一种高浓度铝酸钠溶液的制备方法 【技术领域】
本发明属轻金属冶金氧化铝生产领域，涉及一种高浓度铝酸钠溶液的制备方法。背景技术
我国铝土矿资源98％以上为一水硬铝石型铝土矿，具有氧化铝含量高、二氧化硅含量高、氧化铁含量低等特点，以中、低品位铝土矿为主。这使得烧结法在我国氧化铝工业中占有十分重要的地位，其产量约占我国氧化铝总产量的40％以上。烧结法湿法系统中氧化铝浓度低是导致传统烧结法生产氧化铝的设备产能和生产率低、生产效益差、产品缺乏竞争能力的关键因素。提高湿法系统中氧化铝浓度的关键是突破熟料的高浓度溶出与分离技术难点。
传统的熟料溶出与分离采用的是一段工艺(《氧化铝生产工艺学》第十三章第226-248页，杨重愚主编，冶金工业出版社出版)，即熟料溶出、分级后粗砂返回溶出、再固液分离(如图1)，或熟料溶出、分级后粗砂再单独溶出、两种溶出浆液合起来固液分离(如图2)。工艺参数是：调整液αk(Na2Ok/Al2O3分子比)1.6～1.7，Al2O360-80g/l；溶出温度80℃左右，溶出时间15min左右，在溶出浆液中加入相当干赤泥量0.005～0.03％的絮凝剂，沉降分离得到氧化铝浓度为90～120g/l，SiO2浓度为3～5g/l，αk1.2左右的粗液，熟料中氧化铝、氧化钠溶出率大于90％。在传统的溶出工艺制度下，虽然通过增加熟料加入量，可以达到溶出高浓度铝酸钠溶液的目的，但由于浆液固含太大、颗粒太细、溶液粘度大而无法快速进行固液分离，使得溶出过程二次反应加剧，进而会明显降低熟料中氧化铝、氧化钠的溶出率，最终不仅损失氧化铝和碱，而且也得不到高浓度的粗液。发明内容
本发明旨在既能解决熟料高浓度溶出，又能顺利而快速地实现溶出浆液固液分离这一技术难题，从而提高湿法系统中氧化铝浓度，达到大幅度提高产能，提高经济效益，增强烧结法生产氧化铝竞争力的目的。
无论是传统烧结法(包括混联法和纯烧结法)熟料，还是强化烧结法熟料，均为疏松多孔的结构，其中氧化铝和氧化钠易于溶出，而含硅物质则具有相对的稳定性。因此熟料粒度的粗细对其中氧化铝、氧化钠溶出率的影响不大，也就是说熟料在粒度较粗地情况下仍能很好地溶出。本发明利用熟料的这一特性，在传统的熟料溶出分离基础上，再进行第二段熟料溶出与分离，即采用两段熟料溶出与分离工艺。第一段熟料溶出与分离采用和传统熟料溶出与分离基本相同的工艺条件，分离后的溶液经调整，作为第二段溶出的调整液，分级后的粗砂可以返回第一段溶出，也可以送第二段和熟料一起溶出；第二段熟料溶出过程中控制湿磨粒度、固含量，使粒度较大的渣相在高浓度下也可通过沉降方式快速进行固液分离，从而可以获得高浓度粗液。
因此，本发明的技术方案是：
采用两段熟料溶出与分离工艺。为充分利用现有烧结法溶出与分离设备，第一段熟料溶出与分离工艺条件与传统烧结法的工艺条件基本相同，但熟料可以是混联法烧结系统中的熟料，也可以是纯烧结法熟料，还可以是强化烧结法熟料；溶出分级后的粗砂返回第一段溶出或送入二段熟料溶出，溶出浆液经沉降分离后所得溢流加入种分母液，配制成二段溶出的调整液。
由于各组份浓度高，第二段熟料溶出调整液αk应有合适的范围，这是因为调整液αk太低，经二段溶出后所得粗液会因αk过低，不稳定而导致水解损失氧化铝；调整液αk太高，因二次反应加剧而损失氧化铝和碱；另外，为保证浆液能快速分离，又确保熟料中氧化铝、氧化钠溶出率大于90％，经二段熟料溶出后粗液氧化铝浓度应控制在一定范围内，熟料溶出粒度也应控制。因此，第二段熟料溶出合适的工艺条件是：
a)调整液成份为αk1.6～1.9，Al2O3110～130g/l；
b)熟料溶出粒度控制在0.053～2.67mm间，熟料添加量控制在160～350g/l；
c)溶出温度80～90℃；
d)溶出时间10～90min。
溶出分级后的粗砂返回二段溶出，溶出浆液在80～100℃温度下沉降进行固液分离，10min沉速达1m/h左右，60min沉降后底流压缩液固比在4左右，上清液的浮游物浓度小于3g/l。沉降过程中80％以上的粗渣在1min以内沉降在沉降管底部。浆液中加入絮凝剂能降低上清液中浮游物的浓度。
控制调整液中Na2Oc浓度为10～30g/l，有利于抑制溶出过程中的二次反应，提高氧化铝的溶出率。
对于传统烧结法(包括混联法和纯烧结法)熟料，适宜的溶出时间为10-30min；对于强化烧结法熟料，适宜的溶出时间10～90min。
熟料溶出粒度控制在0.098～2.00mm之间，高浓度溶出液沉降分离效果好。
采用上述技术方案，熟料中氧化铝溶出率大于90％，氧化钠溶出率大于92％，得到的粗液中氧化铝浓度160～230g/l，SiO2浓度为5～10g/l，αk在1.2～1.45。与现有技术相比，本发明不仅能够制备出高浓度铝酸钠溶液，而且通过控制熟料粒度和加入量，使浆液在高浓度下能实现固液快速沉降分离，降低二次反应的程度，保证熟料中氧化铝、氧化钠的高溶出率，使粗液中氧化铝浓度由90～120g/l提高到160～230g/l，从而提高了烧结法湿法系统的产能一倍以上，相对降低了生产成本，提高了生产率。特别是随着我国铝土矿低品位化，为以烧结法处理我国铝土矿并提高其竞争力提供了重要的技术支撑。附图说明
图1传统烧结法熟料溶出与分离工艺流程示意图；
图2传统烧结法熟料溶出与分离另一种工艺流程示意图；
图3本发明工艺流程示意图；
图4本发明另一种工艺流程示意图。具体实施方式
实施例一
采用如图4所示的工艺流程，第一段熟料溶出与分离可在现有的生产设备中进行。以Al2O3含量为35％的熟料为原料，加入量为190g/l，调整液成份为：αk1.64，Al2O360.11g/l，溶出温度为85℃，溶出时间为10min，分级后粗砂返回一段溶出，熟料中氧化铝溶出率为92.12％，溶出液中Al2O3120.61g/l，Na2Ok93.78g/l，SiO22.61g/l；在90℃温度下进行沉降分离，其一不加絮凝剂，另一加入絮凝剂，絮凝剂的加入量为干赤泥量的十万分之五，10min沉速分别为1.128m/h和1.194m/h，60min底流压缩液固比分别为3.41和2.88。
将第一段溶出液沉降分离后所得溢流加入种分母液，配成二段溶出的调整液，其成分为Na2Ok 119.88g/l，Al2O3 115.88g/l，Na2Oc 15g/l，αk1.70；上述熟料加入量为190g/l，控制熟料溶出粒度在0.053～0.32mm之间，溶出温度为90℃，溶出时间为30min；溶出后分级，粗砂返回二段溶出；熟料中氧化铝溶出率为97.65％，氧化钠溶出率为94.37％，粗液中Al2O3 177.09g/l，Na2Ok 149.12g/l。得到的浆液在90℃温度下进行沉降，60min后底流压缩液固比为5.31，上清液浮游物浓度为3.50g/l，同时占总渣量79.01％的粗渣在1min以内沉降至沉降管(高度25cm)底部，其高度在60min内无明显变化。
实施例二
第一段溶出与分离工艺同实施例一。
第二段溶出时熟料加入量为280g/l，控制熟料溶出粒度为0.098～0.53mm，调整液成份为：Na2Ok 123.0g/l，Al2O3 111g/l，αk1.82，Na2Oc 20g/l，溶出温度80℃，溶出时间为30min，溶出后分级，粗砂返回二段溶出；熟料中氧化铝溶出率为91.85％，氧化钠溶出率为94.87％，粗液中Al2O3 197.17g/l，Na2Ok 171.98g/l，SiO27.68g/l。得到的浆液在90℃进行沉降，10min沉降速度为1.158m/h，60min后压缩液固比为3.62。
实施例三
第一段溶出与分离工艺同实施例一。
第二段溶出时熟料加入量为250g/l，控制熟料溶出粒度为0.32～1.92mm，调整液成份为：Na2Ok 119.88g/l，Al2O3 115.88g/l，Na2Oc 24g/l，αk1.70，溶出温度90℃，溶出时间60min，溶出后分级，粗砂返回二段溶出；熟料中氧化铝溶出率为91.37％，氧化钠溶出率为95.17％，粗液中Al2O3 195.05g/l，Na2Ok 166.66g/l。得到的浆液在100℃温度下进行沉降，60min后底流压缩液固比为3.78，上清液浮游物浓度为1.70g/l，同时占总渣量82.01％的粗渣在1min以内沉降至沉降管(高度25cm)底部，其高度在60min内无明显变化。
实施例四
第一段溶出与分离工艺同实施例一。
第二段溶出时熟料加入量为320g/l，控制熟料溶出粒度为0.15～2.72mm，调整液成份为：Na2Ok 131.0g/l，Al2O3 122.54g/l，Na2Oc 15g/l，αk1.75，溶出温度85℃，溶出时间60min，溶出后分级，粗砂返回二段溶出；熟料中氧化铝溶出率为94.16％，氧化钠溶出率为93.78％，粗液中Al2O3 222.33g/l，Na2Ok 193.78g/l，SiO2 3.56g/l。得到的浆液在90℃温度下进行沉降，60min后底流压缩液固比为4.21，上清液浮游物浓度为1.90g/l，同时占总渣量84.16％的粗渣在1min以内沉降至沉降管(高度25cm)底部，其高度在60min内无明显变化。