燒結法氧化鋁碳分母液制備固體鋁酸鈉工藝研究

薛文忠，劉淑清

（中國鋁業公司重慶分公司，重慶南川408403）

燒結法氧化鋁碳分母液制備固體鋁酸鈉工藝研究

薛文忠，劉淑清

（中國鋁業公司重慶分公司，重慶南川408403）

燒結法氧化鋁生產過程碳酸化分解工序，碳酸化分解率根據精液硅量指數和產品氫氧化鋁質量要求通常控制在90%，有10%的氧化鋁殘留在碳分母液中，隨蒸發母液的回用周而復始地流經燒結、溶出等工序，這無形增加了氧化鋁的生產成本。為更好地利用碳分母液中殘留的氧化鋁，研究了利用碳分母液生產固體鋁酸鈉的工藝過程。研究結果表明，碳分母液通過徹底碳酸化分解，回收其中的固體物料，再經過焙燒，可制得固體鋁酸鈉產品，也即通過此方法可全部回收碳分母液中殘留的氧化鋁。

氧化鋁；碳分母液；碳酸化分解；固體鋁酸鈉

固體鋁酸鈉是一種重要的無機化工產品，可作為凈水助凝劑應用于水處理領域，可與水玻璃混合用作施工中的堵漏劑，可與硫酸鋁混合作為造紙填充劑以及水泥速凝劑，在化學工業領域可用作催化劑原料，在建筑業中可用作阻蝕劑及鋼鐵表面保護劑等。燒結法氧化鋁生產工藝碳酸化分解工序，碳酸化分解率根據精液硅量指數和產品氫氧化鋁的質量要求通常控制在90%，因而會有10%的氧化鋁殘留在碳分母液中，隨蒸發母液的回用周而復始地流經燒結、溶出等工序，這無形增加了氧化鋁的生產成本［1］。筆者利用碳酸化分解母液生產固體鋁酸鈉，不但可以開辟固體鋁酸鈉的新的生產方法，同時可以優化燒結法氧化鋁生產工藝。

1 利用碳分母液生產固體鋁酸鈉

1.1 碳分母液碳酸化分解

取適量氧化鋁生產中的碳分母液，繼續通入CO2進行徹底碳酸化分解。控制好分解溫度和分解時間，當分解液中苛性堿質量濃度ρ（g/L）接近0時，立即停止通氣［2］。過濾分離漿液，濾液直接去蒸發系統，將會提高母液的蒸發濃度；將濾餅分成兩部分，一部分用熱水洗滌，一部分不洗滌，分析洗滌濾餅和未洗滌濾餅的化學成分，對未洗滌濾餅進行X射線衍射分析（XRD），表征其物相。

1.2 碳酸化分解回收物的化學成分和物相分析

碳酸化分解回收物洗滌物料和未洗滌物料的化學成分分析結果見表1。由表1可見，碳酸化分解回收物，無論是未洗滌還是洗滌，其SiO2、Fe2O3等雜質含量均較高，不能作為冶金級氫氧化鋁使用。

將未洗滌的碳酸化分解回收物做XRD分析，結果見圖1。從圖1看出，回收物的物相組成主要包括三水鋁石、絲鈉鋁石（Na2O·Al2O3·2CO2·nH2O）和一水碳酸鈉（Na2CO3·H2O）。由于一水碳酸鈉屬于水溶性物質，經熱水洗滌的回收物只有兩個單純主相三水鋁石和絲鈉鋁石，因此，洗滌后的回收物可以直接用來制備固體鋁酸鈉。

表1 碳酸化分解回收物化學成分分析結果

1.3 固體鋁酸鈉的制備

為了尋求制備固體鋁酸鈉的具體條件，分別從燒成溫度以及Na2O與Al2O3物質的量比等方面作了詳細研究。據文獻查詢和回收物的化學成分，初步確定鋁酸鈉中Na2O與Al2O3物質的量比及燒成溫度范圍。分別在不同的Na2O與Al2O3物質的量比、配加適宜的添加劑條件下混勻成團焙燒，所得固體鋁酸鈉化學成分分析結果見表2。

表2 利用碳分母液回收物制備固體鋁酸鈉化學成分分析結果

從表2看出：用熱水洗滌的回收物單獨焙燒制得固體鋁酸鈉化學成分合量接近100%；用未洗滌回收物單獨焙燒制得固體鋁酸鈉化學成分合量只有80%左右；按Na2O與Al2O3物質的量比為1.0～1.1加入適宜添加劑，焙燒后制得固體鋁酸鈉化學成分合量也接近100%。因此，采用Na2O與Al2O3物質的量比為1.0～1.1配料，焙燒溫度控制在900℃，碳酸化分解回收物可完全轉化成固體鋁酸鈉。

2 經濟效益分析

碳分母液是燒結法氧化鋁生產過程的循環堿液，其中氧化鋁質量濃度在10 g/L左右，將其返回配料系統，造成重復無效循環，年耗資600多萬元（以年產氧化鋁40萬t計）。若將碳分母液中的氧化鋁轉化成固體鋁酸鈉，可年產固體鋁酸鈉2萬t，產品價值達1 800萬元，扣除消耗約1 000萬元，可產生經濟效益800萬元。同時，該工藝可使碳分母液蒸發濃度進一步提高，并減輕蒸發器結疤提高蒸發效率。

3 結語

碳分母液進一步碳酸化分解，其固體回收物的物相組成主要為三水鋁石、絲鈉鋁石（Na2O·Al2O3·2CO2·nH2O）和一水碳酸鈉（Na2CO3·H2O），按照 Na2O與Al2O3物質的量比為1.0～1.1配料，焙燒后可完全轉化成固體鋁酸鈉。用水溶方式提高回收物的純度，碳分母液中殘留的氧化鋁均可回收，全部用于生產固體鋁酸鈉產品［3］。此工藝若應用于工業生產，可優化燒結法氧化鋁生產中碳化分解工藝過程，為企業帶來可觀的經濟效益。

［1］李太昌.婁東民.燒結法生產氧化鋁碳分母液中氧化鋁回收新工藝技術研究［J］.鋁鎂通訊，1999（1）：3-6.

［2］楊重愚.氧化鋁生產工藝學［M］.北京：冶金工業出版，1982.

［3］魏旭華.從碳分母液中回收化工用碳酸鋁［J］.輕金屬，1996（5）：20-25.

Study on preparation of solid sodium aluminate with carbon liquor from alumina production by sintering process

Xue Wenzhong，Liu Shuqing
（Chongqing Branch of China A luminum Company，Chongqing408403，China）

In carbonation decomposition process of alumina production with sintering process，carbonation decomposition rate according to the fine liquid of silicon content index and product quality of aluminum hydroxide is usually controlled in 90%，and 10%of the alumina residues in the spent carbonated liquor，with the evaporation mother liquor back，go round and begin again through the sintering and dissolution processes.Therefore，the alumina production cost was increased.For the better utilization of carbon residual alumina in carbonated liquor，the preparation of solid sodium aluminate with carbonated liquor was investigated.Research results showed that，solid sodium aluminate products could be prepared through thorough carbonation decomposition，recycling of solid material and sintering，namely，this method can fully recycled residual alumina from spent carbonated liquor.

aluminum oxide；carbonated liquor；carbonation decomposition；solid sodium aluminate

TQ127.16

A

1006-4990（2012）09-0034-02

2012-03-24

薛文忠（1968— ），男，本科，高級工程師，多年從事氧化鋁生產工藝研究工作。

聯系方式：530804833@qq.com