超高濃度鋁酸鈉生產(chǎn)洗滌劑用4A沸石

樊慧芳，王忠慧，韓 輝，劉翔宇，蔡轉(zhuǎn)紅

（中國鋁業(yè)山東分公司研究院研究二所，山東 淄博 255052）

山鋁化學(xué)品氧化鋁公司作為中國最大的沸石分子篩生產(chǎn)基地，擁有40萬t洗滌劑用4A沸石的生產(chǎn)能力。隨著國內(nèi)外各種原材料價(jià)格的不斷上漲，生產(chǎn)成本上漲的壓力也越來越大。近年來，響應(yīng)公司“降本增效”的號召、最大限度地降低4A沸石的生產(chǎn)成本，我們從生產(chǎn)原料入手，研究了一種用超高濃度的鋁酸鈉溶液合成洗滌劑用4A沸石的方法——將燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中鋁酸鈉溶液與原水玻璃直接合成4A沸石，其固含從 180～200g·L-1提高至 300～350g·L-1， 依次經(jīng)漿化、晶化等一系列連續(xù)合成工藝制得4A沸石產(chǎn)品。該方法的技術(shù)難點(diǎn)是“超高濃度合成4A沸石技術(shù)”，故試驗(yàn)按合成濃度逐漸升高方式進(jìn)行，合成濃度起點(diǎn)為120g·L-1。此方法既簡化了生產(chǎn)工藝又提高了料漿的固含量，是降低4A沸石生產(chǎn)成本的有效手段之一。

1 4A沸石生產(chǎn)工藝的改進(jìn)

公司現(xiàn)行的水熱合成法生產(chǎn)4A沸石是將氧化鋁生產(chǎn)的中間產(chǎn)物鋁酸鈉溶液調(diào)配至AO濃度：65～70g·L-1左右，按一定的比例加入原水玻璃，其料漿固含量為 180～200g·L-1，經(jīng)漿化、晶化得到合格料漿，再經(jīng)壓濾、洗滌、烘干得到最終產(chǎn)品。

本研究是用超高濃度的鋁酸鈉溶液與原水玻璃直接合成洗滌劑用4A沸石，以提高料漿的固含量，降低晶化溫度，穩(wěn)定結(jié)晶過程，降低生產(chǎn)成本。

改進(jìn)工藝的具體步驟如下：以燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中的超高濃度鋁酸鈉溶液為原料（Al2O3濃度達(dá)到 120～150g·L-1），不調(diào)配沖稀，與原水玻璃直接按照硅鋁比1.8～2.1進(jìn)行合成，以一定的流速同步加入開動(dòng)高速攪拌裝置的反應(yīng)容器內(nèi)（因?yàn)榱蠞{特別粘稠，攪拌裝置選擇超高強(qiáng)度的設(shè)備），經(jīng)過15～30min攪拌漿化成膠，其料漿溫度大約40～50℃，加入一定量的 4A 沸石導(dǎo)向劑［2］，移入恒溫水浴，快速加熱升溫至65～70℃晶化，物料在該環(huán)境下成核至合格晶核，其過程保持2～3h后取樣，用顯微鏡觀察樣品晶核是否長好，合格后進(jìn)行液固分離、洗滌和烘干，得4A沸石產(chǎn)品。

在此工藝流程中，對于技術(shù)點(diǎn)的控制有2個(gè)難點(diǎn)，一是2種超高濃度溶液并流加入反應(yīng)槽的流速要控制在一定的流速范圍內(nèi)，否則，容易導(dǎo)致凝固不利于漿化反應(yīng)的進(jìn)行。另一個(gè)難點(diǎn)是對于反應(yīng)設(shè)備——超高強(qiáng)度攪拌的要求，攪拌的好壞直接決定了物料反應(yīng)的完全程度，因此，選擇一種適合此種料漿的攪拌設(shè)備非常關(guān)鍵。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 反應(yīng)機(jī)理

（1） 4A 沸石合成體系：2.8～3.0 Na2O·Al2O3·1.8～2.1 SiO2·55～68 H2O。

（2） 4A 沸石反應(yīng)方程式［3］：

2.2 4A沸石生產(chǎn)工藝流程圖

2.3實(shí)驗(yàn)原料

（1） 原 水 玻 璃 成 分 ：Na2O 112.14g·L-1，SiO2314.5g·L-1。

（2）實(shí)驗(yàn)用鋁酸鈉溶液成分（表1）。

表1 鋁酸鈉溶液成分

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

由表1不同的溶液分別與原水玻璃合成4A沸石，其所得產(chǎn)品的指標(biāo)見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品4A沸石物化指標(biāo)

2.5 結(jié)果

（1）從表2可以看出，燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中的鋁酸鈉溶液與原水玻璃直接合成4A沸石，無需沖稀，提高了合成料漿的固含量，固含量由原來的 180～200g·L-1依次提高至 300～350g·L-1， 產(chǎn)率是現(xiàn)行生產(chǎn)的1.5倍以上，提高了4A沸石的產(chǎn)能，降低了合成成本。

（2）從X光定性圖譜分析合成產(chǎn)品幾乎無雜項(xiàng)，結(jié)晶度高達(dá)80%以上。從電鏡（圖1）鏡貌來看，大多數(shù)顆粒為規(guī)則的截角六面體，出現(xiàn)少量的雜晶。有孿晶出現(xiàn)，與正常生產(chǎn)品相比孿晶度降低，孿晶之間分散性好。

（3）從粒度［4］圖譜（圖 2）上可以看出不同濃度下的鋁酸鈉溶液，其粒度分布完全達(dá)到中鋁企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《洗滌用 4A 沸石》Q／Chalco AO21-2004（見表3），均勻且穩(wěn)定，易于包裝，達(dá)到各種客戶的要求。

（4）4A 沸石的鈣交換，白度，p H，色度等各項(xiàng)指標(biāo)無異?，F(xiàn)象，達(dá)到中鋁企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《洗滌用4A沸石》Q ／Chalco AO21-2004。

表3 4A沸石產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

2.6 簡單的經(jīng)濟(jì)效益核算

原有合成工藝按每天合成6370m3（理論值）合格料漿，固含 180g·L－1， 日產(chǎn)量 1146.4t， 水耗4.5t／t沸石，電耗 80～105k Wh·t－1沸石。 本方法連續(xù)合成工藝，每天合成合格料漿量同原有工藝相同，漿化料漿固含 300g·L－1，日產(chǎn)能 1911t，水耗4t·t－1沸石，電耗 110k Wh·t－1沸石；生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢液廢水回氧化鋁生產(chǎn)大流程，不產(chǎn)生環(huán)境污染問題。

3 結(jié)論

（1）本工藝流程簡單，減少了調(diào)配鋁酸鈉溶液的工序，簡化了工藝流程，其合成濃度從180～200g·L－1提高至 300～350g·L－1， 實(shí)現(xiàn)了單槽產(chǎn)能的提高，對水、電、蒸汽消耗的降低有積極的作用，極大地降低了生產(chǎn)4A沸石的成本。

（2）本工藝路線清晰，對環(huán)境不構(gòu)成污染，環(huán)境效益顯著，充分利用了燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的優(yōu)勢，進(jìn)一步發(fā)展了化學(xué)品氧化鋁，具有良好的社會效益。

（3）4A沸石的質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到中鋁企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《洗滌用 4A 沸石》Q／Chalco AO21-2004，完全滿足用戶的使用要求。該方法值得推廣與應(yīng)用。

［1］ 杜善國，王松亭，趙善雷.活性水玻璃溶液合成洗滌劑用 4A 沸石［J］.無機(jī)硅化合物，2008，（3）：44-46.

［2］ 焦淑紅，鄒若飛，武玉梅.導(dǎo)向劑在合成洗用4A沸石中的應(yīng)用［J］.江蘇化工，2004（3）：48-50.

［3］ 徐如人，龐文琴，屠昆崩，等.沸石分子篩的結(jié)構(gòu)與合成［M］.長春：吉林工業(yè)出版社，1987.

［4］ 喬當(dāng)致，趙聯(lián)軍.影響洗滌劑助劑4A沸石質(zhì)量的主要因素［J］.山西化工，1996，（1）：13-15.