专利名称：氢氧化铝的制备方法
技术领域：
本发明属于氢氧化铝的制备方法。
所称的氢氧化铝是制备另一重要产品-氧化铝的主要原料。
氧化铝本身的主要用途有电解法制铝，生产金刚砂，制造隔热材料和耐火材料，也可以在化学工业生产中作为催化剂。
此外，氧化铝还广泛应用于电解铝过程中气体的干法净化。在这种情况下，对于氧化铝规定了许多苛刻的要求，具体说，就是对于氧化铝粒度的组成规定了一系列严格的要求。
必须指出，鉴于调节控制氧化铝粒度的组成主要是在制备氢氧化铝的阶段，所以，氢氧化铝的制备工艺应当能够保证生产出来的产品在网目上是同一规格的，其中小于40微米的颗粒的含量应当低于总量的8-10%。符合上述要求的氢氧化铝，经过脱水之后转变为氧化铝，这种氢氧化铝具有许多特殊的性质，即晶体具有极大的表面，同时粉尘的含量也很低。
在电解过程中，电解槽废气中所含的氟化物，都被氧化铝的极大的表面所吸附。结果既减少了贵重组分的损失，又改善了生态环境。
生产氢氧化铝的原料有铝土矿及其他多种矿物(霞石，明矾石等)，它们在世界范围内的储量都相当丰富。这就为发展以湿法生产氢氧化铝和氧化铝的方法创造了前提条件。
通常制备氢氧化铝的方法的基础是在有氢氧化铝晶种的条件下，使其从铝酸盐的溶液中结晶出来。为了提高结晶的速度，须将盛在依次相连的槽内的铝酸盐溶液与氢氧化铝晶种的混合物不断地进行搅拌，并逐渐地冷却到指定的温度。析出的氢氧化铝沉淀在晶种的表面上，从而保证晶体不断生长。
然而，在一定的条件下(如铝酸盐溶液高度的过饱和，以及急剧地降低过饱和溶液的温度)，结晶中心(即晶核)会大量集中地形成。这些结晶中心具有很大的表面，从溶液中析出来的氢氧化铝，全部都沉淀在结晶中心的表面之上。这种情况正是造成商品中细颗粒组份含量高的原因〔В.А.阿丽尼娜(АриНиНа)等人1970年编著的《有色金属冶金工作者手册》(СправочникМеталлургапоЦветпымМеталлам)中“铝矾土的生产”一节的内容〕。
有一种方法(苏联专利A，301991)是改进氢氧化铝结晶过程的途径之一，根据这个方法，结晶过程的强化是通过往铝酸盐的溶液中周期地引入氢氧化铝的活性晶体而完成的。此晶体预先须用铝酸盐溶液在逐渐降温(自65℃降至40℃)的条件下制成。必须指出，氢氧化铝的活性晶体，可以采用任一种已知方法制备，例如可利用不加晶种而直接从铝酸盐溶液中结晶的办法制备。但是，由于往过程里加入的是氢氧化铝晶体的细颗粒组分，所以本方法并不能解决如何使所制氢氧化铝粒度粗化的问题。
在这方面，值得注意的一种制备氢氧化铝的方法是将铝酸盐溶液与氢氧化铝晶种在一定的温度(60℃左右)下，在通用的搅拌器内进行混合。将制得的晶种悬浮液放入分解器组中的第1只分解器内，与另一份铝酸盐溶液在55-60℃的温度下进行混合。每只容积为3000-3500米3的分解器，彼此连结成一排。当悬浮液依次通过各个分解器时，悬浮液的温度下降到50-45℃，于是加快了结晶过程的速度。从分解器组里出来之后，悬浮液在若干水分离器中完成分类工序。位于水分离器下部的产物是商品，而从分离器的上部流出来的产物，经过浓缩、过滤，并分掉母液之后，再与一部分铝酸盐溶液混合，过程循环重复进行。经过浓缩和过滤的母液，放入一排蒸发锅内进入蒸发阶段。这时，将母液的浓度提高，使所含苛化组分Na2O达到200-350克/升，这个浓度是制备氢氧化铝生产循环中对母液做进一步的加工处理时所必须达到的浓度〔А.И.莱涅尔(Лайнер)等人编著的《铝矾土的生产》(проиЗводство Г
ин唰┃支蕨眩 978年，莫斯科，冶金出版社，第62-64页〕。
上述方法依靠氢氧化铝晶体的分级，部分地解决了使所得氢氧化铝粒度粗化的问题，并使其粒度成分保持稳定。然而，当氢氧化铝晶种与铝酸盐溶液在温度为60℃左右的条件下相互混合的时候，由于有可能产生新的结晶中心，结果会使所得氢氧化铝颗粒的粗化度指标大大降低。氢氧化铝的产率为48-50%，而粒度在40微米以下的组分的含量为20-25%。
本发明的基本任务在于对氢氧化铝制备方法中的工艺参数进行选择，目的是使制备出来的商品氢氧化铝，既具有指定的粒度，又能达到相当可观的产率。
这项任务可以采用本发明中提出的制备氢氧化铝的方法来解决，此法的要点如下将铝酸盐溶液与作晶种的氢氧化铝，在较高的温度下进行混合，生成晶种悬浮液，再将其与铝酸盐溶液混合，生成悬浮液，将此悬浮液冷却到55-45℃，随后把生成的氢氧化铝与母液分开，再将母液蒸发，使其浓度达到含苛性组分Na2O为200-350千克/米3，根据发明内容，铝酸盐溶液与氢氧化铝晶种在60-85℃的温度区间内，按一定的数量进行混合，要求做到使晶种悬浮液的液相苛化模数等于1.7-2.0，而晶种悬浮液与铝酸盐溶液相混合的温度为60-80℃，物料的投入量应保证此时制得的悬浮液的液相苛化模数等于1.95-2.5。
众所周知，所谓苛化模数，是指铝酸盐溶液中，氧化钠浓度同氧化铝浓度的克分子比值。
由晶种悬浮液与铝酸盐溶液混合后而制得的悬浮液的液相苛化模数的下限(1.95)取决于这时必须保证氢氧化铝晶体的生长占主导地位，没有明显的晶核生成;苛化模数的上限(2.5)所制约的是，如果高于这个限度，氢氧化铝结晶过程的速度将会急剧下降。
悬浮液的液相苛化模数的上限和下限，以及作晶种的氢氧化铝与铝酸盐溶液混合时的温度范围这几项限制性的条件，保证了氢氧化铝细小晶体的生成量达到最少。上文已经指出，由作晶种用的氢氧化铝与铝酸盐溶液混合后得到的悬浮液的液相苛化模数的下限(1.7)，可以保证氢氧化铝晶体的生长，而没有明显的晶核生成，如果降低液相的苛化模数，使其小于上述的下限值，那么就会有大量的氢氧化铝的细小晶体生成，而这些细小的晶体在分解器组中停留的这段时间内不可能生长到40微米以上的粒度。这种情况就使成品氢氧化铝的粒度细化。
悬浮液的苛化模数的上限2.0所制约的是，如果高于这个限度，那么氢氧化铝从溶液里结晶析出的过程会减慢很多，也就是说延长了结晶过程持续的时间。
由晶种悬浮液与铝酸盐溶液混合而得到悬浮液的最佳温度范围为60-80℃。在这样的条件下，可以防止晶种悬浮液与铝酸盐溶液混合的瞬间有晶核产生。如果增加温度使之超过80℃，那么就会使氢氧化铝从铝酸盐溶液中离析出来的产率有所减少。若降低温度，使之低于60℃，那么又会有细颗粒的氢氧化铝生成，从而使氢氧化铝的质量变差。保证分解器内悬浮液的液相苛化模数维持在1.95-2.5的水平上，同时温度维持在60-80℃，这对晶种悬浮液的制备工作(即将氢氧化铝晶体与铝酸盐溶液相混合)有着极其重要的意义。因此，为了保证晶种悬浮液的液相苛化模数等于1.7-2.0，同时还要防止此时会有氢氧化铝细小颗粒的形成，温度必须保持在60-85℃的范围内。
浓缩母液浓度的下限，使氢氧化铝从原料中溶出速度受到限制。浓缩母液的浓度若不足200千克/米3，则使氢氧化铝的溶解时间大大增加，结果降低了设备的生产能力。可是，如果提高母液的浓度，使之超过350千克/米3，那么将会在蒸发水份的过程中造成大量的能耗，使得氢氧化铝的生产在经济上十分不利。
为了提高氢氧化铝的产率，建议用次氯酸钙或者次氯酸钠，对浓缩母液进行处理，试剂的用量按每1米3浓缩母液加2-20千克计算。在处理过程中，母液里所含的有机杂质，将转变为不活泼的形式。
在选择次氯酸钙或者次氯酸钠用量的下限时，应考虑它们将有机杂质氧化时的利用率。如果减少次氯酸盐的用量，使之低于上述的下限量时，则会使母液的提纯度大大降低。用量的上限则取决于将有机杂质氧化所需的最合理的试剂耗量。
此外，如雅ㄋ跄敢旱呐ǘ冉档偷 00千克/米3以下，则次氯酸钙或者次氯酸钠的利用率会大为降低。浓度的上限主要是根据以下考虑选择确定的当提高浓度，即Na2O的含量由350克/升增加到400克/升时，次氯酸盐的利用率实际上不再提高，而由于蒸发溶液时需要多消耗一部分热能，所以，提高浓度，即苛性成份Na2O的含量超过350克/升，在经济上是不合算的。
本法可以制得粗粒度的氢氧化铝，将其做进一步的加工后，便可保证生产出合格的氧化铝，其中所含粒度小于40微米的颗粒低于10%，并适用于电解过程气体的干法净化。
此外，由于本方法可降低铝酸盐溶液中有机杂质积累的水平，从而使氢氧化铝的产率有所提高。使用本方法制造氢氧化铝其产率可达50-52%。
本方法在工艺流程上可以实现结晶过程的高速度和连续化生产，从而强化了工艺过程，制造出高质量的产品。
氢氧化铝的制备方法在工艺操作上十分简单，具体做法如下。
在60-85℃的温度下，将铝酸盐溶液与晶种氢氧化铝相混合，将得到的液相苛化模数等于1.7-2.0的晶种悬浮液在60-80℃的温度下，与另一部分铝酸盐溶液混合，物料用量应保证混合物的苛化模数等于1.95-2.5。
将制得的悬浮液置于反应器(分解器)内不停地进行搅拌，并沿着输送管道依次地由一个反应器输送到另一个反应器里。为了强化氢氧化铝的结晶过程，须将分解器内的悬浮液逐渐冷却到55-45℃。悬浮液在依次相连的分解器组内停留的平均时间为50-75小时。
在结晶过程中，溶解在铝酸盐溶液中的氢氧化铝将沉淀在晶种悬浮液的晶体表面之上。此时，由于各个工艺参数都采用最佳数值，析出的氢氧化铝的主要部分都被晶种的生长所耗用，只有极少的一部分氢氧化铝构成新的结晶中心(晶核)。
从分解器组的最末一个分解器里出来的、温度为55-45℃的悬浮液，每升含有氢氧化铝的晶体500-800克，然后放入设备(水分离器)里进行分级。从水分离器锥底处收集到的下层产物，便是商品氢氧化铝。它是一种悬浮液，其中所含颗粒小于40微米的晶体占悬浮液总量的8-10%，固相的浓度为每升500-800克。在真空过滤器中进行过滤和洗涤之后，将液相含量为总量10-12%的、而溶质组份含量为最低值的氢氧化铝晶体，送入脱水炉(煅烧炉)。经过这一步处理之后，由脱水炉卸出商品氧化铝(三氧化二铝)，其中α-型氧化铝的含量达到25-30%。
从水分离器里流出来的是一种悬浮液，其中颗粒小于40微米的氢氧化铝晶体占悬浮液总量的20-30%，而固相的浓度为每升100-200克。将此悬浮液送入沉淀槽内，以便使悬浮液与母液分开。
将母液送入多排蒸发器组里进行蒸发，在这里，母液的浓度提高到含苛性组份Na2O200-350千克/米3。制得的溶液可用于制备氢氧化铝的生产循环中，即将其用于加工处理铝土矿，以制备生产氢氧化铝的初级产品。
沉淀槽下部的产物是氢氧化铝的悬浮液，其中固相含量为600-800克/升。将此产物送入真空过滤器内进行过滤。由真空过滤器得到的滤液与母液合并，而氢氧化铝晶体(其中液相含量占总量的13-16%)则与铝酸盐溶液在85℃的温度下混合，生成晶种悬浮液。
如果用次氯酸钠或次氯酸钙对浓缩母液进行处理，则先将母液放入搅拌器中，再往里加入必要量的次氯酸盐。将此混合物搅拌30分钟。
为了更好地了解本发明的内容，兹举出具体实例如下实例1将苛化模数为1.67、含Na2O为126.0克/升、Al2O3为124.0克/升的铝酸盐溶液，放入装有加热元件和温度计的通用搅拌器内，与经过分级的晶种氢氧化铝相混合。投入铝酸盐溶液和氢氧化钠晶种的数量，要在温度为60℃和持续时间为40分钟的条件下，保证晶种悬浮液的液相苛化模数等于1.8。在装有机械的或气动的搅拌装置、致冷元件和温度计的分解器内，将制得的晶种悬浮液与70℃的铝酸盐溶液相混合。这时，嗷セ旌系淖榉莸氖浚ΡＶせ旌衔锏囊合嗫粱Ｊ扔 .5。将制得的悬浮液进行冷却，使其在50小时的期间内，温度逐渐地由67℃降到50℃。结果，氢氧化铝便发生结晶作用。
在每一个结晶循环以后，即对分解器里的氢氧化铝和铝酸盐溶液所进行的处理工序，它从往分解器里加入悬浮液起到卸料为止，这一处理工序使母液与氢氧化铝分离，并对氢氧化铝进行了分级。
通过一组蒸发设备，将母液进行蒸发，使其最终的浓度达到含苛性组份Na2O为200千克/米3。
每次都使用上一轮结晶过程得到的氢氧化铝作为下一轮结晶过程的晶种氢氧化铝。
在上述条件下制得的商品氢氧化铝具有以下粒度成份。
氢氧化铝的产率为50.0%
实例2将含Na2O为127.1克/升、Al2O3为125.2克/升、苛化模数等于1.67的铝酸盐溶液，置于装有加热元件和温度计的通用的搅拌器内，与经过分级的晶种氢氧化铝相混合。铝酸盐溶液和晶种氢氧化铝的投量应能保证在温度70℃和持续时间40分钟的条件下，使晶种悬浮液的液相苛化模数达到2.0。在装有机械的或气动的搅拌装置，冷却元件和温度计的分解器内，将晶种悬浮液与温度为75℃的铝酸盐溶液混合，而且相互混合的各个组份之间的数量比，应保证混合物的液相苛化模数等于2.0。将制得的悬浮液进行冷却，使其温度在50小时的期间内，逐渐地从67℃下降到45℃。结果，氢氧化铝便发生结晶作用。
每经过一轮结晶过程之后，就进行一次母液与氢氧化铝的分离和对氢氧化铝的分级。
通过一组蒸发设备将母液进行蒸发，这时，浓度提高到250千克/米3。在每下一轮的结晶过程中，都利用从上一轮得到的氢氧化铝作为晶种氢氧化铝。
在上述的条件下制得的氢氧化铝，具有以下粒度成份。
氢氧化铝的产率为50.4%。
实例3进行实验的方法与实例1类似。
各个工艺参数的特征标志是-铝酸盐溶液内含Na2O-141.8克/升，Al2O3-145.7克/升，苛化模数-1.6;
-晶种氢氧化铝与铝酸盐溶液混合的温度为85℃;
-晶种悬浮液的液相苛化模数等于1.7;
-由晶种悬浮液与铝酸盐溶液混合后而制得的悬浮液的液相苛化模数等于1.95;
-分解器内的悬浮液的冷却温度为50℃;
-浓缩母液的浓度为300千克/米3。
所制得的氢氧化铝，具有以下粒度成份。
氢氧化铝的产率为50.5%。
实例4进行实验的方法与实例1类似。
工艺参数上的差异如下-铝酸盐溶液内含Na2O-141.8克/升，Al2O3-141.3克/升，苛化模数-1.65;
-氢氧化铝与铝酸盐溶液混合的温度为73℃;
-晶种悬浮液的液相苛化模数等于1.9;
-晶种悬浮液与铝酸盐溶液混合后制得的悬浮液的液相苛化模数等于2.5;
-分解器内悬浮液的冷却温度为55℃;
-浓缩母液的浓度为350千克/米3。
这样制得的氢氧化铝具有以下粒度成份。
氢氧化铝的产率为51.3%。
实例5氢氧化铝的制备按实例1所述的方法进行，不同之处在于浓缩母液须在100℃的温度下送入搅拌器中，再往此搅拌器内按每1米3浓缩母液加入10千克的次氯酸钠，将得到的混合物搅拌30分钟。将这样处理后的母液，用于制备氢氧化铝的生产循环中。
在上述条件下制得的商品氢氧化铝，具有以下粒度成份。
氢氧化铝的产率为51.4%。
实例6进行实验的方法与实例5类似。
工艺参数上的差异为铝酸盐溶液内含Na2O-140.2克/升，Al2O3-140.6克/升，苛化模数等于1.64，浓缩母液的浓度为300千克/米3，次氯酸钙的投料量为每1米3浓缩母液加10千克，就粒度而言，采用本实例制得的氢氧化铝的质量与实例5制得的氢氧化铝是近似的。
氢氧化铝的产率为52.0%。
实例7进行实验的方法与实例5类似。
工艺参数上的差异为铝酸盐溶液内含Na2O-140.2克/升，Al2O3-140.6克/升;苛化模数等于1.64。
浓缩母液的浓度为300千克/米3。
次氯酸钙的用量为每1米3浓缩母液加20千克。
就粒度而言，采用本实例制得的氢氧化铝的质量与实例5制得的氢氧化铝是近似的。
氢氧化铝的产率为52.0%。
曾经就次氯酸钠的用量对浓缩母液纯度的影响进行过研究。为此，将含有Na2O为149.6克/升，Al2O3为68.4克/升，苛化模数等于3.60的母液，在分离掉氢氧化铝之后蒸发，使Na2O的浓度达到300千克/米3。然后，在搅拌器内将浓缩母液分别与数量不等的次氯酸钠相混合，具体是按每1米3浓缩母液分别加入2，10，14，20千克次氯酸钠。将上述混合物于搅拌器内，在100℃的温度下搅拌30分钟。分析混合物的液相中残余有机杂质的含量。浓缩母液提纯度的计算方法是求出从溶液中除掉的有机杂质的数量与有机杂质总数量的百分比。每除掉一千克有机杂质耗用掉的次氯酸钠的千克数代表着它的有效利用率。所得数据列表如下。
从上表可以看出，在每1米3母液中次氯酸钠的加入量在2.0-20千克的范围内，次氯酸钠的有效利用率最高。而进一步增加次氯酸钠的用量，也未能使提纯度有明显的提高。
权利要求
1.一种氢氧化铝的制备方法，该方法包括以下要点将铝酸盐溶液与晶种氢氧化铝在较高温度下混合，以制得晶种悬浮液，继而将此悬浮液与铝酸盐溶液混合，生成悬浮液，再将其冷却到50-45℃，随后将生成的氢氧化铝与母液分开，而母液则送去蒸发，使苛性成分Na2O的浓度达到200-350千克/米3，其特征是铝酸盐溶液与晶种氢氧化铝混合时的温度应保持在60-85℃之间，物料的投用量必须保证晶种悬浮液的液相苛化模数等于1.7-2.0，而晶种悬浮液与铝酸盐溶液混合时的温度为60-80℃，物料的投用量应保证由此而得到的悬浮液的液相苛化模数等于1.95-2.5。
2.按权利要求1的方法，其特点在于，浓缩母液用次氯酸钙或者次氯酸钠进行处理，其用量为每1米3浓缩母液加入2-20千克。
全文摘要
制备氢氧化铝的方法主要是将铝酸盐溶液与晶种氢氧化铝相混合。混合的温度为60-85℃，物料的用量应保证使所得之晶种悬浮液的液相苛化模数等于1.7-2.0。将晶种悬浮液与铝酸盐溶液相混合，混合是在60-80℃温度下进行的，物料的投用量应保证悬浮液的液相苛化模数等于1.95-2.5。将悬浮液冷却到50-45℃，再把生成的氢氧化铝与母液分开。最后将母液蒸发，使苛化组分Na
文档编号C01F7/34GK1032650SQ8710699
公开日1989年5月3日 申请日期1987年10月17日 优先权日1987年10月17日
发明者伊奥安·夫拉迪米罗维奇·达维多夫, 阿莱克桑德·尼科拉维奇·亚普诺夫, 阿维纳·吉奥, 吉夫纳·瓦茨纳, 朱里·安德里维奇·沃洛霍夫, 夫拉迪米·格里格里维奇·蒂斯亚, 利迪亚·莱奥尼多夫纳·弗多罗瓦 申请人:全苏铝镁电极工业科学研究设计院