一種鋁酸鈉溶液與碳酸氫鈉液相法碳分制備一水軟鋁石的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鋁酸鈉溶液與碳酸氫鈉液相法碳分制備一水軟鋁石的方法，屬于工業(yè)氧化鋁領(lǐng)域。本發(fā)明采用NaHCO3溶液與鋁酸鈉溶液發(fā)生分解反應(yīng)，添加一水軟鋁石晶種誘導(dǎo)鋁酸鈉溶液結(jié)晶析出一水軟鋁石，鋁酸鈉溶液分解后得到的碳分母液經(jīng)隔膜電解完成碳?jí)A的解離，在陽(yáng)極區(qū)制得碳酸氫鈉，返回分解工序，實(shí)現(xiàn)碳源的循環(huán)利用。本發(fā)明適用于拜耳法及燒結(jié)法鋁酸鈉溶液分解過(guò)程，分解速率快且可降低氧化鋁焙燒能耗。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種鋁酸鈉溶液與碳酸氫鈉液相法碳分制備一水軟鋁石的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化鋁生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是關(guān)于利用鋁酸鈉溶液與碳酸氫鈉液相法碳分制備一水軟鋁石的新方法。
技術(shù)背景
[0002]作為生產(chǎn)金屬鋁的基本原料，氧化鋁生產(chǎn)在鋁工業(yè)中占據(jù)著極其重要的位置。目前國(guó)內(nèi)外氧化鋁生產(chǎn)的方法主要有拜耳法、燒結(jié)法和聯(lián)合法。聯(lián)合法是拜耳法和燒結(jié)法的組合。拜耳法能耗低，但對(duì)鋁土礦的品質(zhì)要求較高，燒結(jié)法能處理低品位鋁土礦，不足之處是耗能偏高。
[0003]拜耳法分解鋁酸鈉溶液采用的種分過(guò)程，由于受溶液Na2O-Al2O3-H2O三相平衡的限制，實(shí)際生產(chǎn)中拜耳法晶種分解的分解率只能在50%左右，且種分時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40-70小時(shí)，生產(chǎn)效率低。燒結(jié)法分解鋁酸鈉溶液所采用的是CO2碳分法，分解率高一約在90%以上，且碳分時(shí)間短一約4-5小時(shí)左右，但存在產(chǎn)品質(zhì)量差、增加了制備CO2工序、氣體利用率低、大量CO2排入大氣污染環(huán)境等問(wèn)題。拜耳法及燒結(jié)法鋁酸鈉溶液分解過(guò)程主要反應(yīng)可用式(I)和式(2)表示:
[0004]Al (OH) 4(叫)—β Al (0H)3(S)+OH (叫)(I)
[0005]Α1(0Η)-4(叫)+C02— β Al (0H)3(S)+CO/—(叫) (2)
[0006]Al(0H)-4(aq) - yA100H(s)+0r(aq)+H20(3)
[0007]理論上鋁酸鈉溶液可以分解出各種氫氧化鋁、一水氧化鋁甚至氧化鋁相，如三水鋁石β Al (OH)3和一水軟鋁石ΥΑ100Η，或者其混合體。目前無(wú)論是種分還是碳分，鋁酸鈉溶液分解產(chǎn)物都是三水鋁石，每產(chǎn)出I摩爾氧化鋁，需要170千焦的熱量。若在分解工序以一水軟鋁石的析出(反應(yīng)3)代替三水鋁石，則焙燒能耗可降低60%，因?yàn)橐凰涗X石在490°C下脫水，每產(chǎn)出I摩爾氧化鋁，僅需要72千焦的熱量。因此從生產(chǎn)能耗的角度來(lái)看，在分解工序直接析出一水軟鋁石是非常有益的。
[0008]從過(guò)飽和鋁酸鈉溶液中直接析出一水軟鋁石的工藝早有報(bào)導(dǎo)，1986年Misra和Siva, kumar提出一種“改進(jìn)拜耳法”，即在115-145°C的溫度下，添加大量一水軟鋁石晶種，直接從招酸鈉溶液中析出一水軟招石。1993年希臘Filippou和Paspaliaris也提出了“晶種分解”析出一水軟鋁石的想法。但目前研究表明從鋁酸鈉溶液中析出一水軟鋁石存在分解速率慢、分解率低、產(chǎn)物粒度小、分解溫度高(100-150°C)等問(wèn)題。分解速率慢意味著氧化鋁生產(chǎn)中分解工序長(zhǎng)和晶種循環(huán)量提高，這對(duì)氧化鋁的生產(chǎn)是致命的，拜耳法的瓶頸就在晶種分解。產(chǎn)物粒度小意味著難以滿(mǎn)足電解鋁對(duì)砂狀氧化鋁的粒度要求，分解溫度高則對(duì)氧化鋁生產(chǎn)中的節(jié)能降耗不利。
[0009]中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所王志等申報(bào)的專(zhuān)利“鋁酸鈉溶液碳酸化分解制備一水軟鋁石的方法(專(zhuān)利號(hào)200710065214.7)”提出了在燒結(jié)法碳酸化分解中添加大量一水軟鋁石做晶種，在抑制三水鋁石析出同時(shí)，實(shí)現(xiàn)一水軟鋁石的可控結(jié)晶，并輔以晶體生產(chǎn)促進(jìn)劑，對(duì)該過(guò)程進(jìn)行強(qiáng)化。在分解過(guò)程中通過(guò)控制CO2通氣速度來(lái)調(diào)節(jié)鋁酸鈉溶液中一水軟鋁石的過(guò)飽和度(分解梯度)，從而調(diào)控晶體生長(zhǎng)過(guò)程的成核與附聚，使其向有利于一水軟鋁石的方向進(jìn)行。該方法具有鋁酸鈉溶液分解速率快、析出一水軟鋁石含量高等優(yōu)點(diǎn)，但存在著只能針對(duì)于傳統(tǒng)燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁中采用碳酸化分解的方法，而對(duì)于拜耳法生產(chǎn)中鋁酸鈉溶液采用碳酸化分解，則存在分解后大量碳酸鈉溶液在拜耳法系統(tǒng)中無(wú)法循環(huán)利用及對(duì)其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)帶來(lái)危害等問(wèn)題，而且鋁酸鈉溶液碳酸化分解過(guò)程難控制；受氣液界面?zhèn)髻|(zhì)控制及局部過(guò)度分解會(huì)造成絲鈉鋁石的生成，碳分產(chǎn)品質(zhì)量較差；分解過(guò)程CO2利用率低(通?！?0%)，而且CO2來(lái)源于高耗低效的石灰窯。萬(wàn)平玉、鈕因鍵等(專(zhuān)利號(hào)200710178670.2)提出的“一種堿溶碳分法生產(chǎn)氧化鋁的工藝”是由堿溶工序、碳分工序和膜電解再生循環(huán)工序所組成。堿溶工序采用高濃度氫氧化鈉溶液溶解鋁土礦中的氧化鋁，得到鋁酸鈉溶液；碳分工序采用碳酸氫鈉或二氧化碳分解鋁酸鈉溶出液；膜電解再生循環(huán)工序?qū)⑻挤止ば虍a(chǎn)物碳酸鈉溶液通過(guò)膜電解獲得碳酸氫鈉和氫氧化鈉溶液，并實(shí)現(xiàn)物料的循環(huán)利用。該方法主要用于生產(chǎn)常規(guī)的三水鋁石型氫氧化鋁，在產(chǎn)品晶型、氫氧化鋁粒度和強(qiáng)度調(diào)控方面缺乏創(chuàng)新突破，而且該工藝是否適用化學(xué)品氧化鋁的生產(chǎn)也有待研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有氧化鋁生產(chǎn)方法拜耳法和燒結(jié)法中鋁酸鈉溶液分解過(guò)程中所存在的不足，提供一種鋁酸鈉溶液與碳酸氫鈉液相法碳分制備一水軟鋁石的新方法，既能夠顯著提高氧化鋁生產(chǎn)效率又能夠?qū)崿F(xiàn)碳酸氫鈉循環(huán)利用，制備出一水軟鋁石粒度大，適合于工業(yè)氧化鋁生產(chǎn)。
[0011]本發(fā)明提出的一種鋁酸鈉溶液與碳酸氫鈉液相法碳分制備一水軟鋁石的方法，通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0012]本發(fā)明是利用鋁酸鈉溶液與碳酸氫鈉發(fā)生液液中和反應(yīng)，以一種一水軟鋁石為晶種，使鋁酸鈉溶液分解析出一水軟鋁石，采用隔膜電解碳分母液使碳酸鈉轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉溶液。主要如圖1所示，包括以下步驟:
[0013]將調(diào)配好的鋁酸鈉溶液加入到攪拌著的反應(yīng)槽中，將晶種系數(shù)為0.1~2.0的一水軟鋁石晶種添加到鋁酸鈉溶液中，碳酸氫鈉溶液由蠕動(dòng)泵打入到反應(yīng)槽中與鋁酸鈉溶液進(jìn)行分解反應(yīng)，一水軟鋁石在晶種誘導(dǎo)下結(jié)晶長(zhǎng)大，分解2~7h后，得分解產(chǎn)物。
[0014]分解產(chǎn)物經(jīng)液固過(guò)濾分離，固體水洗至中性，在80°C下干燥制得一水軟鋁石產(chǎn)品，一水軟鋁石含量調(diào)控范圍寬，且粒度為砂狀。濾液Na2CO3在一定電流密度下電解一定時(shí)間后，在陽(yáng)極室，碳酸鈉被電解轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉并釋放出鈉離子和氧氣，如式(4)表示，電解得到的NaHCO3溶液在用于鋁酸鈉溶液分解析出一水軟鋁石。
[0015]2NaC03+H20_2e — 2NaHC03+l/202+Na+(4)
[0016]上述方法的特征是，鋁酸鈉溶液的濃度Al20360~160克/升，苛性化系數(shù)1.3~1.7,攪拌速度100~300r.min—1，一水軟鋁石晶種系數(shù)0.1~2.0,分解溶液溫度85~IOO0C，碳酸氫鈉濃度60~120克/升，添加速率0.2~1.0g.L-1.mirT1，添加方式包括慢速與快速兩種，分解時(shí)間2~7小時(shí)。隔膜電解碳分母液溫度40~80°C，電解時(shí)間4~20小時(shí)，電流密度0.01~0.lA/cm2。分解完成后產(chǎn)物中一水軟鋁石粒度大，可達(dá)到砂狀氧化鋁要求。[0017]此外，所述鋁酸鈉溶液的濃度優(yōu)選為Al20380~100克/升，苛性化系數(shù)為1.3~
1.5，分解溶液溫度為85~95°C。
[0018]所述碳酸氫鈉濃度為80~100克/升，添加速率為0.2~0.5g.L-1.mirT1。
[0019]所述鋁酸鈉溶液分解時(shí)間為2~4小時(shí)，攪拌速度為100~150r.mirT1。
[0020]所述電解碳分母液溫度為40~60°C，電解時(shí)間為5~10小時(shí)，電流密度為0.01~0.05A/cm2。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比如有如下優(yōu)點(diǎn):
[0022]( I)適用于拜耳法及燒結(jié)法的鋁酸鈉溶液分解過(guò)程，分解率高，且析出一水軟鋁石粒度大(平均粒徑80~120微米)，一水軟鋁石含量調(diào)控范圍寬(60%~98%)，突破了常規(guī)分解過(guò)程一水軟鋁石產(chǎn)物粒度細(xì)小(〈40微米)、一水軟鋁石含量低(50%左右)的瓶頸。
[0023](2)可采用工業(yè)鋁酸鈉溶液為原料，不存在傳統(tǒng)的一水軟鋁石(主要生產(chǎn)活性氧化鋁)制備過(guò)程原料成本高、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。
[0024](3)碳分母液(Na2CO3)經(jīng)隔膜電解在陽(yáng)極區(qū)制得NaHCO3溶液，可直接用于鋁酸鈉溶液分解過(guò)程，成本低及可實(shí)現(xiàn)原料循環(huán)綜合利用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明的制造工藝圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步介紹本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，但本發(fā)明決不局限于實(shí)施例。實(shí)施例1:
[0027]用工業(yè)氫氧化招與氫氧化鈉配置招酸鈉溶液200ml,化學(xué)成分為Al20360克/升，苛性化系數(shù)為1.3，分解溶液溫度85°C，攪拌速度IOOr.min-1條件下，加入晶種系數(shù)為0.1的一水軟鋁石晶種，并且用蠕動(dòng)泵加入濃度為60克/升NaHCO3溶液，添加速率0.2g -L-1 ·min-1,分解時(shí)間2h，將析出的一水軟鋁石與碳分母液分離，得到產(chǎn)物一水軟鋁石。所得碳分母液經(jīng)隔膜電解，電解溶液溫度40°C，電解時(shí)間4h，電流密度為0.0lA/cm2，在陽(yáng)極區(qū)得到NaHCO3溶液，調(diào)整為合適的濃度待用。
[0028]鋁酸鈉溶液分解產(chǎn)物及碳分母液電解結(jié)果見(jiàn)表I
[0029]表I鋁酸鈉溶液分解產(chǎn)物及碳分母液電解結(jié)果
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種招酸鈉溶液與碳酸氫鈉液相法碳分制備一水軟招石的方法，其特征在于:米用碳酸氫鈉溶液液相法分解鋁酸鈉溶液，添加一水軟鋁石晶種到鋁酸鈉溶液中，并添加碳酸氫鈉與鋁酸鈉溶液發(fā)生分解反應(yīng)，一水軟鋁石在晶種誘導(dǎo)下結(jié)晶長(zhǎng)大，分解后經(jīng)固液分離，得分解產(chǎn)物一水軟鋁石；鋁酸鈉溶液分解后得到的碳分母液經(jīng)隔膜電解，在陽(yáng)極區(qū)得到碳酸氫鈉溶液，返回到分解過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了碳酸氫鈉的循環(huán)利用；所述分解鋁酸鈉溶液條件包括:鋁酸鈉溶液的濃度為Al20360~160克/升，苛性化系數(shù)為1.3~1.7，攪拌速度為100~300r.min-1，一水軟鋁石晶種系數(shù)為0.1~2.0，分解溶液溫度為85~100°C ;碳酸氫鈉濃度為60~120克/升，碳酸氫鈉添加速率為0.2~1.0g.L-1.min-1，添加方式包括慢速與快速兩種模式，分解反應(yīng)時(shí)間為2~7小時(shí)；電解碳分母液溫度為40~80°C，電解時(shí)間為4~20小時(shí)，電流密度為0.01~0.lA/cm2。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述鋁酸鈉溶液的濃度為Al2O3SO~100克/升，分解溶液溫度為85~95°C。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述碳酸氫鈉濃度為80~100克/升，添加速率為0.2~0.5g.L 1.min、
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述鋁酸鈉溶液分解時(shí)間為3~5小時(shí)，攬拌速度為150~200r.min、
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述電解碳分母液溫度為40~60°C，電解時(shí)間為5~10小時(shí)，電流密度為0.01~0.05A/cm2。
【文檔編號(hào)】C01F7/14GK103449486SQ201310382973
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】王志, 張爽, 劉玲, 王明涌, 公旭中 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所