制造可控制钠含量和颗粒尺寸的三水氧化铝的方法技术

三水氧化铝通过Ｒｐ在０. ９－１. ３，苛性钠浓度为１３０－１９０克Ｎａ↓［２］Ｏ／升的过饱和铝酸钠溶液在很高干物质浓度（＞７００克Ａｌ（ＯＨ）↓［３］／升）存在下分解沉淀出来。在分解结束时提取产品之后，引发剂与外来引发剂在Ｔ＜８０℃时循环用于分解的开始。１）在预先建立的过饱和度β↓［０］、苛性Ｎａ↓［２］Ｏ的浓度和起始分解温度的函数关系基础上确定起始分解温度Ｔ。 ２）通过调节细外来引发剂的重量流速使实测成核密度校正到另一函数关系确定的密度或参考密度。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】该专利技术涉及一种通过由拜耳法获得的过饱和铝酸钠溶液在引发剂（Primer）存在下的分解来制造三水氧化铝的方法，该方法可以在控制沉淀出的三水氧化铝中的钠含量和其颗粒尺寸的同时保持高的产率。三水氧化铝的理化特性特别是纯度、颗粒尺寸、原始晶粒尺寸和其团聚成多少为脆性的颗粒的程度决定了水合氧化铝以及最终获得的氧化铝的性能。因此，这些特性必须适合于产品的用途，例如用热融电解法生产铝的冶金氧化铝或用于耐火材料、陶瓷和催化剂的不同的工业氧化铝。对于用拜耳法制造氧化铝的人来说，三水氧化铝的颗粒尺寸、残留钠含量甚至其结构若能根据产品用途不同而同时和分别得到控制的制造方法是有利的，而若与已有方法比较该方法的产品产率和可靠性如能保证，甚至有所提高，则这一优点就更加明显。产率是指通过拜耳法使强碱与铝土矿起化学反应获得的过饱和铝酸钠水溶液的产率，用在引发剂存在下每升溶液通过分解而析出的氧化铝的克数或每立方米溶液析出的氧化铝的公斤数来表示。-->析出的三水氧化铝的数量是强碱与铝土矿起化学反应平衡后溶液浓度之差，而这两个阶段溶液的平衡浓度又是由溶液中苛性钠的浓度和溶液的温度决定的。这个产率，通过分解析出三水氧化铝前后溶液中溶解了的Al2O3浓度（克/升）和苛性Na2O的浓度（克/升）之比Rp的变化而计算出来，它能够达到，甚至超过80克Al2O3/升（或80公斤Al2O3/立方米）。可靠性是指根据控制标准而设定的产品目标性能的精确和稳定的再现性，这意味着获得的产品性能与产品的目标性能相比具有最小的离差。在一些氧化铝的应用中，主要是用于冶金的氧化铝，人们努力想获得颗粒尺寸呈单峰分布并且平均颗粒直径d50（指比该直径大的颗粒和比该直径小的颗粒的重量各占50%时的直径）在60微米和100微米之间，而且直径低于45微米的颗粒重量百分比不超过15%。假设颗粒是形状规则、以及足够坚固使其在后序的工序如分级、传输、煅烧中受到碰撞、摩擦和挤压等许多应力的作用而不碎，这种粗的颗粒尺寸保证了三水氧化铝的良好的流动性。到现在为止，专业人员使用了好几种能获得所需性能产品的方法，其中最为公众所知的是美国专利US3486  850，US4234  359，US4  305913和US4  311486中所描述的方法。这些方法都有通过至少两个不同的阶段使过饱和溶液分解析出这一共同特点，随后三水氧化铝颗粒分级时一方面分为可作为产品的粗颗粒部分，另一方-->面分为具有中等颗粒尺寸或更小直径的小颗粒部分，这部分颗粒中的大部分又作为溶液分解时第二个阶段即所谓三水氧化铝的颗粒生长阶段的引发剂而循环使用，而少部分作为溶液分解第一阶段即团聚阶段（agglomer fation stage）的引发剂而循环使用。在这两个连续的阶段中，晶核（nuclei）首先通过有少量引发剂存在的欲分解溶液在保证足以限制过量的晶核产生的温度下连续搅拌而接触和结合以形成团聚体（agglomerate）。然后，通过冷却加入了大量引发剂的悬浮液、促使三水氧化铝沉淀在已经固结并且尺寸长大后仍保持原来被称为斑纹状结构的团聚体上。细颗粒三水氧化铝的存在是不可避免的，但在分级以后这部分细颗粒与中等粒径的颗粒一起被作引发剂循环使用。在为提取产品而进行最后的分级操作时，可通过变更分级阈来修正粒子平均尺寸与生产目标平均尺寸的偏差。影响循环使用的引发剂的颗粒尺寸的三水氧化铝颗粒过多或不足可以在溶液分解开始时通过调整成核和团聚的速率得到校正。但是，从溶液的体积和所用的引发剂数量来看、所有这些方法都有很大的惰性（inertia），因此不能使颗粒尺寸得到显著和快速的校正。并且，即使三水氧化铝的生产已经稳定于预先设定的尺寸上，在三水氧化铝颗粒中还是可找到来自未能溶解的氢氧化钠而引入产品中的残留钠，其含量很高并且不稳定。对于平均直径约为80微米的三水氧化铝，其中以Na2O形式存在的残留钠含量的波动在平-->均含量为2000ppm时能够达到±1000ppm。这些杂质含量高且有大幅度波动，对氧化铝的某些应用特别是陶瓷领域中的应用是不可取的，因为仅仅通过后续的传统冲洗之后就直接锻烧使三水氧化铝变为氧化铝的操作，不能使得包裹在颗粒中的未溶解的氢氧化钠得到清除。三水氧化铝的颗粒尺寸和钠含量同时得到控制仍是很难实现的，尤其是当要求的残留钠含量低于2000ppm时。事实上，两个能够被影响的参数或“活化参数”（activators），即温度和溶液的过饱和度，是互相依赖的两个参数，因而它们同时决定了三水氧化铝残留钠的含量和颗粒尺寸。专业人员都知道三水氧化铝中残留钠含量随着用来分解的溶液的过饱和度的增大而增加，而这一过饱和度又不能受溶液起始分解温度提高的限制，因为同时还要在溶液中保持足够的成核作用，换名话说就是要在溶液中充分地形成细颗粒或晶核，在团聚和培养之后它们将决定三水合物的最终粒度。于是就有必要通过降低溶液的重量浓度比Rp使其小于1来降低溶液的过饱和度，并且保持欲分解溶液中的苛性Na2O的浓度低于140克Na2O/升，因为人们都知道当温度和溶液重量浓度Rp一定时，被包裹的氢氧化钠随着溶液中Na2O的浓度增加而增多。这种在有效控制三水氧化铝的颗粒尺寸的同时又要降低其残留钠含量的双重选择必然要导致产率大幅度降低以至不超过60公斤Al2O3/立方米。-->最后，专业人员通过采用在法国专利FR2529877和FR2551429（对应美国专利US4614642）中描述的方法，即在溶液分解的第一个阶段加入很高浓度的引发剂（＞700克Al（OH）3/升）导致在第二阶段促进颗粒生长之前，晶核的成核作用和团聚作几乎同时发生。这仍不能满意地解决问题。实事上，使用这些方法时为了获得高产率（大约80公斤Al2O3/立方米）而选择高的溶液重量浓度比Rp（1.1～1.3）和高的氢氧化钠浓度（Na2O＞140克/升），这样就必然导致了在三水氧化铝中引入钠，和产生被认为是具有较差耐磨性和耐碰撞性的辐射状（radialtype）结构的三水氧化铝颗粒时的缺点，这种辐射状结构是通过促进在只进行了轻度团聚或根本未团聚的晶核上进行各向同性的辐射状颗粒生长的溶液分解方法而产生的。此外，如果溶液分解结束的温度得达到了草酸钠在溶液中的过饱和度临界值时，使用的高氢氧化钠浓度加速了草酸钠（作为在发生强碱化学反应时，在铝土矿中存在的腐殖质的一种降解产物）的沉淀。现在都知道细的草酸钠颗粒起了引发剂的作用，导致寄生的细三水氧化铝颗粒群的产生，这些很脆的颗粒对已经形成的三水氧化铝颗粒的正常生长和产生单峰颗粒尺寸分布有破坏作用。该专利技术描述了在不降低产品产率的情况下使三水氧化铝的钠含量和颗粒尺寸同时得到控制的一种生产方法。它是基于下面的事实即：通过调整溶液的起始分解温度来预先调节三水氧化铝中的钠-->含量是可能的，溶液分解的起始温度对溶液的过饱和度有影响，因而也影响三水氧化铝的成核过程和最后的颗粒尺寸。这样就可以在不影响产品中的钠含量的同时，用一种颗粒尺寸活化剂来校正产品的颗粒尺寸，比如在溶液起始分解时循环使用的引发剂中加入的细的三水氧化铝颗粒能产生外来的和可调整的作用。更具体地、该专利技术涉及一种强碱与铝土矿通过拜耳法起化学反应而获得的过饱和溶液在三水氧化铝引发剂存在下进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
强碱与铝土矿通过拜耳法起化学反应而获得的过饱和铝酸钠溶液在三水氧化铝引发剂存在下进行分解，得到钠含量和颗粒尺寸得到控制的三水氧化铝的生产方法，包括在溶液起始分解时，所有的引发剂与用于分解的铝酸钠溶液进行接触，以形成Ａｌ（ＯＨ）↓［３］形式干物质的高浓度悬浮液，每升用于分解的溶液至少含有７００克该物质，其特征在于包括以下步骤： ａ）在预先确立的溶液起始分解温度和沉淀的三水氧化铝的钠含量之间关系的基础上，根据三水氧化铝中钠的目标含量确定过饱和溶液Ｌｄ的起始分解温度，所说的过饱和溶液中溶解的Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］的浓度（克／升）与苛性Ｎａ↓［２］Ｏ的浓度（克／升）之比Ｒｐ在０. ９－１. ３之间，苛性钠的浓度Ｃ在１３０－１９０克Ｎａ↓［２］Ｏ／升之间， ｂ）在由几个分解器串联组成的分解区的第一个分解器或首分解器中，通过在低于８０℃，一般是６５～７０℃的温度Ｔ下，使所述溶液在搅拌下与三水氧化铝引发剂Ａｔ接触，形成每升用于分解的溶液Ｌｄ具有８００－－１２００克干物质的悬浮液，此三氧化铝引发剂Ａｔ主要部分由在提取一部分粗颗粒的三水氧化铝产品Ｐ以后循环的三水氧化铝引发剂Ａｒ组成，而另一小部分是细的三水氧化铝引发剂，也被称为外来引发剂Ａｅ，因为它是从ｎ级反应分解链以外生产或转变而来的， ｃ）该悬浮液在分解区于温度ｔ下保持一段时间直到Ｒｐ＜０. ７之后，（其中温度ｔ在８０℃＞Ｔ≥ｔ≥５０℃范围内变化），分出不超过在分解区循环的高干物质浓度的均匀悬浮液Ｓｎ－１体积份数５０％的Ｓｐ部分， ｄ）对分离出来的悬浮液Ｓｐ进行颗粒分选Ｃ，使取出的颗粒部分形成具有粗颗粒度的三水氧化铝产品Ｐ，而细颗粒的残留部分ｓｆ与未从循环悬浮液分离出的Ｓｎ－１部分在分解区内重新混合， ｅ）混合后的悬浮液Ｓｎ在分解结束阶段进行固液分离Ｆ，其中分解溶液中的液相部分被输送到拜耳回路作为与铝土矿反应的液相，而未经选择颗粒尺寸的固相三水氧化铝Ａｒ在控制颗粒尺寸并加入外来引发剂Ａｅ循环后作为引发剂Ａｔ加到第一分解器中， ｆ）在循环引发剂的颗粒尺寸和在温度Ｔ下第一级分解器中的悬浮液Ｓ１的表现成核密度△之间的预定关系基础上，确定一个目标表现成核密度△Ｃ，以便得到由三水氧化铝产品决定的循环引发剂目标粒度；这里，所说的成核密度△是指每克三水氧化铝含有的在选择以微米表示的参考直径ｄ的±０. １微米范围内的颗粒数目，将这个密度与实际测得的表现成核密度△ｅ相比，其偏差可以通过调整...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 1993-8-26 93104791、强碱与铝土矿通过拜耳法起化学反应而获得的过饱和铝酸钠溶液在三水氧化铝引发剂存在下进行分解，得到钠含量和颗粒尺寸得到控制的三水氧化铝的生产方法，包括在溶液起始分解时，所有的引发剂与用于分解的铝酸钠溶液进行接触，以形成Al(OH)3形式干物质的高浓度悬浮液，每升用于分解的溶液至少含有700克该物质，其特征在于包括以下步骤：a)在预先确立的溶液起始分解温度和沉淀的三水氧化铝的钠含量之间关系的基础上，根据三水氧化铝中钠的目标含量确定过饱和溶液Ld的起始分解温度，所说的过饱和溶液中溶解的Al2O3的浓度(克/升)与苛性Na2O的浓度(克/升)之比Rp在0.9-1.3之间，苛性钠的浓度C在130-190克Na2O/升之间，b)在由几个分解器串联组成的分解区的第一个分解器或首分解器中，通过在低于80℃，一般是65～70℃的温度T下，使所述溶液在搅拌下与三水氧化铝引发剂At接触，形成每升用于分解的溶液Ld具有800--1200克干物质的悬浮液，此三氧化铝引发剂At主要部分由在提取一部分粗颗粒的三水氧化铝产品P以后循环的三水氧化铝引发剂Ar组成，而另一小部分是细的三水氧化铝引发剂，也被称为外来引发剂Ae，因为它是从n级反应分解链以外生产或转变而来的，c)该悬浮液在分解区于温度t下保持一段时间直到Rp＜0.7之后，(其中温度t在80℃＞T≥t≥50℃范围内变化)，分出不超过在分解区循环的高干物质浓度的均匀悬浮液Sn-1体积份数50%的Sp部分，d)对分离出来的悬浮液Sp进行颗粒分选C，使取出的颗粒部分形成具有粗颗粒度的三水氧化铝产品P，而细颗粒的残留部分sf与未从循环悬浮液分离出的Sn-1部分在分解区内重新混合，e)混合后的悬浮液Sn在分解结束阶段进行固液分离F，其中分解溶液中的液相部分被输送到拜耳回路作为与铝土矿反应的液相，而未经选择颗粒尺寸的固相三水氧化铝Ar在控制颗粒尺寸并加入外来引发剂Ae循环后作为引发剂At加到第一分解器中，f)在循环引发剂的颗粒尺寸和在温度T下第一级分解器中的悬浮液S1的表现成核密度△之间的预定关系基础上，确定一个目标表现成核密度△C，以便得到由三水氧化铝产品决定的循环引发剂目标粒度；这里，所说的成核密度△是指每克三水氧化铝含有的在选择以微米表示的参考直径d的±0.1微米范围内的颗粒数目，将这个密度与实际测得的表现成核密...

【专利技术属性】
技术研发人员：G保萨特，JM拉姆然特，J辛奎恩，
申请(专利权)人：皮奇尼铝公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]