[发明专利]三段两种子种分分解工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种三段两种子种分分解工艺，用于氧化铝工业生产。

背景技术

工业氧化铝生产过程中，种分工序由于铝酸钠溶液分解速度慢，使该法生产中耗时最长的一个工序。铝酸钠溶液分解过程中一系列问题之所以难以解决，其根本原因是人们对过饱和铝酸钠溶液的结构性质及其分解机理缺乏本质性的认识。在氧化铝生产体系中，铝酸钠溶液特殊稳定性迥异于一般过饱和无机盐溶液，虽然经过上百年研究，积累了大量的实验数据，但由于铝酸钠溶液结构的复杂性和行为的特殊性，实际生产中铝酸钠溶液种分过程分解率一直远低于理论分解率。因此，铝酸钠溶液种分分解率的提高，以及砂状氧化铝的生产和提高种分工序的效率一直是铝酸钠溶液种分过程研究的重点。

实际上，影响铝酸钠溶液分解速度和分解率的因素很多，带来的影响也是多方面的、复杂的，并且因具体条件不同而不同。在实验室和工业试验阶段，各种强化方法分别针对分解过程的二次成核、晶体附聚和长大，以及铝酸钠溶液结构和分解动力学过程的影响，另外对种分过程参数优化、晶种活化、添加剂和超声波强化的研究，亦可提高铝酸钠溶溶液种分分解率，缩短分解时间，以利于得到电解铝所需的砂状氧化铝。对于铝酸钠溶液分解过程的研究目的是实现过程的“三高”，即高分解率、过程高效率和产品高品质。

工业上强化铝酸钠溶液种分过程，目前主要是致力于降低溶出液的苛性比；净化溶出液，去除其中的有机化合物杂质；合理组织分解流程和选择作业条件(主要是温度控制)。例如，郑州轻金属研究院氧化铝试验厂的生产实际，提出的提高种分分解率的有效途径是：降低精液苛性比值；采取初温65℃，经12h自然降温至60，再中间降温至55℃，再48h降温至43℃左右的二次降温分解制度；提高种子添加量为700-750g/l之间；适当提高分解原液浓度。上述方法可以在一定程度上有效地提高铝酸钠溶液种分的分解效率，但不能将分解率提高到预期的水平。

现阶段强化铝酸钠溶液种分的方法有：

1、活化晶种强化

活化晶种是因为众多研究发现，铝酸钠溶液的种分过程与晶种的性质密切相关；晶种表面的不同晶面有不同的生长速率，晶体的缺陷，棱角是晶种的活性点。因此，可以通过不同的活化晶种方法，使晶种表面的活性位增加，在不同程度上提高种分分解率。已研究过的活化晶种的方法主要有以下几种：

(1)热活化，如采用工业氢氧化铝焙烧窑窑灰做晶种；

(2)机械活化，即用球磨机的设备研磨工业晶种，使其表面化学键断裂，晶体缺陷增加而改变固体的热力学性质和参与化学反应的能力。

(3)用离子交换剂处理，得到具有较大比表面积和大量活性点的晶种；

(4)向铝酸钠溶液中添加诱发剂，分解制取活性晶种；

(5)铝酸钠溶液自发分解制取活性晶种；

(6)铝酸钠溶液冷冻法制取活性晶种；

(7)酸活化，用盐酸、硫酸等处理工业氢氧化铝以制取活性晶种。

以上方法各有弊端。多数方法，随着种分进行，警钟表面快速失活，而且活化晶种的处理方法往往操作困难，出路时间长，同时活化方法设备投资大，对产品的粒度及纯度有影响，难以在工业上实现。

2、添加剂强化

为了提高铝酸钠溶液的分解率和获得粒度比较粗的氢氧化铝产品，人们研究了各种添加剂对晶体附聚、长大的影响。添加剂可以是无机物，也可以是有机物。通过改变晶种表面润湿性或改变铝酸钠溶液的特性，可以使铝酸根离子在晶种表面的吸附标得更容易而达到强化分解的目的。

铝酸钠溶液添加铝盐(AlF₃，AlCl₃，Al₂(SO₄)₃，K₂SO₄Al₂(SO₄)₃24H₂O等)和铁盐，当添加量达到或超过溶液中氧化铝含量的1％时，可以促进铝酸钠溶液的分解过程，这是因为铝盐或铁盐的晶体与其相接触的铝酸钠溶液相互作用，是溶液变为中性，在中和过程中生成胶体氢氧化铝，这些胶体质点便成为加速其余部分铝酸钠溶液分解的结晶核心，从而强化铝酸钠溶液的分解过程。但析出的氢氧化铝粒度很小，过滤困难，难以在工业上应用，该方法可用来制造活性晶种。