微米級(jí)氫氧化鋁的洗滌工藝實(shí)驗(yàn)研究

李廣戰(zhàn)

（中鋁山東有限公司，山東 淄博255050）

1 前 言

化學(xué)品氧化鋁廣泛應(yīng)用于國(guó)家生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域，以其性能優(yōu)良，產(chǎn)品附加值高、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)得到快速發(fā)展。化學(xué)品氧化鋁在國(guó)際上有廣闊的應(yīng)用前景，占世界氧化鋁產(chǎn)量的10%左右，生產(chǎn)和需求呈逐步增加的趨勢(shì)?；瘜W(xué)品氧化鋁的發(fā)展存在著氧化鋁生產(chǎn)與化學(xué)品氧化鋁生產(chǎn)矛盾的問題，主要表現(xiàn)在化學(xué)品氧化鋁生產(chǎn)產(chǎn)生大量的低濃度堿液進(jìn)入氧化鋁流程，給氧化鋁生產(chǎn)增加了負(fù)擔(dān)。隨著化學(xué)品氧化鋁的發(fā)展，超細(xì)氫氧化鋁降低洗滌用水的問題越來(lái)越突出，這也是發(fā)展化學(xué)品氧化鋁所必須解決的問題。

超細(xì)氫氧化鋁是化學(xué)品氧化鋁應(yīng)用范圍最廣泛的品種之一，因具有優(yōu)良的填充、阻燃、消煙等特性作為有機(jī)阻燃劑替代產(chǎn)品應(yīng)用于塑料、涂料、橡膠、彈性體、無(wú)鹵電纜的包覆和絕緣材料。國(guó)內(nèi)超細(xì)氫氧化鋁產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，質(zhì)量和品種與國(guó)際先進(jìn)有一定差距，高端超細(xì)氫氧化鋁阻燃劑需要進(jìn)口。

本文對(duì)超細(xì)氫氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中洗滌用水進(jìn)行研究討論，采用逆流（反向）洗滌工藝優(yōu)化了超細(xì)氫氧化鋁生產(chǎn)洗滌過(guò)程，有效降低了洗滌用水量，改良了工藝參數(shù)，節(jié)約了大量生產(chǎn)成本，促進(jìn)了超細(xì)氫氧化鋁生產(chǎn)工藝的進(jìn)步。

2 實(shí)驗(yàn)部分

主要原料：超細(xì)氫氧化鋁來(lái)自中鋁山東有限公司新材料公司。

洗滌方法采用逆流（反向）洗滌工藝，洗滌4次。設(shè)物料的含水量為a（干基），附液的濃度為M0；第n次洗滌洗液的濃度為Mn；單位物料的洗水量為b；沖稀比為c；物料洗滌合格要求附液濃度為M。沖稀比：c=（M0/M）1/n。單位洗水量為：b=ac。第n次洗液濃度為：Mn=M0/cn。

不考慮超細(xì)氫氧化鋁的洗滌液固比，理想情況下洗滌；假設(shè)超細(xì)氫氧化鋁濕濾餅的含水量為1（水分50%），附液Na2O濃度為110～120 g/L。末次洗滌合格附液濃度為≤0.05 g/L。

料漿分離母液后的濾餅首次洗滌使用M1沖稀，沖稀后在95℃攪洗30 min分離，洗液倒掉，再使用M2按同樣的沖稀比沖稀，在95℃攪稀30 min分離，洗液倒回M1；依次反復(fù)，最后一遍蒸餾水倒回末次洗液。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每次洗液都取樣分析Na2O含量，最后濾餅送樣分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 洗滌溫度與添加助洗劑實(shí)驗(yàn)

選取同批次生產(chǎn)的超細(xì)氫氧化鋁料漿，料漿固含量80 g/L（每L料漿中含有干基氫氧化鋁80 g），料漿的液體中含有Na2O為120 g/L。分別選取不同的助洗劑按照不同的添加量進(jìn)行洗滌實(shí)驗(yàn)，觀察最終產(chǎn)品超細(xì)氫氧化鋁中的Na2O殘留量，結(jié)果見表1。從表1可以看出，乙酸加入后抽濾時(shí)間明顯加長(zhǎng)數(shù)十倍，料漿黏稠，抽干耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)隨乙酸加入量增大，Na2O含量有升高的趨勢(shì)。乙酸與附液中的殘留氧化鋁反應(yīng)生成了鋁膠，洗滌困難。加入聚乙二醇、PA-982后，和空白樣相比，1次抽濾時(shí)間沒有明顯變化，但加入聚乙二醇、PA-982后，Na2O含量都有降低的趨勢(shì)。十二烷基磺酸鈉實(shí)驗(yàn)和空白樣相比，Na2O升高。

3.2 反向洗滌實(shí)驗(yàn)

選取同上批次生產(chǎn)的超細(xì)氫氧化鋁料漿，采取4次反向洗滌實(shí)驗(yàn)，每次洗滌后的濾餅按照質(zhì)量比干基氫氧化鋁∶逐級(jí)洗液=1∶7進(jìn)行沖稀打漿，再次抽濾洗滌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別按照添加助洗劑草酸銨和不加任何助洗劑進(jìn)行，考察最終洗滌產(chǎn)品氫氧化鋁中的Na2O殘留量，結(jié)果見表2和表3。

表1 洗滌助劑對(duì)洗水量的影響

表2 每次洗滌洗液中Na2O的含量與濾餅分析

表3 4次洗滌抽濾時(shí)間

從表2來(lái)看，4次洗滌方案沖稀比為7，也就是水耗為7 t/t，可將樣品氧化鈉洗滌到0.2以下。說(shuō)明提高料漿溫度，減少了洗水量，洗滌效率提高。另外，僅從干品Na2O含量來(lái)看，加入草酸銨后對(duì)于降低Na2O貢獻(xiàn)不大。從表3來(lái)看，由于沖稀比為7，洗水量少，抽濾時(shí)間明顯減少。空白樣和添加助劑樣抽濾時(shí)間對(duì)比相差不大。

3.3 反洗驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

選取另一批次生產(chǎn)的超細(xì)氫氧化鋁料漿進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，考察4次反向洗滌后產(chǎn)品中的Na2O殘留量，結(jié)果見表4和表5。

表4 超細(xì)氫氧化鋁洗滌NT數(shù)據(jù)

表5 不同階段洗液中Na2O的含量

從表4可以看出，每噸產(chǎn)品需洗滌用水8 t，可以達(dá)到洗滌要求，控制產(chǎn)品的Na2O≤0.2%。實(shí)際數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)差別較大，主要原因是實(shí)驗(yàn)室濾餅的水分控制不穩(wěn)。從表5可以看出，超細(xì)分解完成進(jìn)行分離，濾餅首先進(jìn)行攪洗，然后采用分段靜洗的方式進(jìn)行洗滌除鈉，可以利用8 t水洗滌合格。提高洗水溫度，并且降低濾餅水分后，可利用4 t水洗滌合格。提高洗水溫度后，物料中的鈉離子自由擴(kuò)散速度提高，洗滌效果明顯，降低了洗水用量。

3.4 濾餅厚度和料漿溫度實(shí)驗(yàn)

為提高洗滌效率，減少洗滌用水量，結(jié)合工業(yè)常用設(shè)備實(shí)際情況，進(jìn)行了不同濾餅布料厚度和洗水溫度實(shí)驗(yàn)，考察洗滌時(shí)間和洗水量對(duì)應(yīng)的氫氧化鋁殘留Na2O含量，結(jié)果見表6。

從表6可以看出，料漿溫度越高，分離速度越快，可能原因?yàn)槲锪橡ざ葴p小，洗滌中可以促進(jìn)水相和固相相對(duì)流動(dòng)，有利于帶走Na2O；同時(shí)增加了Na2O等雜質(zhì)離子的遷移速度，促進(jìn)固相表面的雜質(zhì)離子向水中擴(kuò)散，這就為提高濾餅厚度提供了條件。由實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)可知，濾餅厚度最佳選擇為1 cm左右，洗滌效果最好。

表6 濾餅厚度和料漿溫度對(duì)分離速度影響數(shù)據(jù)

4 推薦工藝方案（移動(dòng)盤洗滌設(shè)備）

種分分解完成后，進(jìn)壓濾機(jī)分離并吹風(fēng)，盡量降低濾餅水分，濾餅進(jìn)行攪洗，溫度90℃以上，充分打漿后進(jìn)入皮帶洗滌，皮帶采用分區(qū)3次反向洗滌。末端加新水4 t左右，皮帶洗滌后的產(chǎn)品要保證合格。皮帶下料進(jìn)攪洗槽用新水打漿，該攪洗槽中的水可反復(fù)使用，直到Na2O達(dá)到一定濃度后，送到最初的攪洗打漿使用，然后進(jìn)壓濾機(jī)分離脫水后進(jìn)烘干。反向洗滌示意圖見圖1。`

5 結(jié) 論

5.1 超細(xì)氫氧化鋁結(jié)晶是完善晶體（相對(duì)于擬薄水），符合附堿的分配沖稀規(guī)律。

5.2 料漿與洗水的溫度決定了濾餅的過(guò)濾速度，溫度越高，有利于鈉離子的擴(kuò)散熱運(yùn)動(dòng)，有利于洗滌，溫度至少要＞90℃。

5.3 返洗次數(shù)決定了用水量。經(jīng)理論計(jì)算：返洗4次，用水為物料7倍左右。

5.4 高溫洗滌不但降低了洗水量，同時(shí)分離速度快，提高了設(shè)備產(chǎn)能。

5.5 降低洗水量的關(guān)鍵是降低分離濾餅水分，提高濾餅厚度，提高洗水溫度，采用逆流循環(huán)洗滌工藝。

圖1 反向洗滌示意圖