过饱和铝酸钠溶液晶种分解生产氢氧化铝的工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种过饱和铝酸钠溶液晶种分解生产氢氧化铝的工艺方法，该方法仅在晶种分解槽的底部进行局部搅动，搅动强度以晶种分解槽底部的氢氧化铝颗粒能保持悬浮状态为准，以促进晶种分解槽底部高固含、高分子比铝酸钠溶液的扩散传质，并使晶种分解槽底部的氢氧化铝颗粒不产生沉积。本发明专利技术打破了以往在晶种分解过程中需要全混流搅拌的传统工艺技术路线，提出了“局部搅动+平推流”的新工艺方法，具有节能降耗效果好、分解产出率高、产品质量好等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生产氧化铝的工艺方法，特别是一种，属于冶金

技术介绍
拜耳法生产氧化铝具有流程简单、作业方便、产品质量高的特点。目前全世界生产的氧化铝90%以上是用拜耳法生产的。在拜耳法生产氧化铝的过程中，过饱和铝酸钠溶液添加晶种进行分解反应是重要的工序之一，通常称为“晶种分解工序”，简称“种分工序”，是在过饱和铝酸钠溶液中添加大量的氢氧化铝作为晶种，进行氢氧化铝晶体的诱导结晶和长大，使过饱和铝酸钠溶液分解，分解反应持续35 75h后得到的氢氧化铝浆料，进行液固分离并按颗粒大小进行分级，分解后所得的粗颗粒氢氧化铝经洗涤、脱水后即获得氧化铝产品；细颗粒的氢氧化铝返回分解流程继续用做晶种。因此，晶种分解是控制氧化铝产品技术经济指标的关键工序之一。过饱和铝酸钠溶液晶种分解工序中所采用的设备称为“晶种分解槽”，简称“种分槽或分解槽”，生产过程通常是由几个至十几个种分槽串联在一起进行。长期以来，在铝酸钠溶液晶种分解工序中，一直采用的是在每个种分槽内整体搅动浆液，即全混流的分解工艺方法。目前普遍应用的是空气全混搅拌分解和机械全混搅拌分解两种方式。采用空气全混搅拌方式的种分槽结构简洁、制造成本低，维护费用少，然而， 该方式也存在一些不足之处a)动力消耗大。由于种分槽槽体高度一般在30米左右，浆液静压很大，因此为满足全混搅拌所需压缩空气的消耗动力也较大。b)种分槽内容易产生结疤，特别槽顶结疤严重，脱落后易堵塞出料管，造成沉槽重大生产事故。c)易产生浆液“短路”、“返混”现象，使刚进入种分槽的低分子比浆液的分解动力下降。d)用空气搅拌时精液吸收其中的CO2使部分苛性碱变为碳酸碱，不利于晶种分解。机械全混搅拌分解方式是在种分槽中竖立设置一个带有多层特殊设计桨叶的机械搅拌装置不间断地进行搅拌。这种强力搅拌虽然可以防止结晶体在分解槽底部沉淀堆积，但铝酸钠溶液流场内产生的剪切力一方面会使氢氧化铝结晶长大过程遭到破坏，造成已结晶长大的氢氧化铝颗粒被破碎、磨蚀、 细化，使产品质量下降，不利于砂状氧化铝产品的产出。另外，由于分解槽体积庞大、机械搅拌装置也长达几十米，搅拌负荷较大，因此不仅对搅拌系统的搅拌轴、搅拌桨叶等构件的制造要求较高，而且能耗也较大，制造安装成本昂贵，运行维护费用高。一台直径14米、高35 米的种分槽需配置一台75千瓦的搅拌电机和变速箱，成本比较昂贵；而且电机连续运转， 不停产、不停止，需要消耗大量电能。多年的生产实践证明，不论是空气全混搅拌还是机械全混搅拌，都会造成上、下层液体之间相互混杂(俗称“短路”)，降低了输送到种分槽内的铝酸钠溶液过饱和度，使反应效率下降；同时强烈的全混流搅动也造成了产品粒度下降。法国皮奇尼铝公司在1985年专利技术了 “无搅拌情况下分解铝酸钠溶液制造氧化铝的方法和设备”(CN85108251A或US4666687)，其采用完全取消搅拌的方法实现了节能，同时减弱了结疤现象，但该专利技术只适用于圆柱-圆锥形的小型种分槽(1500M3左右)，无法用于大型的平形底、圆弧形底或其他种分槽，而且对铝酸钠溶液的固含也限制在600-700g/l以内，浆料流速也有特别要求，因此，其适用范围受到很大的局限，根本无法满足当前晶种分解技术发展对大容量(4000M3以上)、高固含(800-1000g/l)分解装备的要求，并且由于该专利技术完全取消了搅拌，在种分槽的底部易产生大量积料，引发沉槽事故，中断生产流程。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种节能降耗效果好、分解产出率高、产品质量好的，从而克服上述现有技术的不足。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案一种。该工艺方法仅在晶种分解槽的底部进行局部搅动，搅动强度以晶种分解槽底部的氢氧化铝颗粒能保持悬浮状态为准，以促进晶种分解槽底部高固含、高分子比铝酸钠溶液的扩散传质，并使晶种分解槽底部的氢氧化铝颗粒不产生沉积。上述的中，所述的在晶种分解槽底部进行局部搅动可以是采用空气在晶种分解槽的底部进行局部搅动，或者是采用机械装置在晶种分解槽的底部进行局部搅动。但不限于空气搅动、机械搅动等，其目的是让沉降下来的氢氧化铝固体颗粒悬浮起来以及加强对反应后期高分子比浆料的扩散传质和不沉积。前述的中，所述晶种分解槽的底部形状可以是平形底或锥形底或圆弧形底或多种形状组合形底或其它异形底。其目的是为适合不同容积和几何外形种分槽底部物料的汇集收拢、集中搅动传质后输送出去。前述的中，所述的在晶种分解槽底部进行局部搅动，具体说是采用空气在晶种分解槽的底部进行局部搅动，即在晶种分解槽的底部区域吹入压缩空气进行搅动。前述的中，所述的在晶种分解槽底部进行局部搅动，具体说还可以是采用机械装置在晶种分解槽的底部进行局部搅动，即在晶种分解槽的底部区域采用旋转桨叶进行搅动。前述的中，所述的采用机械装置在晶种分解槽的底部进行局部搅动，准确说，是在每台种分槽的底部区域采用一层旋转桨叶进行局部搅动，搅动强度以晶种分解槽底部的氢氧化铝颗粒能保持悬浮状态，不在晶种分解槽底部产生沉积为准。本专利技术的技术原理本专利技术采用基于过程特征的方法，通过实验对铝酸钠溶液晶种分解化学反应动力学过程进行研究，并测试计算氢氧化铝晶体长大的表观活化能，分析了搅拌传质作用对反应过程的影响。测得的氢氧化铝长大的表观活化能在60. 920kJ/mol。 实验结果表明，氢氧化铝晶体长大反应的活化能较高。该结果说明结晶反应以表面反应控制为主导，因此适用于扩散过程的方法(如加强搅拌力度等)对氢氧化铝晶体的结晶反应过程无明显促进作用。相反，提高搅拌强度的结果只能造成已长大晶粒的破碎和磨蚀，从而影响产品质量和浪费能量。总体而言，在溶液分解动力不足的时候，如分子比高时，采用一定的搅拌和适宜的搅拌强度有助于铝酸根阴离子的扩散传质；而在分子比低时，溶液分解动力大，可以减弱或取消搅拌。因此，在反应的过程中，合理配置搅拌位置和采用不同的搅拌方式，将对提高产品产率与质量、减少能耗、降低生产成本有很大帮助，更能提高氧化铝生产企业的经济效益和产品竞争力。特别地，在晶种分解过程的氢氧化铝晶体长大阶段取消或减弱搅拌是可行的。本专利技术通过对铝酸钠溶液晶种反应动力学过程和浆料流动特性的研究，提出了在晶种分解过程中无须全混流搅拌浆料，而采用局部搅动平推流分解方式来实现节能的工艺技术路线。一般认为，搅拌能使氢氧化铝晶体颗粒在铝酸钠溶液中保持悬浮状态，保证晶种与溶液有良好的接触，使溶液均匀，加速溶液的分解并使氢氧化铝晶体均匀地长大。本专利技术通过测定铝酸钠溶液晶种分解的表观活化能发现工业铝酸钠溶液的晶种分解反应过程是以表面化学反应控制占主导，提高搅拌力度对晶种分解效率影响不大，说明分解效率主要不是取决于扩散过程。因此对于传统的空气全混搅拌、机械全混搅拌以及导流筒全混搅拌等种分过程，可以通过改变整体全混流搅拌为局部搅动平推流分解来实现节能。本专利技术的重要突破就是打破了以往在晶种分解过程中需要全混流搅拌的传统工艺技术路线，提出了 “局部搅动+平推流”的新工艺方法，即将整体全混流搅拌模式变为局部搅动模式(在晶种分解槽底部)，使晶种分解过程从整个全混流的模式变为近于“平推流”模式。本专利技术在不采用全混流搅拌方式(不限于空气搅拌和机械搅拌)的前提下，通过在每个晶种分解槽底部区域内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏向东，胡大乔，何力，丁元法，李丹宁，薛涛，金开胜，李勇，黄健，罗宏，刘洪波，熊永昇，李刚，谭春生，
申请(专利权)人：贵州省新材料研究开发基地，
类型：发明
国别省市：