[发明专利]在两种状态引入晶种以生产大颗粒氧化铝的工艺

说明书

本发明涉及从用碱和铝土矿反应的拜耳法（Bayer）生产的碱金属铝酸盐的过饱和溶液，用在两种状态引入晶种的方法使氢氧化铝沉淀，高效率地生产大颗粒氧化铝的工艺所产小于45微米的氧化铝颗粒不超过10%。

在专门文献中广泛叙述的拜耳（Baycy）过程是生产氧化铝的基本过程，氧化铝可由熔融电解法变成铝。在拜耳过程中，利用氢氧化钠溶液在加热条件下处理铝土矿，并由此引起氧化铝溶解并且生成铝酸钠过饱和溶液。未反应的矿渣构成的固相红泥分离之后，用以后称为“晶种”的氢氧化铝在铝酸钠过饱和溶液中普遍播种晶，从而引起氢氧化铝（Al（OH）₃）沉淀。

用碱和铝土矿反应的拜耳法生产氢氧化铝，在工业上有若干变异方法，通常分为两大类，一类被称为欧式法，另一类是美式法。

在欧式法中，是在分解有很高浓度的苛性Na₂O的铝酸钠溶液的操作过程中实现氢氧化铝的沉淀;在每升被分解的铝酸钠溶液中有130～170克的Na₂O。在要分解的铝酸钠溶液中，苛性Na₂O的浓度的表示法是以克/每升的形式表示Na₂O的总量，即包括铝酸钠的形式也包括氢氧化钠的形式。

按照这样的工艺，作为晶种，大约350克/升～600克/升的氢氧化铝的悬浮量引到要分解的铝酸钠溶液中，溶液进行分解的温度不超过55℃。此方法能高效率地生产氧化铝，每升铝酸钠溶液中可获得80克氧化铝。但是按此方法生成的氢氧化铝一般是细颗粒，目前认为经焙烧所得到的氧化铝的性质对电解有妨碍，因为它产生粉末。

在美式法中，用分解低苛性Na₂O浓度的铝酸钠水溶液实现氢氧化铝的沉淀，每升要分解的铝酸钠溶液中不超过110克的Na₂O。一定数量的氢氧化铝作为晶种引入铝酸钠溶液中，所用数量少于欧式法大约每升被分解的铝酸盐溶液中含100～200克;比较起来美式法分解时的温度较高，例如70℃。所有这些操作条件的应用，使得用美式法生产的氢氧化铝的颗粒尺寸比用欧式法生产的颗粒尺寸大;并且生成的大颗粒，经分类焙烧后所得到的氧化铝属于“粗砂”状态，其颗粒尺寸能满足用熔融电解法生产铝的需要。但由于相反效果，上述美式操作条件使得产量比欧式法降低很多，生产粗砂状态氧化铝时，一般在每升铝酸盐溶液中获得50克左右的Al₂O₃。曾试图用降低分解温度和在被分解的铝酸钠溶液中投入更多数量的Al（OH）₃作为晶种方法来增加生产效率，其结果不再产生粗砂状氧化铝颗粒，而得到较小颗粒的氧化铝。

这方面的大量文献证实，长期以来已经根据欧式法和美式法进行了许多努力，试图得到一种生产大颗粒尺寸氢氧化铝的工艺，同时保持欧式法的高生产效率。

先前发表的工艺中，一些属于在分解的开始就投入全部晶种，实例是美国专利3607113号，和3649184号以及我们的专利申请FR-A-2529877号，但大多数工艺是分二次引入晶种，即在分解的开始使用少部分晶种，而余下的部分晶种在约6～24小时内添加。本发明属于在两种状态引入晶种类型的工艺。

首次提出在两种状态引入晶种方法的是美国专利USA-2657978号，其目的是使大颗粒氢氧化铝的产率提高，其过程包括分两次引进氢氧化铝作为晶种，第一次引进恰当数量的晶种以满足生产大颗粒晶体的需要，而第二次引进不同量的新晶种。但此方法的结果，只是稍微提高了产率，因此在工业生产上并不十分理想。

另一个在两种状态引入晶种的方法（FR-A-2440916）提供了铝酸钠饱和溶液的两阶段分解：第一阶段分解过程包括在铝酸钠溶液中引入控制量的悬浮细晶种，这种状态在77℃～66℃的温度下发生。然后，在第二分解阶段，在经冷却的第一阶段分解生成的悬浮液中引入足够量的大颗粒晶种，以此种方法在要分解的溶液中，两种状态引入的氢氧化铝晶种的总量至少为130克/升，最多为400克/升。

要求提高生产率的改进的本质部分与分解过程完全无关，这已被分解更高饱和度溶液的结果所证明。事实上，用上述方法不能要求达到利用欧式法分解的生产率，其原因是：根据上述专利给出的例子，所用晶种的数量实际上较低，与欧式法至少需要600克/升和FR-A-2529877号专利申请需用2000克/升相比，它少于每升溶液400克。另外，分解容器含有的氧化铝包含有较大比率的大颗粒，从而构成的晶种的比表面积较低。