一种用电解法制备非冶金级氧化铝的方法技术

本发明专利技术涉及氢氧化铝制造技术领域，尤其是一种用电解法制备非冶金级氧化铝的方法，经过对铝酸钠溶液的苛性比进行合理的控制，结合电解、洗涤、微波辐射处理，使得制备得到的氧化铝中的氧化钠含量大幅度的下降，达到了0.1％以下，其成本较低，效率高，而且氧化铝产品的纯度较高，产率较高，获得副产品氢氧化钠，实现了氢氧化钠的再生利用。

A Method of Preparing Non-metallurgical Alumina by Electrolysis

The invention relates to the technical field of alumina hydroxide manufacturing, in particular to a method of preparing non-metallurgical alumina by electrolysis. After reasonable control of the causticity ratio of sodium aluminate solution, combined with electrolysis, washing and microwave radiation treatment, the content of sodium oxide in prepared alumina decreases greatly, reaching less than 0.1%, its cost is low, and its efficiency is high. The purity and yield of alumina products are high. Sodium hydroxide, a by-product, is obtained, and the recycling of sodium hydroxide is realized.

【技术实现步骤摘要】
一种用电解法制备非冶金级氧化铝的方法
本专利技术涉及氢氧化铝制造
，尤其是一种用电解法制备非冶金级氧化铝的方法。
技术介绍
由于低钠非冶金级氧化铝在耐火材料，精细陶瓷，电工电器、绝缘陶瓷器件、催化剂载体等方面都有广泛用途，其销售价格高于冶金级氧化铝2倍以上，是各氧化铝生产企业提高效益的重要手段。低钠氧化铝是氧化铝中含钠小于0.1％，氧化铝纯度达到99.5％以上，粒径小于10μm的氧化铝。目前，低钠氧化铝主要由高纯度超细氢氧化铝热分解制取。高纯度超细氢氧化铝的主要是利用种分法，将高纯超细氢氧化铝晶种加入到铝酸钠溶液中分解结晶制取。但由于氢氧化铝晶种及由其从铝酸钠溶液中分解得到的氢氧化铝都含有较高的氧化钠成分，使得在热分解成氧化铝时，其氧化钠的含量还会增加。出现该现象的原因主要是：氢氧化铝晶格中存在钠离子对氢氧根离子层的氢离子作类质同晶替代，致使无法洗涤脱除。目前，种分法氧化铝生产过程中，获得的氢氧化铝都存在附着碱，晶间碱，结晶碱现象，其氧化钠含量分别达到氢氧化铝含总碱量的40-50％，50-60％，1-3％，并且将其洗涤之后，很难将氧化钠的含量从0.6％降低到0.1％以下，而且洗涤用水量较大。基于此，有研究者针对该技术缺陷，将铝酸钠溶液分解反应得到的氢氧化铝微粉浆液过滤，得滤料；将上述滤料加入70～90℃的热水中化散，得混合液；向混合液中加入0.005～0.01倍重的渗透剂，充分搅拌，反应3小时后再加入0.0005～0.005倍重的分散剂，充分搅拌，反应1小时后过滤、洗涤；两次反应的温度均为70～90℃，所述渗透剂为焦磷酸、草酸、苯磺酸、甲酸、二甲酸、丹宁酸、柠檬酸、酒石酸中的一种，所述分散剂硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、次氯酸、高氯酸、醋酸中的一种。使得减少了对氢氧化铝洗涤用水量，而且还使得氢氧化铝中氧化钠含量低于0.1％以下，进而降低氧化铝中氧化钠的含量。该法处理工艺流程简单，但需要消耗大量的渗透剂，成本较高。也有研究者采用添加矿化剂或有机试剂与氧化钠反应生成易挥发的化合物，再将其煅烧处理，分解成生成氢氧化铝，该法不仅生产成本高，而且容易导致氧化铝的应用性能发生变化。因此，鉴于当前氧化铝生产水平来看，要生产低钠高纯度非冶金级氧化铝必需要采用非常规的手段来改善氢氧化铝晶种的纯度、粒度，达到超细纳米级水平，才能使得从铝酸钠溶液中种分出高质量的氢氧化铝，再经过煅烧获得，这必然需要增加成本，延长处理工艺流程。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供一种用电解法制备非冶金级氧化铝的方法，该方法针对上述缺陷，采用铝酸钠溶液直接直流电解，使得在阳极上以及阳极区获得主要成分为氢氧化铝结晶和部分氢氧化铝混合物，经过洗涤，微波辐射处理，获得低钠高纯度非冶金级氧化铝产品。具体是通过以下技术方案得以实现的：用电解法制备非冶金级氧化铝的方法，包括以下步骤：(1)将工业级铝酸钠浸出液除铁、脱硅，达到含铁＜0.3g/L，含二氧化硅＜0.5g/L的铝酸钠溶液；(2)将步骤(1)得到的铝酸钠溶液注入到直流电解槽中，以不锈钢或钛板为阳极，不锈钢板为阴极，在阴阳极件设置隔网或筛网，隔离出阴极室和阳极室；(3)控制电解条件为槽压3.5-5V，阳极电流密度400-800A/m2，电解温度50-60℃，电解液从阳极室加入，电解残液从阴极室的溢流口流出汇集后流入储存槽，流动速度为0.2-0.6m3/h，控制电解残液苛性比为1.5-1.7，氢氧化钠浓度为180-200g/L；(4)将电解沉积物过滤收集，采用热水60-80℃洗涤至电解沉积物含氧化钠＜0.1％，采用微波炉功率2-5kW产生频率为2-3GHz的微波辐射20-30min，辐射过程的微波炉内温度为250-400℃。优选，所述的步骤(1)，还包括调整铝酸钠溶液苛性比为1.2-1.3，氢氧化钠浓度为140-150g/L。优选，所述的步骤(2)，阴阳极间用孔隙度为0.1-0.5mm的塑料筛网或不锈钢筛网隔离出阳极室和阴极室，同极距为100-150mm；筛网顶端与电解槽顶部水平，下部距电解槽底部50-150mm，使阴阳极室底部互通，电解槽底部设置排料孔阀门。优选，所述的电解槽，每只电解槽装配10组以上阴阳极板，每组由一块阴极板和一块阳极板组成。优选，所述的步骤(4)，洗涤是将过滤物中氧化钠含量洗涤至＜0.1％。优选，所述的电解残液的苛性比＜1.5，氢氧化钠浓度＜180g/L时，将电解残液电解槽重新电解。本专利技术创造中，铝酸钠在苛碱溶液中存在两种形式，即Na+(AlO2)-、Na+[Al(OH)4]-。当αk值(苛性比)较高时，主要以Na+[Al(OH)4]-形式存在，反之以Na+(AlO2)-形式为主。但不管αk值为多少，两种形式都不能截然分开，直接使用氢氧化铝晶种在铝酸钠溶液中进行种分法时，主要使其中的Al(OH)4-分解获得大量的氢氧化铝结晶，通入二氧化碳进行种分法时也是要先获得氢氧化铝晶种再进行种分获得大量的氢氧化铝结晶。当产生大量的氢氧化铝结晶后，铝酸钠溶液的苛性比增大，促使AlO2-向Al(OH)4-转化。因此用种分法进行铝酸钠分解，只能得到氢氧化铝结晶，而且需要的种分时间长，一般需要20小时以上，其种分率只有50％左右，把铝酸钠置于直流电场中则发生如下电化学反应：NaAlO2→Na++AlO2-，NaAl(OH)4→Na++Al(OH)4-。钠离子向阴极运动，放电时与水的阴极电化学反应获得氢氧根离子形成离子对，获得氢氧化钠再生。AlO2-，Al(OH)4-向阳极运动，并在阳极上放电，AlO2-在阳极上放电发生的电化学反应为2AlO2-→Al2O3+1/2O，获得氧化铝结晶。而Al(OH)4-放电发生电化学反应为Al(OH)4-→Al(OH)3+OH-，2OH-→H2O+1/2O。总反应为2Al(OH)4-→2Al(OH)3+H2O+1/2O。当铝酸钠溶液的αk值较小时，阳极上发生的主要放电为AlO2-，随着氧化铝结晶析出，αk值增大，Al(OH)4-量也增加，其在阳极上放电几率增加，氢氧化铝结晶随之增加。由于生成的氢氧化铝新鲜，粒细，团聚率低，活性高，使铝酸钠溶液发生第三个反应，即以电解生成的超细活性高的氢氧化铝为种分晶种，进行铝酸钠的种分分解反应。由于这三种分解反应在直流电场中同时存在，不能截然分开，获得的阳极沉积产物为氧化铝和氢氧化铝混合物，前两种反应与电解槽压，阳极电流密度有密切关系，是一种快反应，需要新鲜电解液迅速补充和一定温度下的离子扩散速度。后一种反应是一种慢反应，只与时间和反应温度有关。由于本专利技术采用较低αk值的铝酸钠溶液进行电解，同时进行了电解液的补充，得到的氧化铝结晶量大于氢氧化铝，而氧化铝结晶中不存在钠离子与氢氧根中氢离子的类质同晶现象及晶间碱和结晶碱现象，只存在吸附碱现象，只要进行足够的热水洗涤，产品中的钠离子含量会降低至0.1％以下。并且将电解获得的氧化铝和氢氧化铝混合物充分洗涤脱碱后采用微波辐射技术进行煅烧处理，使其中的氢氧化铝分解为氧化铝和水，由于氢氧化铝高吸收微波及低频率的微波辐射穿透力大于高频率微波辐射，更易于透入料层及氢氧化铝结晶分子内，从物质内外同时分解氢氧化铝为氧化铝，因此分解温度低，速度快，而且彻底，也不带入其他化学成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用电解法制备非冶金级氧化铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将工业级铝酸钠浸出液除铁、脱硅，达到含铁＜0.3g/L，含二氧化硅＜0.5g/L的铝酸钠溶液；(2)将步骤(1)得到的铝酸钠溶液注入到直流电解槽中，以不锈钢或钛板为阳极，不锈钢板为阴极，在阴阳极间设置隔网或筛网，隔离出阴极室和阳极室；(3)控制电解条件为槽压3.5‑5V，阳极电流密度400‑800A/m

【技术特征摘要】
1.一种用电解法制备非冶金级氧化铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将工业级铝酸钠浸出液除铁、脱硅，达到含铁＜0.3g/L，含二氧化硅＜0.5g/L的铝酸钠溶液；(2)将步骤(1)得到的铝酸钠溶液注入到直流电解槽中，以不锈钢或钛板为阳极，不锈钢板为阴极，在阴阳极间设置隔网或筛网，隔离出阴极室和阳极室；(3)控制电解条件为槽压3.5-5V，阳极电流密度400-800A/m2，电解温度50-60℃，电解液从阳极室加入，电解残液从阴极室的溢流口流出汇集后流入储存槽，流动速度为0.2-0.6m3/h，控制电解残液苛性比为1.5-1.7，氢氧化钠浓度为180-200g/L；(4)将电解沉积物过滤收集，采用热水60-80℃洗涤至电解沉积物含氧化钠＜0.1％，采用微波炉功率2-5kW产生频率为2-3GHz的微波辐射20-30min，辐射过程的微波炉内温度为250-400℃。2.如权利要求1所述的用电解法制备非冶金级氧化铝的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘安荣，刘俊良，王振杰，刘荣心，刘权，姚亮，
申请(专利权)人：贵州博汇联润铝业有限公司，贵州省冶金化工研究所，
类型：发明
国别省市：贵州,52