55。C恒溫 水浴中常壓密閉攪拌反應(yīng)進(jìn)行，12小時后停止；將反應(yīng)后的懸浮液進(jìn)行液固 分離，得到氫氧化鋁固相和母液；母液中Na20濃度為92. 33g/L,人1203濃度 27. 12g/L，分子比為5.60,液相進(jìn)行分餾，分離出甲醇；固相用70。C熱水 洗滌兩次，并置于90。C干燥，得氫氧化鋁產(chǎn)品，1000。C煅燒2小時即得到砂 狀氧化鋁。本實(shí)施例鋁酸鈉溶液的分解率為72. 51%,得到的砂狀氧化鋁主要 指標(biāo)粒度-45|^=6. 62%，氬氧化鋁產(chǎn)品形貌見附圖1和附圖2。其中本實(shí)施例 中的原料均采用的分析純的。 實(shí)施例3
向Na20濃度為87. 3g/L、 Al力3濃度為72. 2g/L、分子比為1. 99的鋁酸 鈉溶液中以420. OmL/min的速度滴加曱醇與水的混合溶劑(V甲醇V水4: 0. 8), 鋁酸鈉溶液與混合溶劑的體積比為1:2.5;將上述過程在60。C恒溫水浴中常 壓密閉攪拌反應(yīng)18小時；將反應(yīng)后的懸浮液進(jìn)行液固分離，得到氬氧化鋁 固相和母液;母液中歸濃度為28. 3g/L，Al2。3濃度4. 5g/L，分子比為10. 35; 固相用85。C熱水洗滌一次，并置于8(TC干燥，得氬氧化鋁產(chǎn)品，IIO(TC煅 燒2小時即得到砂狀氧化鋁。本實(shí)施例鋁酸鈉溶液的分解率為80. 68%,得到 的砂狀氧化鋁主要指標(biāo)粒度-45|om=5. 51%,煅燒后的產(chǎn)品形貌見附圖3和附 圖4。其中本實(shí)施例中的原料均采用的工業(yè)純的。實(shí)施例4
向Na20濃度為153. 9g/L、八1203濃度為142. 2g/L、分子比為1. 78的鋁 酸鈉溶液中以240. OmL/min的速度滴加曱醇與水的混合溶劑(V甲醇V水 =1: 0. 3)，鋁酸鈉溶液與混合溶劑的體積比為1: 0. 75;將上述過程在45。C恒 溫水浴中常壓密閉攪拌反應(yīng)6小時；將反應(yīng)后的混合液進(jìn)行液固分離，得到 氫氧化鋁固相和母液；母液中Na20濃度為82. 65g/L，八1203濃度25. 65g/L， 分子比為5.30，液相進(jìn)行分餾，分離出曱醇；固相用90。C熱水洗滌一次， 并置于8(TC干燥，得氫氧化鋁產(chǎn)品，于IOO(TC下煅燒2小時即得到砂狀氧 化鋁。本實(shí)施例鋁酸鈉溶液的分解率為66.84%,得到的砂狀氧化鋁主要指標(biāo) 粒度-45pm-9. 47%。其中本實(shí)施例中的原料均釆用的工業(yè)純的。 實(shí)施例5
向Na20濃度為229. 6g/L、 A"。3濃度為240. 6g/L、分子比為1. 57的鋁酸 鈉溶液中以120. OmL/min的速度滴加甲醇與水的混合溶劑(V甲醇:V水=1: 1)， 鋁酸鈉溶液與混合溶劑的體積比為1:1;將上述過程在40。C恒溫水浴中常壓 密閉攪拌反應(yīng)24小時；將反應(yīng)后的混合液進(jìn)行液固分離；得到的母液中Na20 濃度為83. 28g/L,八1203濃度30. 88g/L,分子比為4. 44;固相用80"C熱水洗 滌一次，并置于8(TC干燥，得氫氧化鋁產(chǎn)品，110(TC煅燒2小時即得到砂狀 氧化鋁。本實(shí)施例鋁酸鈉溶液的分解率為64.64°/。，得到的砂狀氧化鋁主要指 標(biāo)粒度-45^=6. 53%。其中本實(shí)施例中的原料均釆用的分析純的。 實(shí)施例6
向Na20濃度為102. 4g/L、八1203濃度為110. lg/L、分子比為1. 53的鋁 酸鈉溶液中以180. OmL/min的速度滴加甲醇與水的混合溶劑(V甲醇V水 =1: 0. 45)，鋁酸鈉溶液與混合溶劑的體積比為1: 0. 5;將上述過程在3(TC恒 溫水浴中常壓密閉攪拌反應(yīng)3小時；將反應(yīng)后的混合液進(jìn)行液固分離；得到 的母液中Na20濃度為83. 53g/L,八1203濃度28. 39g/L，分子比為4. 84;固相 用85。C熱水洗滌一次，并置于90。C干燥，得氫氧化鋁產(chǎn)品，950。C煅燒2小 時即得到砂狀氧化鋁。本實(shí)施例鋁酸鈉溶液的分解率為68. 31%，得到的砂狀 氧化鋁主要指標(biāo)粒度-45罔=11. 47%。其中本實(shí)施例中的原料均釆用的化學(xué)純 的。
權(quán)利要求
1.一種砂狀氧化鋁的制備方法，包括以下步驟1)首先配制甲醇與水的混合溶劑按甲醇與水的體積比為1∶0.1-1∶1；2)取含有氧化鈉濃度80-230g/L、氧化鋁濃度70-240g/L、氧化鈉與氧化鋁摩爾比為1.3-2.0的鋁酸鈉溶液；3)將步驟1)配制的甲醇與水的混合溶劑與步驟2)的鋁酸鈉溶液，按照鋁酸鈉溶液與甲醇與水的混合溶劑的體積比為1∶0.5-1∶2.5配料，將所述的甲醇與水的混合溶劑往鋁酸鈉溶液中滴加，直至甲醇與水的混合溶劑滴加完為止；該滴加過程置于密閉的恒溫水浴中進(jìn)行，在常壓下溫度保持在30-75℃，并且攪拌反應(yīng)3-24小時，得到析出氫氧化鋁的懸浮液；4)對步驟3)得到的懸浮液進(jìn)行液固分離，固相用70-100℃熱水洗滌至少一次，并置于80-100℃干燥，得到砂狀氫氧化鋁產(chǎn)品，液相進(jìn)行分餾，分離出甲醇；5)將步驟4)得到的氫氧化鋁進(jìn)行煅燒，其中煅燒的溫度為950-1100℃，時間2小時，即得到砂狀氧化鋁產(chǎn)品。
2. 按權(quán)利要求1所述的砂狀氧化鋁的制備方法，其特征在于，所述的鋁 酸鈉溶液的配制按照氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為1.3-2.0,稱取氬氧化鈉 和氫氧化鋁溶解于水中，直至溶液清澈后過濾兩次，即得鋁酸鈉溶液。
3. 按權(quán)利要求1所述的砂狀氧化鋁的制備方法，其特征在于，所述的曱 醇與水的混合溶劑往鋁酸鈉溶液中滴加速度為60. 0mL/h-420. 0mL/h。
4. 按權(quán)利要求1所述的砂狀氧化鋁的制備方法，其特征在于，所述的原 料純度為工業(yè)級以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種砂狀氧化鋁的制備方法，包括按甲醇與水的體積比為1∶0.1-1∶1來配制甲醇與水的混合溶劑；按照氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為1.3-2.0稱料溶解于水中，配制得含有氧化鈉濃度80-230g/L、氧化鋁濃度70-240g/L、分子比1.3-2.0的鋁酸鈉溶液；將甲醇與水的混合溶劑往鋁酸鈉溶液中滴加，且該滴加過程置于密閉的、30-75℃的恒溫水浴中進(jìn)行，攪拌反應(yīng)3-24小時后得到析出氫氧化鋁的懸浮液；對反應(yīng)后的懸浮液進(jìn)行液固分離，得到的固相采用70-100℃的熱水洗滌至少一次，并于80-100℃干燥，得到氫氧化鋁產(chǎn)品；氫氧化鋁經(jīng)焙燒即得到砂狀氧化鋁。采用本發(fā)明方法，反應(yīng)時間較傳統(tǒng)種子分解方法大大縮短，還不需添加氫氧化鋁晶種，分解率能提高20％以上，分解母液循環(huán)效率大大提高；產(chǎn)品粒度-45μm＜12％。
文檔編號C01F7/30GK101607730SQ200810115130
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者懿 張, 盈 張, 張亦飛, 徐紅彬, 鄭詩禮 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所