專利名稱：氫氧化鋁的制備方法
技術領域：
本發明屬于氫氧化鋁的制備方法。
所稱的氫氧化鋁是制備另一重要產品-氧化鋁的主要原料。
氧化鋁本身的主要用途有電解法制鋁，生產金剛砂，制造隔熱材料和耐火材料，也可以在化學工業生產中作為催化劑。
此外，氧化鋁還廣泛應用于電解鋁過程中氣體的干法凈化。在這種情況下，對于氧化鋁規定了許多苛刻的要求，具體說，就是對于氧化鋁粒度的組成規定了一系列嚴格的要求。
必須指出，鑒于調節控制氧化鋁粒度的組成主要是在制備氫氧化鋁的階段，所以，氫氧化鋁的制備工藝應當能夠保證生產出來的產品在網目上是同一規格的，其中小于40微米的顆粒的含量應當低于總量的8-10%。符合上述要求的氫氧化鋁，經過脫水之后轉變為氧化鋁，這種氫氧化鋁具有許多特殊的性質，即晶體具有極大的表面，同時粉塵的含量也很低。
在電解過程中，電解槽廢氣中所含的氟化物，都被氧化鋁的極大的表面所吸附。結果既減少了貴重組分的損失，又改善了生態環境。
生產氫氧化鋁的原料有鋁土礦及其他多種礦物(霞石，明礬石等)，它們在世界范圍內的儲量都相當豐富。這就為發展以濕法生產氫氧化鋁和氧化鋁的方法創造了前提條件。
通常制備氫氧化鋁的方法的基礎是在有氫氧化鋁晶種的條件下，使其從鋁酸鹽的溶液中結晶出來。為了提高結晶的速度，須將盛在依次相連的槽內的鋁酸鹽溶液與氫氧化鋁晶種的混合物不斷地進行攪拌，并逐漸地冷卻到指定的溫度。析出的氫氧化鋁沉淀在晶種的表面上，從而保證晶體不斷生長。
然而，在一定的條件下(如鋁酸鹽溶液高度的過飽和，以及急劇地降低過飽和溶液的溫度)，結晶中心(即晶核)會大量集中地形成。這些結晶中心具有很大的表面，從溶液中析出來的氫氧化鋁，全部都沉淀在結晶中心的表面之上。這種情況正是造成商品中細顆粒組份含量高的原因〔В.А.阿麗尼娜(АриНиНа)等人1970年編著的《有色金屬冶金工作者手冊》(СправочникМеталлургапоЦветпымМеталлам)中“鋁礬土的生產”一節的內容〕。
有一種方法(蘇聯專利A，301991)是改進氫氧化鋁結晶過程的途徑之一，根據這個方法，結晶過程的強化是通過往鋁酸鹽的溶液中周期地引入氫氧化鋁的活性晶體而完成的。此晶體預先須用鋁酸鹽溶液在逐漸降溫(自65℃降至40℃)的條件下制成。必須指出，氫氧化鋁的活性晶體，可以采用任一種已知方法制備，例如可利用不加晶種而直接從鋁酸鹽溶液中結晶的辦法制備。但是，由于往過程里加入的是氫氧化鋁晶體的細顆粒組分，所以本方法并不能解決如何使所制氫氧化鋁粒度粗化的問題。
在這方面，值得注意的一種制備氫氧化鋁的方法是將鋁酸鹽溶液與氫氧化鋁晶種在一定的溫度(60℃左右)下，在通用的攪拌器內進行混合。將制得的晶種懸浮液放入分解器組中的第1只分解器內，與另一份鋁酸鹽溶液在55-60℃的溫度下進行混合。每只容積為3000-3500米3的分解器，彼此連結成一排。當懸浮液依次通過各個分解器時，懸浮液的溫度下降到50-45℃，于是加快了結晶過程的速度。從分解器組里出來之后，懸浮液在若干水分離器中完成分類工序。位于水分離器下部的產物是商品，而從分離器的上部流出來的產物，經過濃縮、過濾，并分掉母液之后，再與一部分鋁酸鹽溶液混合，過程循環重復進行。經過濃縮和過濾的母液，放入一排蒸發鍋內進入蒸發階段。這時，將母液的濃度提高，使所含苛化組分Na2O達到200-350克/升，這個濃度是制備氫氧化鋁生產循環中對母液做進一步的加工處理時所必須達到的濃度〔А.И.萊涅爾(Лайнер)等人編著的《鋁礬土的生產》(проиЗводство Г
ин唰┃支蕨眩 978年，莫斯科，冶金出版社，第62-64頁〕。
上述方法依靠氫氧化鋁晶體的分級，部分地解決了使所得氫氧化鋁粒度粗化的問題，并使其粒度成分保持穩定。然而，當氫氧化鋁晶種與鋁酸鹽溶液在溫度為60℃左右的條件下相互混合的時候，由于有可能產生新的結晶中心，結果會使所得氫氧化鋁顆粒的粗化度指標大大降低。氫氧化鋁的產率為48-50%，而粒度在40微米以下的組分的含量為20-25%。
本發明的基本任務在于對氫氧化鋁制備方法中的工藝參數進行選擇，目的是使制備出來的商品氫氧化鋁，既具有指定的粒度，又能達到相當可觀的產率。
這項任務可以采用本發明中提出的制備氫氧化鋁的方法來解決，此法的要點如下將鋁酸鹽溶液與作晶種的氫氧化鋁，在較高的溫度下進行混合，生成晶種懸浮液，再將其與鋁酸鹽溶液混合，生成懸浮液，將此懸浮液冷卻到55-45℃，隨后把生成的氫氧化鋁與母液分開，再將母液蒸發，使其濃度達到含苛性組分Na2O為200-350千克/米3，根據發明內容，鋁酸鹽溶液與氫氧化鋁晶種在60-85℃的溫度區間內，按一定的數量進行混合，要求做到使晶種懸浮液的液相苛化模數等于1.7-2.0，而晶種懸浮液與鋁酸鹽溶液相混合的溫度為60-80℃，物料的投入量應保證此時制得的懸浮液的液相苛化模數等于1.95-2.5。
眾所周知，所謂苛化模數，是指鋁酸鹽溶液中，氧化鈉濃度同氧化鋁濃度的克分子比值。
由晶種懸浮液與鋁酸鹽溶液混合后而制得的懸浮液的液相苛化模數的下限(1.95)取決于這時必須保證氫氧化鋁晶體的生長占主導地位，沒有明顯的晶核生成;苛化模數的上限(2.5)所制約的是，如果高于這個限度，氫氧化鋁結晶過程的速度將會急劇下降。
懸浮液的液相苛化模數的上限和下限，以及作晶種的氫氧化鋁與鋁酸鹽溶液混合時的溫度范圍這幾項限制性的條件，保證了氫氧化鋁細小晶體的生成量達到最少。上文已經指出，由作晶種用的氫氧化鋁與鋁酸鹽溶液混合后得到的懸浮液的液相苛化模數的下限(1.7)，可以保證氫氧化鋁晶體的生長，而沒有明顯的晶核生成，如果降低液相的苛化模數，使其小于上述的下限值，那么就會有大量的氫氧化鋁的細小晶體生成，而這些細小的晶體在分解器組中停留的這段時間內不可能生長到40微米以上的粒度。這種情況就使成品氫氧化鋁的粒度細化。
懸浮液的苛化模數的上限2.0所制約的是，如果高于這個限度，那么氫氧化鋁從溶液里結晶析出的過程會減慢很多，也就是說延長了結晶過程持續的時間。
由晶種懸浮液與鋁酸鹽溶液混合而得到懸浮液的最佳溫度范圍為60-80℃。在這樣的條件下，可以防止晶種懸浮液與鋁酸鹽溶液混合的瞬間有晶核產生。如果增加溫度使之超過80℃，那么就會使氫氧化鋁從鋁酸鹽溶液中離析出來的產率有所減少。若降低溫度，使之低于60℃，那么又會有細顆粒的氫氧化鋁生成，從而使氫氧化鋁的質量變差。保證分解器內懸浮液的液相苛化模數維持在1.95-2.5的水平上，同時溫度維持在60-80℃，這對晶種懸浮液的制備工作(即將氫氧化鋁晶體與鋁酸鹽溶液相混合)有著極其重要的意義。因此，為了保證晶種懸浮液的液相苛化模數等于1.7-2.0，同時還要防止此時會有氫氧化鋁細小顆粒的形成，溫度必須保持在60-85℃的范圍內。
濃縮母液濃度的下限，使氫氧化鋁從原料中溶出速度受到限制。濃縮母液的濃度若不足200千克/米3，則使氫氧化鋁的溶解時間大大增加，結果降低了設備的生產能力。可是，如果提高母液的濃度，使之超過350千克/米3，那么將會在蒸發水份的過程中造成大量的能耗，使得氫氧化鋁的生產在經濟上十分不利。
為了提高氫氧化鋁的產率，建議用次氯酸鈣或者次氯酸鈉，對濃縮母液進行處理，試劑的用量按每1米3濃縮母液加2-20千克計算。在處理過程中，母液里所含的有機雜質，將轉變為不活潑的形式。
在選擇次氯酸鈣或者次氯酸鈉用量的下限時，應考慮它們將有機雜質氧化時的利用率。如果減少次氯酸鹽的用量，使之低于上述的下限量時，則會使母液的提純度大大降低。用量的上限則取決于將有機雜質氧化所需的最合理的試劑耗量。
此外，如雅ㄋ蹌敢旱吶ǘ冉檔偷 00千克/米3以下，則次氯酸鈣或者次氯酸鈉的利用率會大為降低。濃度的上限主要是根據以下考慮選擇確定的當提高濃度，即Na2O的含量由350克/升增加到400克/升時，次氯酸鹽的利用率實際上不再提高，而由于蒸發溶液時需要多消耗一部分熱能，所以，提高濃度，即苛性成份Na2O的含量超過350克/升，在經濟上是不合算的。
本法可以制得粗粒度的氫氧化鋁，將其做進一步的加工后，便可保證生產出合格的氧化鋁，其中所含粒度小于40微米的顆粒低于10%，并適用于電解過程氣體的干法凈化。
此外，由于本方法可降低鋁酸鹽溶液中有機雜質積累的水平，從而使氫氧化鋁的產率有所提高。使用本方法制造氫氧化鋁其產率可達50-52%。
本方法在工藝流程上可以實現結晶過程的高速度和連續化生產，從而強化了工藝過程，制造出高質量的產品。
氫氧化鋁的制備方法在工藝操作上十分簡單，具體做法如下。
在60-85℃的溫度下，將鋁酸鹽溶液與晶種氫氧化鋁相混合，將得到的液相苛化模數等于1.7-2.0的晶種懸浮液在60-80℃的溫度下，與另一部分鋁酸鹽溶液混合，物料用量應保證混合物的苛化模數等于1.95-2.5。
將制得的懸浮液置于反應器(分解器)內不停地進行攪拌，并沿著輸送管道依次地由一個反應器輸送到另一個反應器里。為了強化氫氧化鋁的結晶過程，須將分解器內的懸浮液逐漸冷卻到55-45℃。懸浮液在依次相連的分解器組內停留的平均時間為50-75小時。
在結晶過程中，溶解在鋁酸鹽溶液中的氫氧化鋁將沉淀在晶種懸浮液的晶體表面之上。此時，由于各個工藝參數都采用最佳數值，析出的氫氧化鋁的主要部分都被晶種的生長所耗用，只有極少的一部分氫氧化鋁構成新的結晶中心(晶核)。
從分解器組的最末一個分解器里出來的、溫度為55-45℃的懸浮液，每升含有氫氧化鋁的晶體500-800克，然后放入設備(水分離器)里進行分級。從水分離器錐底處收集到的下層產物，便是商品氫氧化鋁。它是一種懸浮液，其中所含顆粒小于40微米的晶體占懸浮液總量的8-10%，固相的濃度為每升500-800克。在真空過濾器中進行過濾和洗滌之后，將液相含量為總量10-12%的、而溶質組份含量為最低值的氫氧化鋁晶體，送入脫水爐(煅燒爐)。經過這一步處理之后，由脫水爐卸出商品氧化鋁(三氧化二鋁)，其中α-型氧化鋁的含量達到25-30%。
從水分離器里流出來的是一種懸浮液，其中顆粒小于40微米的氫氧化鋁晶體占懸浮液總量的20-30%，而固相的濃度為每升100-200克。將此懸浮液送入沉淀槽內，以便使懸浮液與母液分開。
將母液送入多排蒸發器組里進行蒸發，在這里，母液的濃度提高到含苛性組份Na2O200-350千克/米3。制得的溶液可用于制備氫氧化鋁的生產循環中，即將其用于加工處理鋁土礦，以制備生產氫氧化鋁的初級產品。
沉淀槽下部的產物是氫氧化鋁的懸浮液，其中固相含量為600-800克/升。將此產物送入真空過濾器內進行過濾。由真空過濾器得到的濾液與母液合并，而氫氧化鋁晶體(其中液相含量占總量的13-16%)則與鋁酸鹽溶液在85℃的溫度下混合，生成晶種懸浮液。
如果用次氯酸鈉或次氯酸鈣對濃縮母液進行處理，則先將母液放入攪拌器中，再往里加入必要量的次氯酸鹽。將此混合物攪拌30分鐘。
為了更好地了解本發明的內容，茲舉出具體實例如下實例1將苛化模數為1.67、含Na2O為126.0克/升、Al2O3為124.0克/升的鋁酸鹽溶液，放入裝有加熱元件和溫度計的通用攪拌器內，與經過分級的晶種氫氧化鋁相混合。投入鋁酸鹽溶液和氫氧化鈉晶種的數量，要在溫度為60℃和持續時間為40分鐘的條件下，保證晶種懸浮液的液相苛化模數等于1.8。在裝有機械的或氣動的攪拌裝置、致冷元件和溫度計的分解器內，將制得的晶種懸浮液與70℃的鋁酸鹽溶液相混合。這時，嗷セ旌系淖櫸蕕氖浚ΡＶせ旌銜锏囊合囁粱Ｊ扔 .5。將制得的懸浮液進行冷卻，使其在50小時的期間內，溫度逐漸地由67℃降到50℃。結果，氫氧化鋁便發生結晶作用。
在每一個結晶循環以后，即對分解器里的氫氧化鋁和鋁酸鹽溶液所進行的處理工序，它從往分解器里加入懸浮液起到卸料為止，這一處理工序使母液與氫氧化鋁分離，并對氫氧化鋁進行了分級。
通過一組蒸發設備，將母液進行蒸發，使其最終的濃度達到含苛性組份Na2O為200千克/米3。
每次都使用上一輪結晶過程得到的氫氧化鋁作為下一輪結晶過程的晶種氫氧化鋁。
在上述條件下制得的商品氫氧化鋁具有以下粒度成份。
氫氧化鋁的產率為50.0%
實例2將含Na2O為127.1克/升、Al2O3為125.2克/升、苛化模數等于1.67的鋁酸鹽溶液，置于裝有加熱元件和溫度計的通用的攪拌器內，與經過分級的晶種氫氧化鋁相混合。鋁酸鹽溶液和晶種氫氧化鋁的投量應能保證在溫度70℃和持續時間40分鐘的條件下，使晶種懸浮液的液相苛化模數達到2.0。在裝有機械的或氣動的攪拌裝置，冷卻元件和溫度計的分解器內，將晶種懸浮液與溫度為75℃的鋁酸鹽溶液混合，而且相互混合的各個組份之間的數量比，應保證混合物的液相苛化模數等于2.0。將制得的懸浮液進行冷卻，使其溫度在50小時的期間內，逐漸地從67℃下降到45℃。結果，氫氧化鋁便發生結晶作用。
每經過一輪結晶過程之后，就進行一次母液與氫氧化鋁的分離和對氫氧化鋁的分級。
通過一組蒸發設備將母液進行蒸發，這時，濃度提高到250千克/米3。在每下一輪的結晶過程中，都利用從上一輪得到的氫氧化鋁作為晶種氫氧化鋁。
在上述的條件下制得的氫氧化鋁，具有以下粒度成份。
氫氧化鋁的產率為50.4%。
實例3進行實驗的方法與實例1類似。
各個工藝參數的特征標志是-鋁酸鹽溶液內含Na2O-141.8克/升，Al2O3-145.7克/升，苛化模數-1.6;
-晶種氫氧化鋁與鋁酸鹽溶液混合的溫度為85℃;
-晶種懸浮液的液相苛化模數等于1.7;
-由晶種懸浮液與鋁酸鹽溶液混合后而制得的懸浮液的液相苛化模數等于1.95;
-分解器內的懸浮液的冷卻溫度為50℃;
-濃縮母液的濃度為300千克/米3。
所制得的氫氧化鋁，具有以下粒度成份。
氫氧化鋁的產率為50.5%。
實例4進行實驗的方法與實例1類似。
工藝參數上的差異如下-鋁酸鹽溶液內含Na2O-141.8克/升，Al2O3-141.3克/升，苛化模數-1.65;
-氫氧化鋁與鋁酸鹽溶液混合的溫度為73℃;
-晶種懸浮液的液相苛化模數等于1.9;
-晶種懸浮液與鋁酸鹽溶液混合后制得的懸浮液的液相苛化模數等于2.5;
-分解器內懸浮液的冷卻溫度為55℃;
-濃縮母液的濃度為350千克/米3。
這樣制得的氫氧化鋁具有以下粒度成份。
氫氧化鋁的產率為51.3%。
實例5氫氧化鋁的制備按實例1所述的方法進行，不同之處在于濃縮母液須在100℃的溫度下送入攪拌器中，再往此攪拌器內按每1米3濃縮母液加入10千克的次氯酸鈉，將得到的混合物攪拌30分鐘。將這樣處理后的母液，用于制備氫氧化鋁的生產循環中。
在上述條件下制得的商品氫氧化鋁，具有以下粒度成份。
氫氧化鋁的產率為51.4%。
實例6進行實驗的方法與實例5類似。
工藝參數上的差異為鋁酸鹽溶液內含Na2O-140.2克/升，Al2O3-140.6克/升，苛化模數等于1.64，濃縮母液的濃度為300千克/米3，次氯酸鈣的投料量為每1米3濃縮母液加10千克，就粒度而言，采用本實例制得的氫氧化鋁的質量與實例5制得的氫氧化鋁是近似的。
氫氧化鋁的產率為52.0%。
實例7進行實驗的方法與實例5類似。
工藝參數上的差異為鋁酸鹽溶液內含Na2O-140.2克/升，Al2O3-140.6克/升;苛化模數等于1.64。
濃縮母液的濃度為300千克/米3。
次氯酸鈣的用量為每1米3濃縮母液加20千克。
就粒度而言，采用本實例制得的氫氧化鋁的質量與實例5制得的氫氧化鋁是近似的。
氫氧化鋁的產率為52.0%。
曾經就次氯酸鈉的用量對濃縮母液純度的影響進行過研究。為此，將含有Na2O為149.6克/升，Al2O3為68.4克/升，苛化模數等于3.60的母液，在分離掉氫氧化鋁之后蒸發，使Na2O的濃度達到300千克/米3。然后，在攪拌器內將濃縮母液分別與數量不等的次氯酸鈉相混合，具體是按每1米3濃縮母液分別加入2，10，14，20千克次氯酸鈉。將上述混合物于攪拌器內，在100℃的溫度下攪拌30分鐘。分析混合物的液相中殘余有機雜質的含量。濃縮母液提純度的計算方法是求出從溶液中除掉的有機雜質的數量與有機雜質總數量的百分比。每除掉一千克有機雜質耗用掉的次氯酸鈉的千克數代表著它的有效利用率。所得數據列表如下。
從上表可以看出，在每1米3母液中次氯酸鈉的加入量在2.0-20千克的范圍內，次氯酸鈉的有效利用率最高。而進一步增加次氯酸鈉的用量，也未能使提純度有明顯的提高。
權利要求
1.一種氫氧化鋁的制備方法，該方法包括以下要點將鋁酸鹽溶液與晶種氫氧化鋁在較高溫度下混合，以制得晶種懸浮液，繼而將此懸浮液與鋁酸鹽溶液混合，生成懸浮液，再將其冷卻到50-45℃，隨后將生成的氫氧化鋁與母液分開，而母液則送去蒸發，使苛性成分Na2O的濃度達到200-350千克/米3，其特征是鋁酸鹽溶液與晶種氫氧化鋁混合時的溫度應保持在60-85℃之間，物料的投用量必須保證晶種懸浮液的液相苛化模數等于1.7-2.0，而晶種懸浮液與鋁酸鹽溶液混合時的溫度為60-80℃，物料的投用量應保證由此而得到的懸浮液的液相苛化模數等于1.95-2.5。
2.按權利要求1的方法，其特點在于，濃縮母液用次氯酸鈣或者次氯酸鈉進行處理，其用量為每1米3濃縮母液加入2-20千克。
全文摘要
制備氫氧化鋁的方法主要是將鋁酸鹽溶液與晶種氫氧化鋁相混合。混合的溫度為60-85℃，物料的用量應保證使所得之晶種懸浮液的液相苛化模數等于1.7-2.0。將晶種懸浮液與鋁酸鹽溶液相混合，混合是在60-80℃溫度下進行的，物料的投用量應保證懸浮液的液相苛化模數等于1.95-2.5。將懸浮液冷卻到50-45℃，再把生成的氫氧化鋁與母液分開。最后將母液蒸發，使苛化組分Na
文檔編號C01F7/34GK1032650SQ8710699
公開日1989年5月3日 申請日期1987年10月17日 優先權日1987年10月17日
發明者伊奧安·夫拉迪米羅維奇·達維多夫, 阿萊克桑德·尼科拉維奇·亞普諾夫, 阿維納·吉奧, 吉夫納·瓦茨納, 朱里·安德里維奇·沃洛霍夫, 夫拉迪米·格里格里維奇·蒂斯亞, 利迪亞·萊奧尼多夫納·弗多羅瓦 申請人:全蘇鋁鎂電極工業科學研究設計院