一种砂状氧化铝的制备方法.pdf

本发明涉及一种砂状氧化铝的制备方法，包括：按甲醇与水的体积比为1∶0.1-1∶1来配制甲醇与水的混合溶剂；按照氧化钠与氧化铝的摩尔比为1.3-2.0称料溶解于水中，配制得含有氧化钠浓度80-230g/L、氧化铝浓度70-240g/L、分子比1.3-2.0的铝酸钠溶液；将甲醇与水的混合溶剂往铝酸钠溶液中滴加，且该滴加过程置于密闭的、30-75℃的恒温水浴中进行，搅拌反应3-24小时后得到析出氢氧化铝的悬浮液；对反应后的悬浮液进行液固分离，得到的固相采用70-100℃的热水洗涤至少一次，并于80-100℃干燥，得到氢氧化铝产品；氢氧化铝经焙烧即得到砂状氧化铝。采用本发明方法，反应时间较传统种子分解方法大大缩短，还不需添加氢氧化铝晶种，分解率能提高20％以上，分解母液循环效率大大提高；产品粒度-45μm＜12％。

1.  一种砂状氧化铝的制备方法，包括以下步骤：
1)首先配制甲醇与水的混合溶剂：按甲醇与水的体积比为1∶0.1-1∶1；
2)取含有氧化钠浓度80-230g/L、氧化铝浓度70-240g/L、氧化钠与氧化铝摩尔比为1.3-2.0的铝酸钠溶液；
3)将步骤1)配制的甲醇与水的混合溶剂与步骤2)的铝酸钠溶液，按照铝酸钠溶液与甲醇与水的混合溶剂的体积比为1∶0.5-1∶2.5配料，将所述的甲醇与水的混合溶剂往铝酸钠溶液中滴加，直至甲醇与水的混合溶剂滴加完为止；
该滴加过程置于密闭的恒温水浴中进行，在常压下温度保持在30-75℃，并且搅拌反应3-24小时，得到析出氢氧化铝的悬浮液；
4)对步骤3)得到的悬浮液进行液固分离，固相用70-100℃热水洗涤至少一次，并置于80-100℃干燥，得到砂状氢氧化铝产品，液相进行分馏，分离出甲醇；
5)将步骤4)得到的氢氧化铝进行煅烧，其中煅烧的温度为950-1100℃，时间2小时，即得到砂状氧化铝产品。

2.  按权利要求1所述的砂状氧化铝的制备方法，其特征在于，所述的铝酸钠溶液的配制：按照氧化钠与氧化铝的摩尔比为1.3-2.0，称取氢氧化钠和氢氧化铝溶解于水中，直至溶液清澈后过滤两次，即得铝酸钠溶液。

3.  按权利要求1所述的砂状氧化铝的制备方法，其特征在于，所述的甲醇与水的混合溶剂往铝酸钠溶液中滴加速度为60.0mL/h-420.0mL/h。

4.  按权利要求1所述的砂状氧化铝的制备方法，其特征在于，所述的原料纯度为工业级以上。

一种砂状氧化铝的制备方法
技术领域
本发明涉及一种砂状氧化铝的制备方法，具体地说是涉及一种从与工业铝酸钠精液成分类似的铝酸钠溶液中制备砂状氧化铝的方法。
背景技术
氧化铝是电解铝的主要生产原料，全球氧化铝产量90％左右用于生产电解铝。氧化铝工业作为铝工业的上游基础原材料工业，对国民经济的发展有着重要作用。
拜耳法是氧化铝工业生产的主要方法，相关内容详见《氧化铝生产工艺》(毕诗文主编)，全球90％以上的氧化铝都采用拜耳法生产。经百余年的发展，氧化铝生产的工艺已取得了长足进展和极大程度的改进、完善。但在拜耳法氧化铝生产流程中，铝酸钠溶液晶种分解过程因存在分解率低、分解速度慢、分解流程冗长、大量物料堆积、产品粒度难于控制等一系列问题，而成为氧化铝生产的技术“瓶颈”。为此，众多研究者对强化方法也做了大量的研究工作，主要是物理外场(如磁场和超声波)方法强化、活化晶种方法强化、添加无机和有机添加剂强化等，但由于以上强化方法均未能改变铝酸钠溶液晶种分解的本质机理，分解平衡仍然受到溶解平衡的热力学限制，效果不甚明显。
发明内容
本发明的目的是针对现有的拜耳法氧化铝生产流程中，铝酸钠溶液晶种分解过程因存在分解率低、分解速度慢、分解流程冗长、大量物料堆积、产品粒度难于控制所存在的问题，从而提供一种在控制反应条件下，往铝酸钠溶液中滴加甲醇与水的混合溶剂，利用甲醇促进铝酸钠溶液的分解，快速得到氢氧化铝的作用，而无需添加晶种的制备砂状氧化铝的方法，该方法反应时间短、分解率高；同时还避免了碳分法得到的氧化铝产品粒度细、强度低的缺陷。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供的砂状氧化铝的制备方法，包括如下步骤：
1)首先配制甲醇与水的混合溶剂：按甲醇与水的体积比为1∶0.1-1∶1混合；
2)取含有氧化钠浓度80-230g/L、氧化铝浓度70-240g/L、氧化钠与氧化铝摩尔比为1.3-2.0的铝酸钠溶液；
3)将步骤1)配制的甲醇与水的混合溶剂与步骤2)的铝酸钠溶液，按照铝酸钠溶液与甲醇与水的混合溶剂的体积比为1∶0.5-1∶2.5配料，将所述的甲醇与水的混合溶剂往铝酸钠溶液中滴加，直至甲醇与水的混合溶剂滴加完为止；
该滴加过程置于密闭的恒温水浴中进行，在常压下温度保持在30-75℃，并且搅拌反应3-24小时，得到析出氢氧化铝的悬浮液；
4)对步骤3)得到的悬浮液进行液固分离，固相用70-100℃热水洗涤至少一次，并置于80-100℃干燥，得到氢氧化铝产品，液相进行分馏，分离出甲醇循环利用；
5)将步骤4)得到的氢氧化铝进行煅烧，其中煅烧的温度为950-1100℃，时间2小时，即得到砂状氧化铝产品。
在上述的技术方案中，所述的铝酸钠溶液的配制：按照氧化钠与氧化铝的摩尔比为1.3-2.0，称取氢氧化钠和氢氧化铝溶解于水中，直至溶液清澈后过滤两次，即得铝酸钠溶液。
在上述的技术方案中，所述的甲醇与水的混合溶剂往铝酸钠溶液滴加速度为60.0mL/h-420.0mL/h。
在上述的技术方案中，所述的原料纯度为工业级以上即可。
本发明的优点在于：
本发明的制备砂状氧化铝的方法，不同于传统的晶种分解，体系从原来的三元变为现在的四元体系。虽有美国专利US4900537涉及一种往铝酸钠溶液中添加纯甲醇的方法，但是其醇用量远远小于本方法中的用量，且同时还需要添加大量晶种，该方法添加甲醇的目的在于改变晶型。本发明的方法又不同于中国科学院过程工程研究所探索出来的方法(王雪，郑诗礼，张懿.甲醇溶析铝酸钠制备氢氧化铝.过程工程学报，2008，8：72-77.)，由于其添加大量的纯甲醇，造成体系性质的急剧变化，得到的是片状的、不规则的氢氧化铝晶体，远不符合电解铝生产要求的砂状氧化铝的物性指标。本发明砂状氧化铝的制备方法中，外加溶剂是以醇-水混合溶剂的方式添加，不仅充分利用了醇对铝酸钠溶液体系中的碱溶解、而铝不被溶解的特性，同时通过调节醇-水的配比和滴加速度来调控其对体系的过饱和度和过饱和溶液稳定性的影响，从而控制合适的析晶速度(比添加纯甲醇析出慢，但比晶种分解方法迅速得多)，从而得到大颗粒、流动性能好的氢氧化铝产品，煅烧后可获得质量良好的砂状氧化铝，该砂状氧化铝符合电解铝生产所要求的物性指标。
利用本发明的制备砂状氧化铝的方法，可实现拜尔法种分精液高效快速分解，时间可缩短为晶种分解方法的1/3，甚者更短；同时可以不往体系中添加晶种，极大提高了铝的利用效率，还节约了成本；分解率较晶种分解方法能提高20％以上，从而大大提高设备产能，同时分解母液循环效率大大提高；产品粒度-45μm＜12％；且甲醇沸点低，易于分离。本发明的制备砂状氧化铝的方法工艺简单、调控有效。
并且本发明的制备砂状氧化铝的方法还可实现甲醇的再利用，既利于保护环境，又可以节约了成本。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
图1是本发明实施例2制备的氢氧化铝的SEM图片；
图2是本发明实施例2制备的氢氧化铝的SEM放大图片；
图3是本发明实施例3制备的氢氧化铝煅烧得到的砂状氧化铝的SEM图片；
图4是本发明实施例3制备的氢氧化铝煅烧得到的砂状氧化铝的SEM放大图片。
具体实施方式
实施例1
取本实施例配制的铝酸钠溶液(称取21.94g氢氧化钠和32.12g氢氧化铝，置于聚四氟乙烯瓶中于120度溶解于100mL水中，待溶液清澈后过滤两次即得)75mL，其成分为Na₂O浓度170.6g/L、Al₂O₃浓度209.5g/L、Na₂O与Al₂O₃摩尔比(分子比)1.34；
再配制甲醇与水的混合溶剂，按照甲醇与水的体积比为1∶0.1，取配好的甲醇与水的混合溶剂150mL；
然后将上述甲醇与水的混合溶剂以60mL/min的速度向铝酸钠溶液中滴加，其中铝酸钠溶液与甲醇与水的混合溶剂的体积比为1∶2.0，直至甲醇与水的混合溶剂滴加完为止；上述甲醇与水的混合溶剂的滴加过程在75℃的恒温水浴中进行，常压密闭搅拌反应，9小时后停止；并缓慢析出氢氧化铝的悬浮液；将得到的悬浮液进行液固分离，分离出氢氧化铝固相和母液；母液中Na₂O浓度为65.8g/L，Al₂O₃浓度18.6g/L，分子比为5.81，液相再进行分馏，还分离出甲醇；固相用80℃热水洗涤一次，并置于90℃干燥，得氢氧化铝产品，并于950℃煅烧2小时即得到砂状氧化铝。本实施例铝酸钠溶液的分解率为76.93％，得到的砂状氧化铝主要指标粒度-45μm＝8.74％。
其中本实施例中的原料均采用化学纯的。
本实施例的液相经分馏，分离出甲醇后，甲醇可以经过后续处理再利用。
以下实施例的制备步骤同实施例1，区别仅在于具体配比和条件不同，不再一一详述。
实施例2
向Na₂O浓度为171.3g/L、Al₂O₃浓度为183.0g/L、分子比为1.54的铝酸钠溶液中以300.0mL/min的速度滴加甲醇与水的混合溶剂(V_甲醇∶V_水＝1∶0.5)，铝酸钠溶液与混合溶剂的体积比为1∶1；将上述过程在55℃恒温水浴中常压密闭搅拌反应进行，12小时后停止；将反应后的悬浮液进行液固分离，得到氢氧化铝固相和母液；母液中Na₂O浓度为92.33g/L，Al₂O₃浓度27.12g/L，分子比为5.60，液相进行分馏，分离出甲醇；固相用70℃热水洗涤两次，并置于90℃干燥，得氢氧化铝产品，1000℃煅烧2小时即得到砂状氧化铝。本实施例铝酸钠溶液的分解率为72.51％，得到的砂状氧化铝主要指标粒度-45μm＝6.62％，氢氧化铝产品形貌见附图1和附图2。其中本实施例中的原料均采用的分析纯的。
实施例3
向Na₂O浓度为87.3g/L、Al₂O₃浓度为72.2g/L、分子比为1.99的铝酸钠溶液中以420.0mL/min的速度滴加甲醇与水的混合溶剂(V_甲醇∶V_水＝1∶0.8)，铝酸钠溶液与混合溶剂的体积比为1∶2.5；将上述过程在60℃恒温水浴中常压密闭搅拌反应18小时；将反应后的悬浮液进行液固分离，得到氢氧化铝固相和母液；母液中Na₂O浓度为28.3g/L，Al₂O₃浓度4.5g/L，分子比为10.35；固相用85℃热水洗涤一次，并置于80℃干燥，得氢氧化铝产品，1100℃煅烧2小时即得到砂状氧化铝。本实施例铝酸钠溶液的分解率为80.68％，得到的砂状氧化铝主要指标粒度-45μm＝5.51％，煅烧后的产品形貌见附图3和附图4。其中本实施例中的原料均采用的工业纯的。
实施例4
向Na₂O浓度为153.9g/L、Al₂O₃浓度为142.2g/L、分子比为1.78的铝酸钠溶液中以240.0mL/min的速度滴加甲醇与水的混合溶剂(V_甲醇∶V_水＝1∶0.3)，铝酸钠溶液与混合溶剂的体积比为1∶0.75；将上述过程在45℃恒温水浴中常压密闭搅拌反应6小时；将反应后的混合液进行液固分离，得到氢氧化铝固相和母液；母液中Na₂O浓度为82.65g/L，Al₂O₃浓度25.65g/L，分子比为5.30，液相进行分馏，分离出甲醇；固相用90℃热水洗涤一次，并置于80℃干燥，得氢氧化铝产品，于1000℃下煅烧2小时即得到砂状氧化铝。本实施例铝酸钠溶液的分解率为66.84％，得到的砂状氧化铝主要指标粒度-45μm＝9.47％。其中本实施例中的原料均采用的工业纯的。
实施例5
向Na₂O浓度为229.6g/L、Al₂O₃浓度为240.6g/L、分子比为1.57的铝酸钠溶液中以120.0mL/min的速度滴加甲醇与水的混合溶剂(V_甲醇∶V_水＝1∶1)，铝酸钠溶液与混合溶剂的体积比为1∶1；将上述过程在40℃恒温水浴中常压密闭搅拌反应24小时；将反应后的混合液进行液固分离；得到的母液中Na₂O浓度为83.28g/L，Al₂O₃浓度30.88g/L，分子比为4.44；固相用80℃热水洗涤一次，并置于80℃干燥，得氢氧化铝产品，1100℃煅烧2小时即得到砂状氧化铝。本实施例铝酸钠溶液的分解率为64.64％，得到的砂状氧化铝主要指标粒度-45μm＝6.53％。其中本实施例中的原料均采用的分析纯的。
实施例6
向Na₂O浓度为102.4g/L、Al₂O₃浓度为110.1g/L、分子比为1.53的铝酸钠溶液中以180.0mL/min的速度滴加甲醇与水的混合溶剂(V_甲醇∶V_水＝1∶0.45)，铝酸钠溶液与混合溶剂的体积比为1∶0.5；将上述过程在30℃恒温水浴中常压密闭搅拌反应3小时；将反应后的混合液进行液固分离；得到的母液中Na₂O浓度为83.53g/L，Al₂O₃浓度28.39g/L，分子比为4.84；固相用85℃热水洗涤一次，并置于90℃干燥，得氢氧化铝产品，950℃煅烧2小时即得到砂状氧化铝。本实施例铝酸钠溶液的分解率为68.31％，得到的砂状氧化铝主要指标粒度-45μm＝11.47％。其中本实施例中的原料均采用的化学纯的。