高純大孔擬薄水鋁石生產(chǎn)工藝及影響因素

樊慧芳，周薛霞，宋科鵬，孔 杰

（中鋁山東股份有限公司研究院，山東 淄博 255052）

中鋁山東股份有限公司研究生產(chǎn)擬薄水鋁石已接近30多年的歷史，有普通和特種擬薄水鋁石兩大類十多個(gè)種類，但一直未有高純擬薄水鋁石的研制與生產(chǎn)。目前國內(nèi)未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。全球生產(chǎn)高純擬薄水鋁石的企業(yè)主要是Sasol公司，年產(chǎn)量有7萬噸，采用醇鋁水解法生產(chǎn)，產(chǎn)品純度高但價(jià)格昂貴。隨著國家環(huán)保力度加大，石油精制（脫硫、脫氮、烷基化）催化劑、重整催化劑和生產(chǎn)尾氣、汽車尾氣凈化催化劑的用量急劇增加，此類催化劑采用高純擬薄水鋁石做粘結(jié)劑或載體，因此高純擬薄水鋁石市場前景看好，用量將逐年上升，并且生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量高，簡單可行，生產(chǎn)成本低，能滿足更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，易于工業(yè)推廣。由于高純擬薄水鋁石國內(nèi)尚無工業(yè)化生產(chǎn)，全部依賴進(jìn)口，主要以Sasol公司生產(chǎn)的SB粉為主，年進(jìn)口量在1萬噸左右，因此研發(fā)生產(chǎn)高純擬薄水鋁石是十分必要和亟需的。

1 試驗(yàn)部分

（1）實(shí)驗(yàn)原料。①氫氧化鋁：來自新材料公司；液堿：來自氯堿廠。②CO2氣：來自氧化鋁廠進(jìn)行凈化處理。③高純水：高純線自制，蒸餾水來自氧化鋁生產(chǎn)大流程。

（2）試驗(yàn)方法。①國外高純擬薄水鋁石采用醇鋁法生產(chǎn)，即高純鋁與異丙醇反應(yīng)生成異丙醇鋁，再與水發(fā)生水解反應(yīng)生成異丙醇和高純擬薄水鋁石。②本文采用碳化法，即用液堿重溶氫氧化鋁后得到的比較純的鋁酸鈉溶液，再進(jìn)行預(yù)分解進(jìn)一步提純，得到純度合格的鋁酸鈉溶液，然后通入CO2氣進(jìn)行碳酸化分解，生成高純大孔擬薄水鋁石料漿，接著分離料漿，使得固液分離，再用合適溫度的高純水，進(jìn)行洗滌制得高純大孔擬薄水鋁石濕品，最后再進(jìn)行高純度烘干粉碎。整個(gè)工藝過程必須在不引入其他雜志的情況下進(jìn)行。

（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)備。①分解槽。②蠕動(dòng)泵。③過濾系統(tǒng)。④循環(huán)水真空泵。⑤烘箱。

（4）檢測方法及設(shè)備。產(chǎn)品定性通過X-衍射儀測得；水份、灼減、采用重量法測定；其他微量雜質(zhì)元素采用光電直讀光譜儀測定；孔容、比表面采用氮吸附比表面儀測定。

（5）工藝流程。①高純鋁酸鈉溶液制取。首先，取新材料公司氫氧化鋁原料1000g和4L含氫氧化鈉30%的堿液加入到不銹鋼反應(yīng)槽中，放置在電熱板上進(jìn)行加熱，反應(yīng)槽溫度控制在105℃～110℃之間，反應(yīng)時(shí)間控制在2小時(shí)～4小時(shí)，得到鋁酸鈉溶液。其次，把鋁酸鈉溶液加入到分解槽內(nèi)進(jìn)行預(yù)分解，控制氧化鋁損失在5%內(nèi)，過濾后得到高純度鋁酸鈉溶液，用高純水進(jìn)行稀釋調(diào)配，控制鋁酸鈉溶液濃度為15g/l～40g/l。②高純大孔擬薄水鋁石的制取。進(jìn)行碳分實(shí)驗(yàn)，取調(diào)配好的鋁酸鈉溶液10L放入分解槽內(nèi)，初溫控制在室溫15℃～25℃之間，通入濃度為34%～38%CO2氣，控制每小時(shí)的流量在1.0m3/h～2.5m3/h，反應(yīng)時(shí)間控制在50分鐘～80分鐘，控制氧化鋁殘留小于1g/l，終溫控制在25℃～40℃，得到大孔擬薄水鋁石料漿，將料漿過濾，用70℃～80℃的高純水洗滌大孔擬薄水鋁石濾餅，直至洗滌到洗液PH值7.0左右，將合格濾餅放入烘箱烘干，烘箱溫度控制在70℃～90℃，烘干后進(jìn)行粉碎研磨成合格產(chǎn)品，得到高純大孔擬薄水鋁石。整個(gè)工藝過程盡可能的不要帶入雜質(zhì)，保證產(chǎn)品指標(biāo)達(dá)到要求。③產(chǎn)品指標(biāo)。見圖1。④工藝流程圖。見圖2。

表1 產(chǎn)品指標(biāo)樣本信息

2 結(jié)果與討論

（1）高純鋁酸鈉溶液原料的制取。①原料氫氧化鋁選取新材料公司的系列產(chǎn)品中批號為50SP的產(chǎn)品，該產(chǎn)品是由燒結(jié)法工藝生產(chǎn)過程中的鋁酸鈉溶液經(jīng)過種分而成的產(chǎn)品，該產(chǎn)品白度高，粒度合適，雜質(zhì)少，重溶效果好，制得的鋁酸鈉溶液穩(wěn)定，節(jié)約成本，因此，選用該產(chǎn)品為原料，重溶制取鋁酸鈉溶液。②對于重溶得到的鋁酸鈉溶液，其中的雜質(zhì)比拜耳法生產(chǎn)的氫氧化鋁的雜質(zhì)含量低，但是還達(dá)不到高純系列產(chǎn)品的指標(biāo)要求，因此我們經(jīng)過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對該鋁酸鈉溶液進(jìn)行限度的分解生成一定濃度的氫氧化鋁，可以吸附不溶于堿液并且不能過濾的膠團(tuán)，還可以吸附溶于堿液的Fe，Na，等微量元素，達(dá)到進(jìn)一步提純鋁酸鈉溶液的效果，不過缺點(diǎn)是損失一定的氧化鋁。

圖1 高純大孔擬薄水鋁石的制取過程監(jiān)測

圖2 高純大孔擬薄水鋁石工藝流程簡圖

（2）高純大孔擬薄水鋁石的制取。①反應(yīng)溫度的控制。二氧化碳分解鋁酸鈉溶液的過程中，首先，要保證鋁酸鈉溶液的初溫不能太高，控制溫度要小于28℃，一般在室溫，如果初溫過高會(huì)生成大于3%氫氧化鋁雜質(zhì)，也不能太低，如果低于15℃則會(huì)使反應(yīng)速度變慢，并且CO2吸收率變低，反應(yīng)時(shí)間過長，不利于生產(chǎn)。因此，控制好反應(yīng)初溫，至關(guān)重要。其次，反應(yīng)終溫要控制在25℃～40℃之間，如果終溫過高也會(huì)生成大于3%氫氧化鋁雜質(zhì)，在反應(yīng)過程中應(yīng)該設(shè)有一定的降溫措施，保證反應(yīng)過程溫度不要過高。②反應(yīng)濃度的控制。二氧化碳分解鋁酸鈉溶液的過程中，鋁酸鈉溶液的濃度要在合適的范圍，一般不能過高也不能太低，經(jīng)過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果濃度高于40g/l則擬薄水鋁石定性檢測，發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)超標(biāo)，如果濃度低于15g/l則生產(chǎn)率太低，生產(chǎn)成本變高，因此，經(jīng)過多次對比試驗(yàn)最好控制濃度在20g/l～40g/l左右，各方面都可以達(dá)到好的效果。③洗水溫度的控制。經(jīng)過分解工藝得到擬薄水鋁石料漿，分離后的濾餅，要使用高純水進(jìn)行洗滌，并且有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，洗水溫度要控制在70℃～90℃，過低的水溫洗滌，使得濾餅中的氧化鈉難于洗滌，用水量大，洗滌效果差，過高的水溫使得產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)，孔容，比表面發(fā)生一定的變化。因此最好控制水溫在80℃左右。④雜質(zhì)的控制。在整個(gè)反應(yīng)過程中，既是生產(chǎn)高純大孔擬薄水鋁石的過程，也是變性除雜的過程，存在于反應(yīng)物的微量雜質(zhì)會(huì)被吸附在擬薄水鋁石濾餅，因此，只要是有可能引入雜質(zhì)的步驟，都要控制，分解過程，分離過程，洗滌過程，烘干過程，粉碎包裝過程，都不能引入新的雜質(zhì)，也盡可能不增加現(xiàn)有的雜質(zhì)。

3 結(jié)論

（1）高純原料的選取與制取，選取氫氧化鋁50SP作為最開始的原料，控制預(yù)分解程度，使得氧化鋁損失不超過5%，制取高純的鋁酸鈉溶液。高純水的選取是用蒸餾水再經(jīng)過除雜過程，得到更純凈的高純水，用來配料和洗滌。

（2）二氧化碳在進(jìn)行分解之前要通過水洗，除去二氧化碳里含有的可溶于鋁酸鈉溶液的雜質(zhì)，得到進(jìn)一步提純的二氧化碳?xì)?，一般二氧化碳濃度?4%-39%之間，壓力85MPa～90MPa之間。

（3）二氧化碳分解鋁酸鈉溶液所需反應(yīng)時(shí)間控制在50分鐘～80分鐘，控制氧化鋁殘留小于1g/l，經(jīng)過分解，分離，直至洗滌到洗液PH值7.0左右，將合格濾餅放入烘箱烘干，烘箱溫度控制在70℃～90℃，烘干后進(jìn)行粉碎研磨成合格產(chǎn)品，得到高純大孔擬薄水鋁石。整個(gè)工藝過程盡可能的不要帶入雜質(zhì)，保證產(chǎn)品指標(biāo)達(dá)到要求。