樊慧芳,王忠慧,韓 輝,劉翔宇,蔡轉紅
(中國鋁業(yè)山東分公司研究院研究二所,山東 淄博 255052)
山鋁化學品氧化鋁公司作為中國最大的沸石分子篩生產基地,擁有40萬t洗滌劑用4A沸石的生產能力。隨著國內外各種原材料價格的不斷上漲,生產成本上漲的壓力也越來越大。近年來,響應公司“降本增效”的號召、最大限度地降低4A沸石的生產成本,我們從生產原料入手,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——將燒結法氧化鋁生產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, 依次經漿化、晶化等一系列連續(xù)合成工藝制得4A沸石產品。該方法的技術難點是“超高濃度合成4A沸石技術”,故試驗按合成濃度逐漸升高方式進行,合成濃度起點為120g·L-1。此方法既簡化了生產工藝又提高了料漿的固含量,是降低4A沸石生產成本的有效手段之一。
公司現(xiàn)行的水熱合成法生產4A沸石是將氧化鋁生產的中間產物鋁酸鈉溶液調配至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,經漿化、晶化得到合格料漿,再經壓濾、洗滌、烘干得到最終產品。
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)定結晶過程,降低生產成本。
改進工藝的具體步驟如下:以燒結法氧化鋁生產中的超高濃度鋁酸鈉溶液為原料(Al2O3濃度達到 120~150g·L-1),不調配沖稀,與原水玻璃直接按照硅鋁比1.8~2.1進行合成,以一定的流速同步加入開動高速攪拌裝置的反應容器內(因為料漿特別粘稠,攪拌裝置選擇超高強度的設備),經過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,合格后進行液固分離、洗滌和烘干,得4A沸石產品。
在此工藝流程中,對于技術點的控制有2個難點,一是2種超高濃度溶液并流加入反應槽的流速要控制在一定的流速范圍內,否則,容易導致凝固不利于漿化反應的進行。另一個難點是對于反應設備——超高強度攪拌的要求,攪拌的好壞直接決定了物料反應的完全程度,因此,選擇一種適合此種料漿的攪拌設備非常關鍵。
(1) 4A 沸石合成體系:2.8~3.0 Na2O·Al2O3·1.8~2.1 SiO2·55~68 H2O。
(2) 4A 沸石反應方程式[3]:
(1) 原 水 玻 璃 成 分 :Na2O 112.14g·L-1,SiO2314.5g·L-1。
(2)實驗用鋁酸鈉溶液成分(表1)。
表1 鋁酸鈉溶液成分
由表1不同的溶液分別與原水玻璃合成4A沸石,其所得產品的指標見表2。
表2 實驗產品4A沸石物化指標
(1)從表2可以看出,燒結法氧化鋁生產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, 產率是現(xiàn)行生產的1.5倍以上,提高了4A沸石的產能,降低了合成成本。
(2)從X光定性圖譜分析合成產品幾乎無雜項,結晶度高達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,其粒度分布完全達到中鋁企業(yè)標準《洗滌用 4A 沸石》Q/Chalco AO21-2004(見表3),均勻且穩(wěn)定,易于包裝,達到各種客戶的要求。
(4)4A 沸石的鈣交換,白度,p H,色度等各項指標無異?,F(xiàn)象,達到中鋁企業(yè)標準《洗滌用4A沸石》Q /Chalco AO21-2004。
表3 4A沸石產品標準
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,日產能 1911t,水耗4t·t-1沸石,電耗 110k Wh·t-1沸石;生產過程中所產生的廢液廢水回氧化鋁生產大流程,不產生環(huán)境污染問題。
(1)本工藝流程簡單,減少了調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, 實現(xiàn)了單槽產能的提高,對水、電、蒸汽消耗的降低有積極的作用,極大地降低了生產4A沸石的成本。
(2)本工藝路線清晰,對環(huán)境不構成污染,環(huán)境效益顯著,充分利用了燒結法生產氧化鋁的優(yōu)勢,進一步發(fā)展了化學品氧化鋁,具有良好的社會效益。
(3)4A沸石的質量指標達到中鋁企業(yè)標準《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].無機硅化合物,2008,(3):44-46.
[2] 焦淑紅,鄒若飛,武玉梅.導向劑在合成洗用4A沸石中的應用[J].江蘇化工,2004(3):48-50.
[3] 徐如人,龐文琴,屠昆崩,等.沸石分子篩的結構與合成[M].長春:吉林工業(yè)出版社,1987.
[4] 喬當致,趙聯(lián)軍.影響洗滌劑助劑4A沸石質量的主要因素[J].山西化工,1996,(1):13-15.