拜耳法精液生產(chǎn)高白氫氧化鋁的研發(fā)

李書(shū)廷

（山西省柳林縣森澤煤鋁有限責(zé)任公司， 山西 柳林 033300）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

拜耳法精液生產(chǎn)高白氫氧化鋁的研發(fā)

李書(shū)廷

（山西省柳林縣森澤煤鋁有限責(zé)任公司， 山西 柳林 033300）

通過(guò)對(duì)當(dāng)前氧化鋁工業(yè)現(xiàn)狀的分析，提出了研發(fā)高白氫氧化鋁的優(yōu)勢(shì)和必要性。同時(shí)，通過(guò)利用拜耳法精液生產(chǎn)高白氫氧化鋁的研發(fā)項(xiàng)目，解決了拜耳法廠(chǎng)面臨生產(chǎn)精液當(dāng)中有害雜質(zhì)去除難、產(chǎn)品指標(biāo)難控制等問(wèn)題，提高了精液的品質(zhì)。

拜耳法 高白氫氧化鋁 脫硫劑 脫鐵劑 脫色劑

1 氧化鋁工業(yè)現(xiàn)狀分析

近年來(lái)，我國(guó)氧化鋁產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，已成為全球最大生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。截至2016年底，我國(guó)氧化鋁建成產(chǎn)能合計(jì)7 235萬(wàn)t，運(yùn)行產(chǎn)能6 328萬(wàn)t，產(chǎn)能運(yùn)行率為87.46%左右。進(jìn)入2017年，國(guó)內(nèi)多條氧化鋁生產(chǎn)線(xiàn)在建，已建成的120萬(wàn)t氧化鋁生產(chǎn)線(xiàn)待投產(chǎn)，以上合計(jì)310萬(wàn)t的氧化鋁生產(chǎn)線(xiàn)可能復(fù)產(chǎn)，因此，國(guó)內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)能力還會(huì)提高，發(fā)展的最終結(jié)果將會(huì)造成產(chǎn)能過(guò)剩、行業(yè)大面積虧損的局面。

在當(dāng)前氧化鋁行業(yè)市場(chǎng)低迷，國(guó)內(nèi)鋁土礦資源不斷貧化、品位不斷下降、對(duì)進(jìn)口鋁土礦依賴(lài)性強(qiáng)的情況下，氧化鋁企業(yè)正面臨資源、能源、成本和環(huán)境等諸多方面的挑戰(zhàn)。積極拓展市場(chǎng)空間，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，也將成為發(fā)展氧化鋁走出行業(yè)困境的關(guān)鍵要素。

預(yù)計(jì)今后一段時(shí)期內(nèi)，我國(guó)氧化鋁產(chǎn)量增速將大幅回落，主要是因?yàn)槭苁袌?chǎng)低迷影響，下游電解鋁產(chǎn)能大量關(guān)停，氧化鋁需求下滑，使得價(jià)格大幅回落，廠(chǎng)商大面積關(guān)停所致。在日益蓬勃發(fā)展壯大的氧化鋁行業(yè)當(dāng)中，要想在這競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化的市場(chǎng)當(dāng)中，不被淘汰出局，就必須加強(qiáng)企業(yè)自身內(nèi)功的修煉，一方面不斷增強(qiáng)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的能力，另一方面把握市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，通過(guò)不斷技術(shù)革新，拓寬企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，不斷降低企業(yè)生產(chǎn)成本和增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)應(yīng)激能力，多方面、多渠道獲得企業(yè)的可持續(xù)化發(fā)展。

2 高白氫氧化鋁產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)及及開(kāi)發(fā)的必要性

目前，國(guó)內(nèi)高白氫氧化鋁主要采用純燒結(jié)法生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品氫氧化鋁中鐵含量極低，白度高，被中外用戶(hù)譽(yù)為“中國(guó)白”。該氫氧化鋁具有獨(dú)到的特性，用途廣泛，主要有：

1）用作阻燃填充劑。氫氧化鋁是塑料和有機(jī)聚合物一種理想的阻燃劑填充料。當(dāng)氫氧化鋁受熱溫度超過(guò)200℃時(shí)，氫氧化鋁開(kāi)始吸熱分解，放出三個(gè)結(jié)晶水。正是基于氫氧化鋁分解時(shí)大量吸熱，因此，當(dāng)含氫氧化鋁的聚合物加熱時(shí)，氫氧化鋁因分解吸熱，從而抑制聚合物溫度的升高，降低其分解率；其次氫氧化鋁在受熱分解時(shí)放出水蒸汽，不會(huì)產(chǎn)生有毒、可燃或有腐蝕性的氣體，并稀釋了聚合物分解所產(chǎn)生的各種可燃?xì)怏w，使起火更加困難。合成材料的阻燃性能與填料氫氧化鋁的粒度有很大關(guān)系，隨粒度的變細(xì)，限氧指數(shù)隨之上升。填料的細(xì)化還有助于合成材料光滑度和力學(xué)性能的改善。而附堿及氧化鐵含量的高低可以改善材料的絕緣性能，這在電纜護(hù)層與低壓電器開(kāi)關(guān)制品中顯得尤為重要。

2）用作地毯裱褙乳膠泡沫和黏結(jié)劑的填充劑。氫氧化鋁在地毯行業(yè)中的應(yīng)用主要是利用氫氧化鋁的阻燃填充性能。一般情況下，用在地毯中的氫氧化鋁為d50＜20 μm的細(xì)粒氫氧化鋁。

3）用作人造大理石、人造瑪瑙的填充劑。用氫氧化鋁和不飽和聚脂樹(shù)脂或甲基丙烯酸樹(shù)脂生產(chǎn)人造瑪瑙或人造大理石。由于氫氧化鋁具有（折光系數(shù)為1.57）和聚脂樹(shù)脂極為接近的折光指數(shù)，從而使人造產(chǎn)品具有半透明的、令人滿(mǎn)意的光見(jiàn)度，并且可以生產(chǎn)出不同顏色、花紋圖案的人造產(chǎn)品。用于生產(chǎn)人造瑪瑙和人造大理石的氫氧化鋁具有白度高(＞95%)，晶型好，粒度適中(d50為50 μm或70 μm之間)的特性。

4）用作造紙?zhí)顒?。氫氧化鋁在造紙工業(yè)中主要用作表層涂料、填料以及生產(chǎn)不燃紙。氫氧化鋁作為涂布顏料有許多優(yōu)越性：白度高、粒度細(xì)且粒度分布均勻，呈片狀晶形，用它作顏料能提高涂布紙的白度。不透明度、平滑度及吸油墨性能。用它代替二氧化鈦。在不降低紙張自度及不透明度的前提下，能節(jié)約成本，提高紙的光澤度，改善印刷性能。通常造紙用的氫氧化鋁粒度d＜1 μm，白度大于98%。

5）用作牙膏填劑。牙膏的主要用途是除去牙齒上黏附的污物。而對(duì)牙齦無(wú)損傷。這就需要中性磨擦劑。而氫氧化鋁所具有的輕度磨擦特性來(lái)清潔和磨光牙齒正好滿(mǎn)足這一要求。并且其化學(xué)惰性使其易與牙膏中的其他配料相容；再者，氫氧化鋁具有良好的保氟性能，因此，氫氧化鋁在藥物牙膏和其他高檔牙膏中有著廣泛的應(yīng)用。用作牙膏填料氫氧化鋁的粒度一般為7 μm，附堿須小于0.01%或保持一定的pH值，以防止在儲(chǔ)存過(guò)程中牙膏皮遭到腐蝕。

由于高白氫氧化鋁的獨(dú)特性能，目前需求高速增長(zhǎng)。其價(jià)格一直穩(wěn)定在每噸2 500～3 000元，與氧化鋁（折合比1.53）相比價(jià)格有明顯優(yōu)勢(shì)。有資料表明，全球烘干高白氫氧化鋁市場(chǎng)需求量在80萬(wàn)t以上。國(guó)外主要生產(chǎn)商有加鋁、美鋁、日本住友化學(xué)、德國(guó)馬丁等少數(shù)幾家公司。國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)廠(chǎng)家主要由中鋁公司、內(nèi)蒙大唐資源公司等少數(shù)幾家采用燒結(jié)法工藝的廠(chǎng)家生產(chǎn)。

由于燒結(jié)法能耗高，造成生產(chǎn)成本居高不下。如能采用低成本的拜耳法的精液，經(jīng)過(guò)處理后生產(chǎn)出高白氫氧化鋁，無(wú)疑具有較好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，開(kāi)發(fā)拜耳法精液生產(chǎn)高白氫氧化鋁是十分必要的。

3 項(xiàng)目研發(fā)的可行性分析

3.1 高白氫氧化鋁指標(biāo)要求

高白氫氧化鋁國(guó)家沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，某企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 高白氫氧化鋁指標(biāo)

3.2 原因分析及對(duì)策

從表1可以看出，高白氫氧化鋁標(biāo)準(zhǔn)中要求的指標(biāo)較多，其中白度指標(biāo)完成難度較大，其他指標(biāo)均能通過(guò)調(diào)整技術(shù)條件達(dá)到要求值。

在工業(yè)生產(chǎn)中，采用燒結(jié)法工藝產(chǎn)出產(chǎn)品的白度高達(dá)94%以上，而拜耳法工藝產(chǎn)品的白度在80%～88%，因礦石成分及生產(chǎn)技術(shù)不同而不同。經(jīng)分析，其主要原因是由于拜耳法溶液中的鐵、硫離子及有機(jī)物含量高。有資料表明[1]，拜耳法溶液中有機(jī)物含量高達(dá)1.67 g/L，為燒結(jié)法的三倍以上。另外，拜耳法溶液中鐵、硫離子含量也在燒結(jié)法的一倍以上。

從上述原因可以得出:欲從拜耳法溶液中制取出高白氫氧化鋁，必須脫除鐵、硫離子及有機(jī)物。

依據(jù)各種雜質(zhì)在溶液中的存在形態(tài)，經(jīng)研究化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及相關(guān)資料[2,3]，脫硫采用沉淀法除雜工藝；脫鐵采用將二價(jià)鐵還原為三價(jià)鐵再沉淀除雜工藝；有機(jī)物脫除采用了濕法氧化分解的工藝。根據(jù)以上原理并結(jié)合市場(chǎng)價(jià)格綜合考慮經(jīng)濟(jì)性，分別選擇了脫硫劑、脫鐵劑和脫色劑。為驗(yàn)證其效果，采用拜耳法溶液在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，三個(gè)試劑均能達(dá)到滿(mǎn)意效果，經(jīng)過(guò)處理后的拜耳法溶液中的鐵、硫離子及有機(jī)物含量均達(dá)到或接近燒結(jié)法溶液的水平，產(chǎn)出的產(chǎn)品白度均在95%～97%以上。同時(shí)，為給工業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)支持，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)也摸索出各種試劑的最佳技術(shù)條件。

3.3 可行性分析

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在機(jī)理上證明利用拜耳法溶液同樣可以生產(chǎn)出高白氫氧化鋁。

山西省柳林縣森澤煤鋁有限責(zé)任公司現(xiàn)有兩條生產(chǎn)線(xiàn)：一條是60萬(wàn)t/年的拜耳法生產(chǎn)線(xiàn),目前生產(chǎn)正常,產(chǎn)出的拜耳法溶液可以滿(mǎn)足項(xiàng)目研發(fā)需要；另一條是10萬(wàn)t/年的燒結(jié)法生產(chǎn)線(xiàn)，因產(chǎn)能低、能耗高處于停產(chǎn)狀態(tài)。在燒結(jié)法廠(chǎng)區(qū)中，有完善的溶液預(yù)處理系統(tǒng)，種子分解系統(tǒng)和產(chǎn)品分離洗滌、干燥及加工系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單改造后完全能滿(mǎn)足項(xiàng)目研發(fā)需要。因此，從技術(shù)上講經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單改造，增加少量投資，山西省柳林縣森澤煤鋁有限責(zé)任公司就能具備本項(xiàng)目研發(fā)條件。

按照目前市場(chǎng)情況進(jìn)行測(cè)算，項(xiàng)目研發(fā)成功后，其產(chǎn)品成本僅在原拜耳法產(chǎn)品成本基礎(chǔ)上增加了電費(fèi)、人工工資及試劑費(fèi)用，預(yù)估每噸產(chǎn)品成本增加在400元，最終生產(chǎn)成本在1 800元/t以?xún)?nèi)。高白產(chǎn)品價(jià)格長(zhǎng)期穩(wěn)定在2 500～3 000元/t，因此，項(xiàng)目研發(fā)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

同時(shí)，本項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程上的所有固體物返回拜耳法流程中進(jìn)行回收利用，也不會(huì)額外產(chǎn)生廢氣，少量廢水進(jìn)入公司污水處理系統(tǒng)回收利用，本項(xiàng)目不會(huì)產(chǎn)生新的環(huán)境污染源。

綜上所述，本項(xiàng)目研發(fā)是可行的。

4 項(xiàng)目研發(fā)技術(shù)方案

4.1 項(xiàng)目研發(fā)目標(biāo)

產(chǎn)品指標(biāo)達(dá)到表1的要求，粒度d50分別為75μm、25 μm、15 μm 和 08 μm 四個(gè)系列。

4.2 主要技術(shù)條件控制

主要技術(shù)條件控制：分解時(shí)間40～45 h；分解固含500～600 g/L；分解溫度，首槽：61～63℃，末槽：48～52℃；粒度d50控制在75 μm，最終產(chǎn)品按要求控制；產(chǎn)品的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%。

4.3 項(xiàng)目研發(fā)工藝流程

4.3.1 精液預(yù)處理流程（見(jiàn)圖1）

圖1 精液預(yù)處理流程

4.3.2 種子分解工序（見(jiàn)圖2）

圖2 種子分解工序

4.3.3 后加工工序（見(jiàn)圖3）

圖3 后加工工序

5 結(jié)果與討論

經(jīng)過(guò)技術(shù)改造，本項(xiàng)目與2016年10月25日組織投料試運(yùn)行，于12月15日產(chǎn)出產(chǎn)品，產(chǎn)品指標(biāo)情況如表2所示。

表2 產(chǎn)品指標(biāo)完成情況

從表2看出，產(chǎn)品白度明顯提高，但沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)值。其主要原因是燒結(jié)法系統(tǒng)停車(chē)時(shí)間長(zhǎng)，原有流程及設(shè)備中鐵銹多，短時(shí)間難以消除，隨著生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，并進(jìn)一步強(qiáng)化指標(biāo)管理，將會(huì)得到改善。產(chǎn)品粒度稍粗，與要求差別不大，通過(guò)改善分解條件可以得到控制。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)利用拜耳法精液生產(chǎn)高白氫氧化鋁的研發(fā)項(xiàng)目，解決了拜耳法廠(chǎng)面臨生產(chǎn)精液當(dāng)中有害雜質(zhì)去除難、產(chǎn)品指標(biāo)難控制等問(wèn)題，提高了精液的品質(zhì)，改變了依靠燒結(jié)法工藝生產(chǎn)高白產(chǎn)品的老傳統(tǒng)，開(kāi)辟了一條利用拜耳法精液生產(chǎn)高白氫氧化鋁產(chǎn)品的新途徑，為企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品并提高競(jìng)爭(zhēng)能力指明了方向。

[1] 張浩.濕法氧化法去除鋁酸鈉中有機(jī)物的研究[D].長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)，2011.

[2] 魯少?zèng)_，李軍旗，趙飛，等.鋁酸鈉溶液中有機(jī)物的危害與排除[J].中國(guó)稀土學(xué)報(bào)，2008（8）：988-990.

（編輯：苗運(yùn)平）

Development of High-whiteness Aluminium Hydroxide Production by Bayer Process

Li Shuting
(Shanxi Liulin Senze Coal and Aluminum Co.,Ltd.,Liulin Shanxi 033300)

Through the analysis of the current situation of alumina ind ustry,the necessity and advantage of development of high-whiteness aluminum hydroxide is put forward.At the same time,the R&D projects of high-whiteness aluminium hydroxide production by Bayer process solves the production of difficult removal of harmful impurities,difficult control of product indexes and other issues in refined liquid production of Bayer plant,improving the quality of refined liquid.

Bayer process,high-whiteness aluminum hydroxide,desulfurizer,deferrization agent,decolorizing agent

TF803.25

A

1672-1152（2017）04-0072-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.28

2017-07-20

李書(shū)廷（1970—），男，畢業(yè)于呂梁高等專(zhuān)科學(xué)校化工系化學(xué)工藝專(zhuān)業(yè)，后畢業(yè)于呂梁電大本科工商管理專(zhuān)業(yè)，工程師，現(xiàn)任森澤集團(tuán)常務(wù)副總。