本发明专利技术公开了一种铝酸钠溶液与碳酸氢钠液相法碳分制备一水软铝石的方法，属于工业氧化铝领域。本发明专利技术采用NaHCO3溶液与铝酸钠溶液发生分解反应，添加一水软铝石晶种诱导铝酸钠溶液结晶析出一水软铝石，铝酸钠溶液分解后得到的碳分母液经隔膜电解完成碳碱的解离，在阳极区制得碳酸氢钠，返回分解工序，实现碳源的循环利用。本发明专利技术适用于拜耳法及烧结法铝酸钠溶液分解过程，分解速率快且可降低氧化铝焙烧能耗。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，属于工业氧化铝领域。本专利技术采用NaHCO3溶液与铝酸钠溶液发生分解反应，添加一水软铝石晶种诱导铝酸钠溶液结晶析出一水软铝石，铝酸钠溶液分解后得到的碳分母液经隔膜电解完成碳碱的解离，在阳极区制得碳酸氢钠，返回分解工序，实现碳源的循环利用。本专利技术适用于拜耳法及烧结法铝酸钠溶液分解过程，分解速率快且可降低氧化铝焙烧能耗。【专利说明】
本专利技术涉及氧化铝生产
，特别是关于利用铝酸钠溶液与碳酸氢钠液相法碳分制备一水软铝石的新方法。技术背景作为生产金属铝的基本原料，氧化铝生产在铝工业中占据着极其重要的位置。目前国内外氧化铝生产的方法主要有拜耳法、烧结法和联合法。联合法是拜耳法和烧结法的组合。拜耳法能耗低，但对铝土矿的品质要求较高，烧结法能处理低品位铝土矿，不足之处是耗能偏高。拜耳法分解铝酸钠溶液采用的种分过程，由于受溶液Na2O-Al2O3-H2O三相平衡的限制，实际生产中拜耳法晶种分解的分解率只能在50%左右，且种分时间长达40-70小时，生产效率低。烧结法分解铝酸钠溶液所采用的是CO2碳分法，分解率高一约在90%以上，且碳分时间短一约4-5小时左右，但存在产品质量差、增加了制备CO2工序、气体利用率低、大量CO2排入大气污染环境等问题。拜耳法及烧结法铝酸钠溶液分解过程主要反应可用式(I)和式(2)表示:Al (OH) 4(叫)—β Al (0H)3(S)+OH (叫)(I)Α1(0Η)-4(叫)+C02— β Al (0H)3(S)+CO/—(叫) (2)Al(0H)-4(aq) - yA100H(s)+0r(aq)+H20(3)理论上铝酸钠溶液可以分解出各种氢氧化铝、一水氧化铝甚至氧化铝相，如三水铝石β Al (OH)3和一水软铝石ΥΑ100Η，或者其混合体。目前无论是种分还是碳分，铝酸钠溶液分解产物都是三水铝石，每产出I摩尔氧化铝，需要170千焦的热量。若在分解工序以一水软铝石的析出(反应3)代替三水铝石，则焙烧能耗可降低60%，因为一水软铝石在490°C下脱水，每产出I摩尔氧化铝，仅需要72千焦的热量。因此从生产能耗的角度来看，在分解工序直接析出一水软铝石是非常有益的。从过饱和铝酸钠溶液中直接析出一水软铝石的工艺早有报导，1986年Misra和Siva, kumar提出一种“改进拜耳法”，即在115-145°C的温度下，添加大量一水软铝石晶种，直接从招酸钠溶液中析出一水软招石。1993年希腊Filippou和Paspaliaris也提出了“晶种分解”析出一水软铝石的想法。但目前研究表明从铝酸钠溶液中析出一水软铝石存在分解速率慢、分解率低、产物粒度小、分解温度高(100-150°C)等问题。分解速率慢意味着氧化铝生产中分解工序长和晶种循环量提高，这对氧化铝的生产是致命的，拜耳法的瓶颈就在晶种分解。产物粒度小意味着难以满足电解铝对砂状氧化铝的粒度要求，分解温度高则对氧化铝生产中的节能降耗不利。中国科学院过程工程研究所王志等申报的专利“铝酸钠溶液碳酸化分解制备一水软铝石的方法(专利号200710065214.7)”提出了在烧结法碳酸化分解中添加大量一水软铝石做晶种，在抑制三水铝石析出同时，实现一水软铝石的可控结晶，并辅以晶体生产促进剂，对该过程进行强化。在分解过程中通过控制CO2通气速度来调节铝酸钠溶液中一水软铝石的过饱和度(分解梯度)，从而调控晶体生长过程的成核与附聚，使其向有利于一水软铝石的方向进行。该方法具有铝酸钠溶液分解速率快、析出一水软铝石含量高等优点，但存在着只能针对于传统烧结法生产氧化铝中采用碳酸化分解的方法，而对于拜耳法生产中铝酸钠溶液采用碳酸化分解，则存在分解后大量碳酸钠溶液在拜耳法系统中无法循环利用及对其他生产环节带来危害等问题，而且铝酸钠溶液碳酸化分解过程难控制；受气液界面传质控制及局部过度分解会造成丝钠铝石的生成，碳分产品质量较差；分解过程CO2利用率低(通常〈60%)，而且CO2来源于高耗低效的石灰窑。万平玉、钮因键等(专利号200710178670.2)提出的“一种碱溶碳分法生产氧化铝的工艺”是由碱溶工序、碳分工序和膜电解再生循环工序所组成。碱溶工序采用高浓度氢氧化钠溶液溶解铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠溶液；碳分工序采用碳酸氢钠或二氧化碳分解铝酸钠溶出液；膜电解再生循环工序将碳分工序产物碳酸钠溶液通过膜电解获得碳酸氢钠和氢氧化钠溶液，并实现物料的循环利用。该方法主要用于生产常规的三水铝石型氢氧化铝，在产品晶型、氢氧化铝粒度和强度调控方面缺乏创新突破，而且该工艺是否适用化学品氧化铝的生产也有待研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有氧化铝生产方法拜耳法和烧结法中铝酸钠溶液分解过程中所存在的不足，提供一种铝酸钠溶液与碳酸氢钠液相法碳分制备一水软铝石的新方法，既能够显著提高氧化铝生产效率又能够实现碳酸氢钠循环利用，制备出一水软铝石粒度大，适合于工业氧化铝生产。本专利技术提出的，通过以下技术方案实现:本专利技术是利用铝酸钠溶液与碳酸氢钠发生液液中和反应，以一种一水软铝石为晶种，使铝酸钠溶液分解析出一水软铝石，采用隔膜电解碳分母液使碳酸钠转化为碳酸氢钠溶液。主要如图1所示，包括以下步骤:将调配好的铝酸钠溶液加入到搅拌着的反应槽中，将晶种系数为0.1~2.0的一水软铝石晶种添加到铝酸钠溶液中，碳酸氢钠溶液由蠕动泵打入到反应槽中与铝酸钠溶液进行分解反应，一水软铝石在晶种诱导下结晶长大，分解2~7h后，得分解产物。分解产物经液固过滤分离，固体水洗至中性，在80°C下干燥制得一水软铝石产品，一水软铝石含量调控范围宽，且粒度为砂状。滤液Na2CO3在一定电流密度下电解一定时间后，在阳极室，碳酸钠被电解转化为碳酸氢钠并释放出钠离子和氧气，如式(4)表示，电解得到的NaHCO3溶液在用于铝酸钠溶液分解析出一水软铝石。2NaC03+H20_2e — 2NaHC03+l/202+Na+(4)上述方法的特征是，铝酸钠溶液的浓度Al20360~160克/升，苛性化系数1.3~1.7,搅拌速度100~300r.min—1，一水软铝石晶种系数0.1~2.0,分解溶液温度85~IOO0C，碳酸氢钠浓度60~120克/升，添加速率0.2~1.0g.L-1.mirT1，添加方式包括慢速与快速两种，分解时间2~7小时。隔膜电解碳分母液温度40~80°C，电解时间4~20小时，电流密度0.01~0.lA/cm2。分解完成后产物中一水软铝石粒度大，可达到砂状氧化铝要求。此外，所述铝酸钠溶液的浓度优选为Al20380~100克/升，苛性化系数为1.3~1.5，分解溶液温度为85~95°C。所述碳酸氢钠浓度为80~100克/升，添加速率为0.2~0.5g.L-1.mirT1。所述铝酸钠溶液分解时间为2~4小时，搅拌速度为100~150r.mirT1。所述电解碳分母液温度为40~60°C，电解时间为5~10小时，电流密度为0.01~0.05A/cm2。本专利技术与现有技术相比如有如下优点:( I)适用于拜耳法及烧结法的铝酸钠溶液分解过程，分解率高，且析出一水软铝石粒度大(平均粒径80~120微米)，一水软铝石含量调控范围宽(60%~98%)，突破了常规分解过程一水软铝石产物粒度细小(本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铝酸钠溶液与碳酸氢钠液相法碳分制备一水软铝石的方法，其特征在于：采用碳酸氢钠溶液液相法分解铝酸钠溶液，添加一水软铝石晶种到铝酸钠溶液中，并添加碳酸氢钠与铝酸钠溶液发生分解反应，一水软铝石在晶种诱导下结晶长大，分解后经固液分离，得分解产物一水软铝石；铝酸钠溶液分解后得到的碳分母液经隔膜电解，在阳极区得到碳酸氢钠溶液，返回到分解过程，实现了碳酸氢钠的循环利用；所述分解铝酸钠溶液条件包括：铝酸钠溶液的浓度为Al2O360～160克/升，苛性化系数为1.3～1.7，搅拌速度为100～300r·min?1，一水软铝石晶种系数为0.1～2.0，分解溶液温度为85～100℃；碳酸氢钠浓度为60～120克/升，碳酸氢钠添加速率为0.2～1.0g·L?1·min?1，添加方式包括慢速与快速两种模式，分解反应时间为2～7小时；电解碳分母液温度为40～80℃，电解时间为4～20小时，电流密度为0.01～0.1A/cm2。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王志，张爽，刘玲，王明涌，公旭中，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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