提高氫氧化鋁原料轉(zhuǎn)化率因素的探討

張尚權(quán) 楊鑫（蘭州三葉公司，甘肅 蘭州 730060）

提高氫氧化鋁原料轉(zhuǎn)化率因素的探討

張尚權(quán) 楊鑫（蘭州三葉公司，甘肅 蘭州 730060）

在化工生產(chǎn)中，控制、降低成本，提高產(chǎn)品收率，增加產(chǎn)品利潤是企業(yè)一直追求的生產(chǎn)目標。本文將通過實際生產(chǎn)實驗，對不同的原料配比進行分析比較，確定科學(xué)、穩(wěn)定的偏鋁酸鈉產(chǎn)品生產(chǎn)原料配比，使氫氧化鋁原料的轉(zhuǎn)化率達到最理想的狀態(tài)，從而有效地降低原材料單耗，節(jié)約了產(chǎn)品成本。

偏鋁酸鈉；氫氧化鋁原料；生產(chǎn)

本文針對偏鋁酸鈉生產(chǎn)過程中，氫氧化鋁原料轉(zhuǎn)化率較低的實際現(xiàn)狀，進行了詳細的現(xiàn)場調(diào)查和技術(shù)分析，制定了科學(xué)的解決辦法，并應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，不僅有效地提高了氫氧化鋁原料的轉(zhuǎn)化率，并取得了可觀的經(jīng)濟效益。

1 偏鋁酸鈉生產(chǎn)工藝原理簡介

偏鋁酸鈉（NaAlO2）的制備是通過將氫氧化鋁溶于110℃的氫氧化鈉溶液生成偏鋁酸鈉，采用氫氧化鋁堿解法，主要是兩性物Al(OH)3與堿作用生成含[Al(OH)4]陰離子的鹽，即鋁酸鹽。生產(chǎn)反應(yīng)為：

Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O

但事實上，偏鋁酸鈉在水溶液中都是以Na[Al(OH)4]（四羥基合鋁酸鈉）的形式存在，以前只不過是為了方便，把它簡寫成NaAlO2。但它的實際組成還是Na[Al(OH)4]。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

裝置在工藝條件下，采用約20%堿液與氫氧化鋁反應(yīng)，生成偏鋁酸鈉溶液。氫氧化鋁的轉(zhuǎn)化率為85.56%，依據(jù)文獻中的記錄的93%以上的轉(zhuǎn)化率來衡量現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝方案，顯然沒有使氫氧化鋁的轉(zhuǎn)化率達到最理想的程度。

3 影響氫氧化鋁原料轉(zhuǎn)化率因素的探討

偏鋁酸鈉產(chǎn)品制備是由氫氧化鋁和氫氧化鈉兩種原料生成，主要利用氫氧化鋁的兩性性進行反應(yīng)生產(chǎn)，在酸性的環(huán)境條件下，它可以發(fā)生堿式電離，在堿性環(huán)境條件下，它便發(fā)生酸式電離。本裝置的生產(chǎn)特點主要是利用堿性條件下的生產(chǎn)方式，但是，在反應(yīng)過程中，兩者的反應(yīng)受很多因素的影響，如溫度、投入比例、反應(yīng)時間等等。根據(jù)設(shè)計實驗提示，一、氫氧化鋁在液態(tài)氫氧化鈉中的溶解度隨氫氧化鈉溶液的濃度及溫度不同而發(fā)生變化，即在一定的溫度下，過量的氫氧化鈉溶液才能有效地溶解適量的兩性氫氧化物。二、氫氧化鈉溶液的濃度對氫氧化鋁的轉(zhuǎn)化率有較大的影響，增加溶液濃度可以提高原料的轉(zhuǎn)化率。因此，分析整套生產(chǎn)工藝過程，影響氫氧化鋁轉(zhuǎn)化率的因素只有兩點，即（1）參加反應(yīng)的氫氧化鋁投入量和氫氧化鈉原料投入濃度（配料比）因素的影響；（2）反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間工藝指標因素的影響。

3.1 對現(xiàn)有工藝原料投入配比的分析

現(xiàn)有工藝卡片規(guī)定，投入反應(yīng)的氫氧化鈉溶液濃度控制在20%左右。根據(jù)操作規(guī)程要求，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，要過量投入氫氧化鋁，因此，在計算后，將氫氧化鋁的投入量擴大到10%～15%，致使氫氧化鋁的轉(zhuǎn)化率約為85.56%。因此，現(xiàn)有的生產(chǎn)投料配比不合理，一方面沒有使氫氧化鋁的轉(zhuǎn)化率達到最大程度，另一方面，過量的投入致使部分氫氧化鋁未能參與反應(yīng)，造成浪費。

為了尋求最佳的配料比，使氫氧化鋁的轉(zhuǎn)化率達到最理想程度，我們對其進行了模仿實際生產(chǎn)的實驗室實驗?？偨Y(jié)歸納實驗過程中的數(shù)據(jù)，即：鋁粉投入量在4.5～5.5噸、堿液濃度約29%左右時，氫氧化鋁的轉(zhuǎn)化率將達到97.65%左右。

為了使實驗數(shù)據(jù)充分體現(xiàn)到實際生產(chǎn)中，并且能夠在實際生產(chǎn)中找到理想的氫氧化鋁轉(zhuǎn)化率，我們結(jié)合實際確立兩種方案。具體如下：

(1)一定的鋁粉投入量下，氫氧化鈉濃度對氫氧化鋁轉(zhuǎn)化率影響的實驗。

確定單釜投入5噸氫氧化鋁，調(diào)節(jié)氫氧化鈉溶液的濃度，獲得不同濃度下氫氧化鋁的轉(zhuǎn)化率。得到：在Na2O含量為310 g/ L的時候，氫氧化鋁的轉(zhuǎn)化率最大，為97%，而且比較穩(wěn)定。

(2)一定氫氧化鈉濃度條件下，鋁粉投入量對其轉(zhuǎn)化率影響的實驗。

確定反應(yīng)前單釜中氫氧化鈉溶液中Na2O的含量控制在310g/L左右，調(diào)節(jié)氫氧化鋁的投入量，獲得不同投入量下的氫氧化鋁的轉(zhuǎn)化率。當(dāng)氫氧化鋁投入量為4.94噸時轉(zhuǎn)化率為96.8%，此時的轉(zhuǎn)化率達到最大。

綜合上述兩個方案所得到的結(jié)論，考慮到工業(yè)生產(chǎn)的實際狀況，確定氫氧化鋁的投入量5噸、氫氧化鈉溶液為30%時，鋁粉原料的轉(zhuǎn)化率基本得到了97%以上的理想數(shù)值。

4 實施效果

上述方案的實施效果最終體現(xiàn)在氫氧化鋁原料單耗和產(chǎn)品的經(jīng)濟效益方面。

在方案實施前后，鋁粉的平均單耗分別為0.136和0.122，降低了0.014。就產(chǎn)品經(jīng)濟效益方面。從單耗的降低及能耗兩個方面計算，方案實施后每年約節(jié)約近35萬元的成本開支。

5 結(jié)語

在偏鋁酸鈉生產(chǎn)過程中，氫氧化鋁投入量和氫氧化鈉投入濃度是影響氫氧化鋁原料轉(zhuǎn)化率和單耗的主要因素。通過優(yōu)化偏鋁酸鈉生產(chǎn)工藝原料投入配比后，控制鋁粉的投入量在5噸，Na2O含量為310 g/L(30%堿液濃度)，使得氫氧化鋁原料的轉(zhuǎn)化率達到了97%以上的最佳狀態(tài)，原料的單耗也相應(yīng)的大幅度降低，并且在產(chǎn)量和能耗方面，也有杰出的貢獻.

[1]陳斌.高純偏鋁酸鈉的研制[J].無機鹽工業(yè),2002,34(7): 42-43.

[2]曾紀術(shù),尹周瀾,陳啟元.過飽和鋁酸鈉溶液的分解機制[J].中國有色金屬學(xué)報,2008,18(6):143-147.

[3]方敬東,吳素芳,王樟茂.鋁酸鈉溶液分解反應(yīng)研究[J].高?；瘜W(xué)工程學(xué)報,2002,16(2):33-37.

[4]畢詩文.拜耳法生產(chǎn)氧化鋁[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[5]張立川，陳啟元，尹周瀾.過飽和鋁酸鈉溶液中Al(OH)3均相成核機理[J].中國有色金屬學(xué)報,2008,18(8):1560-1565.