提高氫氧化鋁白度、降低氫氧化鋁中氧化鈉含量的研究

馮延磊，曹國楚， 馬 昕

(河南能源義煤公司義翔鋁業(yè)，河南 三門峽 472435)

提高氫氧化鋁白度、降低氫氧化鋁中氧化鈉含量的研究

馮延磊，曹國楚， 馬 昕

(河南能源義煤公司義翔鋁業(yè)，河南 三門峽 472435)

分析了某氧化鋁廠生產(chǎn)的氫氧化鋁白度和氫氧化鋁中氧化鈉含量的現(xiàn)狀，找到了影響氫氧化鋁白度和氫氧化鋁中氧化鈉含量的因素，通過采取相應(yīng)措施對現(xiàn)有工藝和控制條件進(jìn)行優(yōu)化，最終取得較好效果。

氫氧化鋁；白度；氧化鈉；晶格堿

某氧化鋁廠氧化鋁產(chǎn)能50萬t/a，其中有一條10萬噸生產(chǎn)線和一條40萬噸生產(chǎn)線，兩條生產(chǎn)線均采用強(qiáng)化拜耳法生產(chǎn)工藝，所用礦石為當(dāng)?shù)匾凰蹭X石。此前以生產(chǎn)冶金級氧化鋁為主，但由于規(guī)模小、成本高，和同行業(yè)比冶金級氧化鋁無競爭優(yōu)勢，為提高經(jīng)濟(jì)效益，公司提出了10萬噸生產(chǎn)線以生產(chǎn)高白、低鈉化學(xué)級氫氧化鋁為主的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型方案，通過采取相應(yīng)措施對現(xiàn)有工藝進(jìn)行優(yōu)化，最終取得較好效果。下文對其提高氫氧化鋁白度、降低氫氧化鋁中氧化鈉含量的措施進(jìn)行分析。

1 提高氫氧化鋁白度

1．1 現(xiàn)狀分析

某氧化鋁廠10萬噸生產(chǎn)線生產(chǎn)的氫氧化鋁白度僅64%，遠(yuǎn)未達(dá)到化學(xué)級白度85%以上的要求，為了搞清氫氧化鋁白度低的原因，通過收集生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、察看生產(chǎn)現(xiàn)場、原料中間物料及氫氧化鋁產(chǎn)品取樣分析，基本確定，生產(chǎn)流程中的TOC(有機(jī)物)和草酸根的濃度較高，對生產(chǎn)的危害主要有：①降低分解速率和氧化鋁產(chǎn)出率；②不利于分解產(chǎn)物氫氧化鋁的沉降、過濾和分級；③種分槽內(nèi)產(chǎn)生大量泡沫；④加速分解槽內(nèi)氫氧化鋁結(jié)疤；⑤溶液帶顏色直至黑褐色，分解產(chǎn)物氫氧化鋁的白度降低，影響了產(chǎn)品的銷售。對氧化鋁生產(chǎn)流程中固相及液相的有機(jī)物進(jìn)行分析，結(jié)果如表1和表2所示。

表1 生產(chǎn)中流程中固相有機(jī)物分析 %

表2 生產(chǎn)流程中液相分析 g/L

由表1可知，該廠所用的礦石有機(jī)物含量較高，屬于高有機(jī)物礦石，礦石中TOC最高含量為0.595%，硫的含量也較高。液相中的TOC和草酸根較高。該廠鋁土礦主要產(chǎn)于三門峽地區(qū)，此地區(qū)煤層豐富、礦石中有機(jī)物含量高，同時該廠沒有自采礦，全部為外購礦，礦石來源不穩(wěn)定，工廠投產(chǎn)至今已有12年，流程中有機(jī)物逐步累積，近幾年也沒有進(jìn)行排鹽，有機(jī)物隨母液循環(huán)累積加快。

1．2 采取措施

1.2.1 兩條生產(chǎn)線隔離，不斷稀釋10萬噸生產(chǎn)線有機(jī)物

受供礦條件限制，從供礦源頭控制有機(jī)物進(jìn)入系統(tǒng)難于實現(xiàn)，因此確定采用把10萬噸生產(chǎn)線與40萬噸/年生產(chǎn)線隔離的辦法來處理有機(jī)物。

40萬噸生產(chǎn)線生產(chǎn)非冶金級氧化鋁，10萬噸生產(chǎn)線生產(chǎn)高白、低鈉化學(xué)級氫氧化鋁，生產(chǎn)系統(tǒng)全部補(bǔ)堿補(bǔ)入小生產(chǎn)線，再通過10萬噸生產(chǎn)線的分解母液向40萬噸生產(chǎn)線補(bǔ)堿，實現(xiàn)兩系統(tǒng)平衡。10萬噸生產(chǎn)線通過補(bǔ)入新堿使系統(tǒng)的機(jī)物降低，含有機(jī)物的分解母液分流一部分給40萬噸生產(chǎn)線補(bǔ)堿，40萬噸生產(chǎn)線產(chǎn)品經(jīng)焙燒可以燒掉有機(jī)物。調(diào)整補(bǔ)堿方式后系統(tǒng)液量和相關(guān)的工藝參數(shù)調(diào)整如下：

表3 改動前后10萬噸系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)工藝參數(shù)

注：改動后原礦漿固含增加量約為8g/L；10萬噸生產(chǎn)線向40萬噸生產(chǎn)線補(bǔ)送分解母液量為27m3/h。

1.2.2 添加氧化劑，氧化掉系統(tǒng)中有機(jī)物

氧化劑在10萬噸生產(chǎn)線的溶出系統(tǒng)加入，將長鏈有機(jī)物氧化為短鏈有機(jī)物，隨赤泥排出；同時也可以將硫氧化，減少產(chǎn)品中的硫及鐵的含量。

安全注意事項：在加氧化劑之前，檢查并保證溶出系統(tǒng)不凝性氣體排放管道暢通；在溶出作業(yè)區(qū)不得吸煙，不得在密閉的空間動焊。

1．3 取得效果

由于兩條生產(chǎn)線隔離時間須2個月，10萬噸生產(chǎn)線通過先加1個月氧化劑后，氫氧化鋁白度由64%提高至76%，然后兩條生產(chǎn)線隔離后25天內(nèi)氫氧化鋁白度提高到了85%，達(dá)到了預(yù)期目的。

2 降低氫氧化鋁中氧化鈉含量

2．1 現(xiàn)狀分析

高溫α-氧化鋁是化學(xué)級氫氧化鋁的重要用途之一，占總用量的25%～30%[1]，其主要用途：①電子工業(yè)集成電路基片、封裝材料、電路板、電子插件；②電氣工業(yè)高壓絕緣器；③汽車和飛機(jī)內(nèi)燃用的火花塞；④耐磨陶瓷器件(爐心管、泵等)；⑤高級耐火材料。氧化鈉含量是衡量高溫α-氧化鋁品級的重要技術(shù)指標(biāo)之一，高溫α-氧化鋁中氧化鈉來自其原料氫氧化鋁，因此降低氫氧化鋁中氧化鈉含量對該氧化鋁廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整有著極其重要的意義。

氫氧化鋁中氧化鈉含量有三種：①晶格堿，水無法洗去；②硅酸鈉結(jié)合堿，此部分堿含量極少，主要由精液脫硅指數(shù)決定；③AH附堿，主要由平盤的洗滌效果決定。此前該氧化鋁廠10萬噸生產(chǎn)線生產(chǎn)的氫氧化鋁中氧化鈉含量為0.18%，在同行業(yè)中處于較好水平，但和≤0.1%的低鈉氫氧化鋁標(biāo)準(zhǔn)還有一定差距。其中硅酸鈉結(jié)合堿0.0033%、附堿0.023%、晶格堿0.1537%，因此：①晶格堿0.135%是影響氫氧化鋁中氧化鈉含量的主要因素；②附堿0.02%是影響氫氧化鋁中氧化鈉含量的重要因素。

2．2 采取措施

2.2.1 降低氫氧化中晶格堿

晶格堿的形成機(jī)理：鋁酸鈉溶液分解過快時，會導(dǎo)致析出的細(xì)小晶粒來不及長大，便同其它小晶粒附聚在一起產(chǎn)生結(jié)晶不完善的結(jié)合體，其中就形成了許多空隙，這些空隙會包裹大量溶液中游離的堿，即結(jié)晶堿，從而使氫氧化鋁中鈉的含量大大增加。因此要降低產(chǎn)品中的鈉含量，首先要控制好鋁酸鈉溶液的分解速度，使氫氧化鋁在晶核的基礎(chǔ)上慢慢長大，形成結(jié)晶完善的產(chǎn)品。

影響氫氧化鋁中晶格堿含量主要因素：分解溫度、分解時間、精液NK、種子量等。

(1)溫度影響：在種子量相同的情況下，分解初溫越高，鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性越強(qiáng)，進(jìn)行分解誘導(dǎo)期越長，氫氧化鋁結(jié)晶越完善，氫氧化鋁中氧化鈉含量越低。

(2)分解時間：分解時間越長，氫氧化鋁結(jié)晶越完善，氫氧化鋁中氧化鈉含量有降低趨勢。

(3)精液NK、ak影響：精液NK、ak越高，進(jìn)行分解誘導(dǎo)期越長，分解速度越慢，氫氧化鋁結(jié)晶越完善，氫氧化鋁中氧化鈉含量越低。

為降低結(jié)晶堿，10萬噸生產(chǎn)線分解溫度首槽溫度由62℃提高至65℃；分解體積由15000m3提高至16000m3以上，分解時間延長4小時；溶出ak由1.44提高至1.48，精液ak相應(yīng)由1.51提高1.56；分解前期分解速度較快為延緩分解速度，中間降溫由原從3#分解槽開始中間降溫現(xiàn)改4#槽開始中間降溫。

為減少因提高分解溫度、精液ak對分解率的影響，采取對工藝流程進(jìn)行技改，將強(qiáng)濾液由原來進(jìn)蒸發(fā)原液現(xiàn)改為進(jìn)分解首槽，相當(dāng)稀釋分解濃度，既提高了分解率又延緩分解初期分解速度，降低了結(jié)晶堿。

2.2.2 降低氫氧化鋁附堿

10萬噸生產(chǎn)線所用平盤為40m2，下料量40～50m3/h，洗滌水量13m3/h，氫鋁附堿平均0.023%，洗滌水量增加到18m3/h，氫鋁附堿降至0.015%。

2．3 取得效果

通過應(yīng)用以上兩個措施，3個月的調(diào)整，10萬噸生產(chǎn)線氫氧化鋁中氧化鈉含量0.09%，其中硅酸鈉結(jié)合堿0.0033%、附堿0.015%、晶格堿0.0717%，達(dá)到了低鈉氫氧化鋁的標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

通過對某氧化鋁廠生產(chǎn)的氫氧化鋁白度和氫氧化鋁中氧化鈉含量的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，采取相應(yīng)措施對現(xiàn)有工藝和控制條件進(jìn)行優(yōu)化，10萬噸生產(chǎn)線氫氧化鋁白度由64%提高至85%、氫氧化鋁中氧化鈉含量由0.18%降至0.09%，達(dá)到了化學(xué)品氫氧化鋁的指標(biāo)要求，從而為同行業(yè)從業(yè)者提供一些借鑒。

[1] 王 玉，郭東峰.低鈉氧化鋁的研制及條件控制[J].輕金屬.2000(6)：26-27.

2017-09-25

馮延磊(1981—)，工程師，本科，主要從事氧化鋁生產(chǎn)工藝研究工作，供職于河南能源義煤公司義翔鋁業(yè)。

TQ133.1

A

1008-021X(2017)22-0029-02

(本文文獻(xiàn)格式：馮延磊，曹國楚，馬昕.提高氫氧化鋁白度、降低氫氧化鋁中氧化鈉含量的研究[J].山東化工，2017，46(22)：29-30.)