拜耳法碳分制备粗粒氢氧化铝工艺研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 1 9 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 3 ．0 0 6 拜耳法碳分制备粗粒氢氧化铝工艺研究 王红伟1 ，马科友1 ，秦凤婷1 ，杜新玲1 ，郭江1 ，张学英2 1 ．济源职业技术学院，河南济源4 5 4 6 5 0 ；2 ．中铝河南分公司，河南郑州4 5 0 0 4 1 摘要采用碳酸氢钠溶液分解拜耳法精液制备粗粒氢氧化铝，研究了分解温度、分解时间、分解制度、分 解深度、碳酸氢钠溶液浓度及晶种对氢氧化铝产品粒度的影响，在适当的工艺条件下，所得第一段产品 4 5 “m 粒子质量分数可降至9 ．9 4 ％。 关键词拜耳法；碳酸化分解；碳酸氢钠；氢氧化铝；粒度 中图分类号T F 8 2 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 I 0 3 0 0 1 9 一0 4 R e s e a r c ho nP r o c e s so fB a y e rC a r b o n a t i o nP r e c i p i t a t i o n P r o d u c i n gC o a r s eA l u m i n u mH y d r o x i d e s W A N GH o n g w e i l ，M AK e - y o u l ，Q I NF e n g t i n 9 1 ，D UX i n - l i n 9 1 ， G U OJ i a n 9 1 。Z H A N GX u e - y i n 9 2 1 ．J i y u a nV o c a t i o n a lT e c h n i c a lC o l l e g e ，J i y u a n4 5 4 6 5 0 ，C h i n a ；2 ．H e n a nB r a n c hC h i n aA l u m i n u m 。Z h e n g z h o u4 5 0 0 4 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h ec o a r s ea l u m i n u mh y d r o x i d ei sp r o d u c e db ys o d i u mb i c a r b o n a t es o l u t i o np r e c i p i t a t i n gB a y e r r e f i n e ds o l u t i o n ，t h ei n f l u e n c e so fp r e c i p i t a t i o nt i m e ，t e m p e r a t u r e ，r u l e s ，r a t e ，s o d i u mb i c a r b o n a t eS O I u - t i o nc o n c e n t r a t i o na n dB y e rs e e do na l u m i n u mh y d r a t ep a r t i c l es i z eares t u d i e d ，t h ep e r c e n t a g eo f 4 5b L m p o w d e rc o u l dd e c r e a s et o9 ．9 4 ％u n d e rt h ep r o p e rp r o c e s sc o n d i t i o n s ． K e y w o r d s B a y e rp r o c e s s ；C a r b o n a t i o np r e c i p i t a t i o n ；S o d i u mb i c a r b o n a t e ；A l u m i n u mh y d r o x i d e ；P a r t i c l es i z e 氧化铝是电解铝生产的主要原料，随着电解铝 厂环保及节能的需要，特别是干法烟气净化和大型 中间自动点式下料预焙槽的推广以及流态化焙烧技 术的应用，对氧化铝的物理化学性质提出了严格的 要求[ 1 - 3 ] ，需要粒度均匀、强度好、比表面积大及流 动性好的砂状氧化铝，但这些性能基本取决于氢氧 化铝的粒度和强度1 4 ] ，因此生产粗颗粒氢氧化铝有 十分重要的意义。 本文研究在拜耳法生产氧化铝工序中，采用碳 酸氢钠分解法制备氢氧化铝，通过碳分工艺优化，同 时添加一定量活性晶种，强化分解过程，制备出了粒 度较粗的氢氧化铝产品。 l 试验过程与方法 以拜耳法精液为分解原液，工业种分氢氧化铝 作者简介王红伟 1 9 7 4 一 ，女，河南南阳人，硕士，讲师． 为晶种，均匀缓慢滴加N a H C O 。溶液进行两段碳酸 化分解制备氢氧化铝；碳酸化分解试验在7 6 1 型 数显恒温玻璃水浴中进行，分解温度由恒温水浴槽 控制。分解用碳酸氢钠溶液采用分析纯碳酸氢钠固 体溶于纯水中配制而成。 采用欧莫克L S 8 0 0 激光粒度仪分析产品粒度。 试验中产物氢氧化铝的粒度用 4 5 弘m 质量分数表 示。 2 试验结果与讨论 2 ．1 分解温度对氢氧化铝粒度的影响 分解温度是影响氢氧化铝粒度的主要因素，一 般说来，分解温度高，有利于氢氧化铝晶体的长大， 从而可减弱其吸附碱和氧化硅的能力，然而温度太 低又会增加二次成核的速度，使产品细化，同时，低 万方数据 2 0 有色金属 冶炼部分2 0 1 1 年3 期 温下溶液的黏度增大也影响分解过程的进行[ 5 ] 。 本试验固定分解时间4h 及其他反应条件，在 不添加晶种的条件下，在6 5 ℃、8 0 ℃、9 0 ℃温度下 分别进行一段分解试验。得到的氢氧化铝产品粒度 有较大差别。6 5 ℃得到的产品粒度较细， 4 Su m 粒子质量分数高达9 5 ．9 3 ％；8 0 ℃得到的产品优于 6 9 ℃， 4 5 “ m 粒子质量分数8 1 ．5 0 ％；9 0 ℃得到 的产品质量最好， 4 5 ／z m 粒子质量分数可降至 5 6 ．7 0 ％。 这是因为分解温度低且没有晶种存在时，加速 了二次成核过程，使产物氢氧化铝粒度变细；而提高 温度不但能减少二次成核的发生并能增大晶体成长 速度，而且有利于微细粒子的粘结与附聚作用，使得 分解产物的结晶形状稳定I s ] 。 2 ．2 分解制度对氢氧化铝粒度的影响 不同的分解制度对产品氢氧化铝的质量和粒度 有重要的影响[ 1 ’6 ] 。固定分解温度9 0 ℃、分解时间 4h 及其他反应条件，在不添加晶种的条件下，分别 进行一段式分解、二段式分解试验。试验结果如表 1 所示。 表1分解制度对氢氧化铝产品质量的影响 T a b l elE f f e c to fp r e c i p i t a t i n gr u l e so na l u m i n u mh y d r a t eq u a l i t y 由表1 可以看出，在二段式分解工艺中，第一阶 段分解率控制在8 5 ％左右时，得到的产品纯度较 高，粒度较粗；第二阶段分解率控制在1 0 0 ％，其产 品粒度较细，而且s i 0 、F e 。0 。、N a z 0 含量较高。一 段式分解工艺分解率直接控制在1 0 0 ％时，得到的 产品纯度较低，粒度较细。因此，为了便于分解控制 并得到较高质量的氢氧化铝产品，分解制度采用二 段式分解较为适宜。 2 ．3 分解深度对氢氧化铝产品粒度的影响 在硅量指数一定的条件下，氢氧化铝的质量取 决于碳分条件，特别是分解深度∽j 。本试验采用两 段式分解制度，不添加晶种，固定分解温度9 0 ℃、分 解时间1 0h 及其他试验条件，进行了一段分解率对 产品粒度影响的对比试验，试验结果见表2 所示。 表2 一段分解率对氢氧化铝粒度的影响 T a b l e2E f f e c to ft h ef i r s ts t a g ep r e c i p i t a t i o n r a t i oo na l u m i n u mh y d r a t ep a r t i c l es i z e 从表2 可以看出，随着第一段分解率提高，所得 第一段产品粒度略微变细。当第一段分解率控制在 7 5 ％以内时，所得第一段产品粒度较粗，4 5 “m 以下 细颗粒所占比例为1 4 ．2 5 ％，非常接近砂状氧化铝 的粒度要求。 2 ．4 分解时间对氢氧化铝产品粒度的影响 采用两段分解制度，分解温度9 0 ℃，控制一段 分解时间分别为2 、4 、8 、1 0 和1 2h ，研究分解时间对 氢氧化铝粒度的影响，试验结果见图1 。 眯 、 籁 彘 妞 暑 g 芎 彳 图1分解时间对氢氧化铝粒度的影响 F i g ．1 E f f e c to fp r e c i p i t a t i o nt i m eo na l u m i n u m h y d r a t ep a r t i c l es i z e 从图1 可看出，随着分解时间延长，产品粒度变 粗，这主要是由于氢氧化铝晶粒有较充分的时间附 聚和长大[ 8 ] 。当分解时间为1 2h 时，一段分解产品 4 S “m 以下细颗粒所占比例可降至1 1 ．9 5 ％，可满 足砂状氧化铝的粒度要求。 2 ．5 碳酸氢钠浓度对产品氢氧化铝粒度的影响 在分解过程中，为保证产品粒度，需控制分解速 度，亦即控制碳酸氢钠溶液添加速度和调整碳酸氢 钠溶液的浓度。向分解原液中分别添加不同浓度的 碳酸氢钠溶液进行二段式分解，控制稳定、较慢的碳 酸氢钠溶液添加速度进行试验，结果如表3 所示。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 2 1 表3 碳酸氢钠浓度对氢氧化铝产品粒度的影响 T a b l e3E f f e c to fs o d i u mb i c a r b o n a t es o l u t i o n c o n c e n t r a t i o no na l u m i n u mh y d r a t ep a r t i c l es i z e 由表3 可知碳酸氢钠浓度对二段式分解中的 第一段产品的粒度影响不大，综合考虑生产效率以 及碳酸氢钠的饱和溶解度与溶液稳定性等问题，碳 酸氢钠浓度宜选择在1 0 0 ～1 5 0g ／L 。 2 ．6 分解原液对产品氢氧化铝质量的影响 分解原液的纯度和浓度是影响碳分氢氧化铝质 量的重要因素。因此，我们在试验室条件下，采用两 段分解制度，第一段分解率控制在8 5 ％，分解温度 9 0 ℃，分解时间1 0h ，对不同浓度和不同硅量指数 的铝酸钠溶液进行碳酸化分解试验，试验结果如图 2 ～3 所示。 啦 、 瓤 求 协 暑 g 蓦 千 1 4 0 1 6 0 1 8 02 X 2 2 02 舢 2 研 2 8 03 0 0 3 2 0 3 4 0 硅量指数 图2 硅量指数对氢氧化铝粒度的影响 F i g ．2 E f f e c to fs i l i c o ni n d e xo fp r e c i p i t a t i o n s o l u t i o no na l u m i n u mh y d r a t ep a r t i c l es i z e 由图2 可以看出，提高分解原液的硅量指数，有 助于氢氧化铝质量的提高，产品粒度随硅量指数的 升高而变粗，当硅量指数为3 2 5 时，4 5g m 以下细颗 粒所占比例可降至5 ．6 5 ％，可满足砂状氧化铝的粒 承 、 纂 隶 舡 E g 吐 苎 彳 氧化铝浓度／ g L 一，， 图3氧化铝浓度对氢氧化铝粒度的影响 F i g ．3 E f f e c to fa l u m i n ac o n c e n t r a t i o no f s o l u t i o no na l u m i n u m h y d r a t ep a r t i c l es i z e 的影响存在最佳值，铝酸钠溶液浓度太浓和太稀都 会使氢氧化铝的粒度变小。 2 ．7 晶种诱导过程对产品氢氧化铝粒度的影响 许多试验及生产实践都表明，添加一定数量的 晶种，在碳酸化分解初期不致生成分散度大、吸附能 力强的氢氧化铝，能改善碳分时氢氧化铝的晶体结 构和粒度组成[ 9 ] 。本试验采用工业种分氢氧化铝做 晶种，分别进行添加晶种诱导和不加晶种诱导的二 段式分解，分解温度9 0 ℃，分解时间1 0h ，一段分解 率控制在8 5 ％。试验结果如表4 所示。 表4晶种诱导对氢氧化铝粒度的影响 T a b l e4E f f e c to fs e e do na l u m i n u m h y d r a t ep a r t i c l es i z e 分解方式 4 5 “m ／％ 从表4 可看出，添加品种分解能增大一段产品 的粒度，但对第二段产品粒度影响不大。 2 ．8拜耳法碳分与拜耳法种分的比较 表5 列出了拜耳法碳分与拜耳法种分制备氢氧 度要求。从图3 可看出，分解原液浓度对产品粒度化铝的试验条件及产品粒度。 表5制备氢氧化铝的不同分解工艺对比 T a b l e5 C o m p a r i s o no fd i f f e r e n tp r e p a r e dp r o c e s so fa l u m i n u mh y d r o x i d e 万方数据 2 2 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 从表5 可以看出，采用碳酸氢钠分解法替代拜 耳法晶种分解工艺可以大幅度提高分解率，缩短分 解时间，在少加晶种的情况下能制备出可满足砂状 氧化铝粒度要求的粗粒氢氧化铝。 3结论 采用碳酸氢钠分解法替代拜耳法生产氧化铝晶 种分解工艺，制备出了粒度较粗的氢氧化铝，适宜的 分解工艺条件是采用两段式分解制度，分解温度 9 0 ℃，一段分解率控制在8 5 ％，一段分解时间控制 在1 0h ，分解过程中的添加晶种比控制在0 ．5 左右， 所得第一段产品粒度较粗， 4 5t t m 粒子质量分数 可降至9 ．9 4 ％，可满足砂状氧化铝的粒度要求。 参考文献 [ 1 ] 王志．铝酸钠溶液碳酸化分解的研究I - 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