礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)工藝方法研究

張繼普

（河南省有色地礦局五大隊(duì)，河南 鄭州 450000）

氫氧化鋁是鋁的氫氧化物，化學(xué)方程式表示為AL(OH)3，是一種透明膠狀的礦物物質(zhì)，氫氧化鋁具有明顯的化學(xué)特征，該礦物物質(zhì)不能與水相溶，具有較差的抗酸性，即容易與酸性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此氫氧化鋁又被稱為一水合偏鋁。其表面有一層粘膜狀的保護(hù)膜，不易與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，因此通常情況下氫氧化鋁不產(chǎn)生二氧化碳。氫氧化鋁按照用途可分為工業(yè)級(jí)氫氧化鋁和醫(yī)藥級(jí)氫氧化鋁兩種，其中工業(yè)級(jí)氫氧化鋁常被用于制作汽車零配件、設(shè)備零備件等，醫(yī)藥級(jí)氫氧化鋁可以用于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，因此氫氧化鋁的社會(huì)用途比較廣泛。氫氧化鋁主要生產(chǎn)于礦產(chǎn)加工中，由于礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁顆粒比較大，具有較好的流動(dòng)性，并且物質(zhì)強(qiáng)度較高，因此礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)具有一定的難度，目前現(xiàn)有的方法主要為拜耳法，這種方法雖然能夠解決礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁加工的一些問題，并且加工效率比較快，但是加工而成的氫氧化鋁利用率較低，在生產(chǎn)開發(fā)過程中需要消耗大量的原材料，并且產(chǎn)出的氫氧化鋁品質(zhì)較低，已經(jīng)無法滿足氫氧化鋁開發(fā)需求，為此提出礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)工藝方法研究。

1 礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)工藝方法

1.1 氫氧化鋁原料種子制備

礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)中首先需要對(duì)礦產(chǎn)原材料進(jìn)行合理制備，此次根據(jù)氫氧化鋁開發(fā)需求，選擇烘干法對(duì)氫氧化鋁原料種子進(jìn)行制備，其制備過程如下。

首先將礦產(chǎn)原材料中氫氧化鋁放入到KOSD-D56S型號(hào)烘干機(jī)中進(jìn)行烘干，烘干時(shí)間要控制在110min～120min之間，烘干溫度設(shè)定為115℃～125℃左右；然后利用蒸發(fā)母液將氫氧化鋁原料進(jìn)行蒸母活化，蒸發(fā)母化的目的是改變氫氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)，蒸發(fā)母液的配置對(duì)氫氧化鋁原料種子制備起到關(guān)鍵作用，其配置原料主要由蒸餾水、碳酸鈉、碳酸鹽，其配比為蒸餾水：碳酸鈉：碳酸鹽=1:1:3，將配置好的蒸發(fā)母液在使用前需要用水對(duì)其進(jìn)行稀釋，因?yàn)檎舭l(fā)母液制備完成后到使用期間需要一些時(shí)間，在該過程中母液中的水會(huì)被蒸發(fā)掉一部分，因此需要用水對(duì)其進(jìn)行稀釋，稀釋到N170g/l。將蒸發(fā)母液倒入到氫氧化鋁原料中，并將其共同放在水浴中進(jìn)行活化，活化溫度控制在100℃～105℃之間，活化時(shí)間控制在45min～60min，在活化過程中需要利用機(jī)械對(duì)其進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁箽溲趸X原料種子到D75um～85um。最后將活化后的料漿進(jìn)行過濾，從而得到了氫氧化鋁原料種子，用于后續(xù)深層開發(fā)。

1.2 原料種子焙燒

氫氧化鋁原料種子制備完成之后，進(jìn)入到原料種子焙燒工序中，此次氫氧化鋁原料種子焙燒試劑選擇生石灰、氫氧化鈉、硅酸鈉、丁基黃藥四種試劑，焙燒設(shè)備選擇箱式電阻爐，在焙燒過程中需要嚴(yán)格把握焙燒溫度和焙燒時(shí)間等參數(shù)，在焙燒過程中氫氧化鋁原料種子焙燒溫度對(duì)氫氧化鋁開發(fā)質(zhì)量具有重要影響作用，傳統(tǒng)工藝在焙燒階段中通常將焙燒溫度設(shè)定在500℃左右，為了研究出符合氫氧化鋁原料種子的焙燒溫度參數(shù)，進(jìn)行焙燒溫度與氫氧化鋁浸出率和回收率測(cè)試。

測(cè)試過程中將氫氧化鋁原料種子焙燒時(shí)間設(shè)定為3.5小時(shí)，生石灰、氫氧化鈉、硅酸鈉、丁基黃藥、丁銨黑藥用量分別為15kg、10.5kg、14.5kg、18.5 kg、14.5kg，氫氧化鋁原料種子漿液濃度為55%，將制備后的氫氧化鋁原料種子分別通過400℃、500℃、600℃、700℃焙燒溫度進(jìn)行焙燒。測(cè)試結(jié)果表明，氫氧化鋁原料種子中氫氧化鋁的浸出率和回收率會(huì)隨著焙燒溫度的增加而增加，當(dāng)焙燒溫度高達(dá)700℃時(shí)，氫氧化鋁浸出率達(dá)到92.4%，氫氧化鋁的回收率達(dá)到95.4%，達(dá)到理想狀態(tài)。

焙燒過程中不僅焙燒溫度會(huì)對(duì)氫氧化鋁開發(fā)質(zhì)量具有重要影響作用，焙燒時(shí)間也需要嚴(yán)格把控，所以為了研究出符合氫氧化鋁原料種子的焙燒時(shí)間參數(shù)，進(jìn)行焙燒時(shí)間與浸出率和回收率測(cè)試。

測(cè)試過程氫氧化鋁原料種子溶液焙燒溫度設(shè)定為700℃，其他參數(shù)與上文焙燒溫度測(cè)試參數(shù)相同，將氧化后的樣品溶液分別經(jīng)過1.5小時(shí)、2.5小時(shí)、3.5小時(shí)、4.5小時(shí)焙燒。

測(cè)試結(jié)果表明，氫氧化鋁原料種子中氫氧化鋁的浸出率和回收率會(huì)隨著焙燒時(shí)間的增加而增加，當(dāng)焙燒時(shí)間大于2.5小時(shí)后，氫氧化鋁的浸出率和回收率呈下降趨勢(shì)，也就是說焙燒時(shí)間對(duì)于氫氧化鋁的浸出率和回收率影響較小，焙燒溫度才是關(guān)鍵因素，所以確定礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)中氫氧化鋁原料種子焙燒時(shí)間為2.5小時(shí)，焙燒溫度為700℃，其具體焙燒過程如下圖所示。

圖1 氫氧化鋁原料焙燒流程圖

首先將氫氧化鋁種子內(nèi)加入生石灰、氫氧化鈉、硅酸鈉、丁基黃藥四種試劑，利用數(shù)顯增力電動(dòng)攪拌機(jī)，將氫氧化鋁種子與試劑進(jìn)行攪拌和融合，然后等到5.5min后使氫氧化鋁種子溶液被試劑充分氧化，最后將氧化后的氫氧化鋁種子放入箱式電阻爐中進(jìn)行焙燒，焙燒時(shí)間與焙燒溫度按照上文測(cè)試中數(shù)值，以此完成原料種子焙燒。

1.3 氫氧化鋁蒸發(fā)提取

焙燒完成之后對(duì)氫氧化鋁進(jìn)行蒸發(fā)提取，該過程使用到的設(shè)備主要為降膜蒸發(fā)器，降膜蒸發(fā)器的作用是將焙燒后的氫氧化鋁種子中含有的其它雜質(zhì)去除掉。在對(duì)氫氧化鋁原子進(jìn)行蒸發(fā)提取之前，需要將焙燒后的氫氧化鋁種子中加入精液1000ml，使其變成氫氧化鋁原液，然后將其放入到降膜蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)提取。降膜蒸發(fā)器由加熱蒸發(fā)室、循環(huán)管束、氣流通道以及制冷劑分配器四部分組成，氫氧化鋁原液經(jīng)循環(huán)管束將其傳送到加熱蒸發(fā)室的頂部，然后由制冷劑分配器分布制冷劑后，在重量的作用下使氫氧化鋁原液自上而下流動(dòng)，氫氧化鋁原液在加熱狀態(tài)下變成蒸汽，最后蒸汽經(jīng)過氣流通道流出體外。管式降膜蒸發(fā)器在對(duì)氫氧化鋁原液雜質(zhì)進(jìn)行過濾之前，首先將蒸發(fā)器的循環(huán)管束采用叉排的方式進(jìn)行排列，并且降膜區(qū)的管束采用轉(zhuǎn)45°三角形排列，滿液區(qū)的管束采用矩形排列，這種排列方式可以降低滿液區(qū)的位置，以此減少制冷劑的使用量，降低管式降膜蒸發(fā)器的萃取成本。此外，管束與管束之間的距離在條件允許的范圍內(nèi)進(jìn)行小，通常情況下在0.15m～0.18m之間，這樣可以取得良好的換熱效果。將管式降膜蒸發(fā)器萃取得到的氫氧化鋁溶液在200℃條件下進(jìn)行烘干，從而形成氫氧化鋁，以此完成礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

實(shí)驗(yàn)以某氫氧化鋁礦產(chǎn)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在該礦產(chǎn)中選取10kg氫氧化鋁原料，該原料中含有0.017%二氧化硫，0.016%四氧化三鐵，97.52%氫氧化鋁，將其平均分成五份，利用此次設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法對(duì)該氫氧化鋁礦產(chǎn)原料進(jìn)行開發(fā)。實(shí)驗(yàn)按照上述流程對(duì)氫氧化鋁進(jìn)行開發(fā)，實(shí)驗(yàn)利用測(cè)量?jī)x器測(cè)試出兩種方法對(duì)五個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本的加工成果，即每種方法加工后氫氧化鋁的開發(fā)量，根據(jù)實(shí)際值計(jì)算出兩種方法的原料利用率，將其作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)兩種工藝方法進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表1 兩種方法原料利用率對(duì)比（%）

從上表可以看出，此次設(shè)計(jì)方法對(duì)氫氧化鋁原料利用率基本在99%以上，而傳統(tǒng)方法平均利用率僅為62.48%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)方法，因此實(shí)驗(yàn)證明設(shè)計(jì)方法更適用于礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)工藝方法進(jìn)行了研究，在傳統(tǒng)方法基礎(chǔ)上針對(duì)氫氧化鋁利用率較低的問題，提出了一種新的氫氧化鋁開發(fā)工藝?yán)碚?，并且利用?shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該開發(fā)工藝?yán)碚摼哂辛己玫倪m用性和可靠性，此次研究對(duì)氫氧化鋁開發(fā)工藝具有一定的借鑒意義。此次研究在內(nèi)容方面存在不足之處，氫氧化鋁開發(fā)加工工藝仍需要進(jìn)一步精練，今后在氫氧化鋁高端產(chǎn)品的研發(fā)以及開發(fā)工藝創(chuàng)新和優(yōu)化方法有待進(jìn)一步研究。