高純大孔擬薄水鋁石生產工藝及影響因素

樊慧芳，周薛霞，宋科鵬，孔 杰

（中鋁山東股份有限公司研究院，山東 淄博 255052）

中鋁山東股份有限公司研究生產擬薄水鋁石已接近30多年的歷史，有普通和特種擬薄水鋁石兩大類十多個種類，但一直未有高純擬薄水鋁石的研制與生產。目前國內未實現工業化生產。全球生產高純擬薄水鋁石的企業主要是Sasol公司，年產量有7萬噸，采用醇鋁水解法生產，產品純度高但價格昂貴。隨著國家環保力度加大，石油精制（脫硫、脫氮、烷基化）催化劑、重整催化劑和生產尾氣、汽車尾氣凈化催化劑的用量急劇增加，此類催化劑采用高純擬薄水鋁石做粘結劑或載體，因此高純擬薄水鋁石市場前景看好，用量將逐年上升，并且生產的產品質量高，簡單可行，生產成本低，能滿足更廣泛的應用領域，易于工業推廣。由于高純擬薄水鋁石國內尚無工業化生產，全部依賴進口，主要以Sasol公司生產的SB粉為主，年進口量在1萬噸左右，因此研發生產高純擬薄水鋁石是十分必要和亟需的。

1 試驗部分

（1）實驗原料。①氫氧化鋁：來自新材料公司；液堿：來自氯堿廠。②CO2氣：來自氧化鋁廠進行凈化處理。③高純水：高純線自制，蒸餾水來自氧化鋁生產大流程。

（2）試驗方法。①國外高純擬薄水鋁石采用醇鋁法生產，即高純鋁與異丙醇反應生成異丙醇鋁，再與水發生水解反應生成異丙醇和高純擬薄水鋁石。②本文采用碳化法，即用液堿重溶氫氧化鋁后得到的比較純的鋁酸鈉溶液，再進行預分解進一步提純，得到純度合格的鋁酸鈉溶液，然后通入CO2氣進行碳酸化分解，生成高純大孔擬薄水鋁石料漿，接著分離料漿，使得固液分離，再用合適溫度的高純水，進行洗滌制得高純大孔擬薄水鋁石濕品，最后再進行高純度烘干粉碎。整個工藝過程必須在不引入其他雜志的情況下進行。

（3）實驗設備。①分解槽。②蠕動泵。③過濾系統。④循環水真空泵。⑤烘箱。

（4）檢測方法及設備。產品定性通過X-衍射儀測得；水份、灼減、采用重量法測定；其他微量雜質元素采用光電直讀光譜儀測定；孔容、比表面采用氮吸附比表面儀測定。

（5）工藝流程。①高純鋁酸鈉溶液制取。首先，取新材料公司氫氧化鋁原料1000g和4L含氫氧化鈉30%的堿液加入到不銹鋼反應槽中，放置在電熱板上進行加熱，反應槽溫度控制在105℃～110℃之間，反應時間控制在2小時～4小時，得到鋁酸鈉溶液。其次，把鋁酸鈉溶液加入到分解槽內進行預分解，控制氧化鋁損失在5%內，過濾后得到高純度鋁酸鈉溶液，用高純水進行稀釋調配，控制鋁酸鈉溶液濃度為15g/l～40g/l。②高純大孔擬薄水鋁石的制取。進行碳分實驗，取調配好的鋁酸鈉溶液10L放入分解槽內，初溫控制在室溫15℃～25℃之間，通入濃度為34%～38%CO2氣，控制每小時的流量在1.0m3/h～2.5m3/h，反應時間控制在50分鐘～80分鐘，控制氧化鋁殘留小于1g/l，終溫控制在25℃～40℃，得到大孔擬薄水鋁石料漿，將料漿過濾，用70℃～80℃的高純水洗滌大孔擬薄水鋁石濾餅，直至洗滌到洗液PH值7.0左右，將合格濾餅放入烘箱烘干，烘箱溫度控制在70℃～90℃，烘干后進行粉碎研磨成合格產品，得到高純大孔擬薄水鋁石。整個工藝過程盡可能的不要帶入雜質，保證產品指標達到要求。③產品指標。見圖1。④工藝流程圖。見圖2。

表1 產品指標樣本信息

2 結果與討論

（1）高純鋁酸鈉溶液原料的制取。①原料氫氧化鋁選取新材料公司的系列產品中批號為50SP的產品，該產品是由燒結法工藝生產過程中的鋁酸鈉溶液經過種分而成的產品，該產品白度高，粒度合適，雜質少，重溶效果好，制得的鋁酸鈉溶液穩定，節約成本，因此，選用該產品為原料，重溶制取鋁酸鈉溶液。②對于重溶得到的鋁酸鈉溶液，其中的雜質比拜耳法生產的氫氧化鋁的雜質含量低，但是還達不到高純系列產品的指標要求，因此我們經過多次試驗發現，對該鋁酸鈉溶液進行限度的分解生成一定濃度的氫氧化鋁，可以吸附不溶于堿液并且不能過濾的膠團，還可以吸附溶于堿液的Fe，Na，等微量元素，達到進一步提純鋁酸鈉溶液的效果，不過缺點是損失一定的氧化鋁。

圖1 高純大孔擬薄水鋁石的制取過程監測

圖2 高純大孔擬薄水鋁石工藝流程簡圖

（2）高純大孔擬薄水鋁石的制取。①反應溫度的控制。二氧化碳分解鋁酸鈉溶液的過程中，首先，要保證鋁酸鈉溶液的初溫不能太高，控制溫度要小于28℃，一般在室溫，如果初溫過高會生成大于3%氫氧化鋁雜質，也不能太低，如果低于15℃則會使反應速度變慢，并且CO2吸收率變低，反應時間過長，不利于生產。因此，控制好反應初溫，至關重要。其次，反應終溫要控制在25℃～40℃之間，如果終溫過高也會生成大于3%氫氧化鋁雜質，在反應過程中應該設有一定的降溫措施，保證反應過程溫度不要過高。②反應濃度的控制。二氧化碳分解鋁酸鈉溶液的過程中，鋁酸鈉溶液的濃度要在合適的范圍，一般不能過高也不能太低，經過多次試驗發現，如果濃度高于40g/l則擬薄水鋁石定性檢測，發現雜質超標，如果濃度低于15g/l則生產率太低，生產成本變高，因此，經過多次對比試驗最好控制濃度在20g/l～40g/l左右，各方面都可以達到好的效果。③洗水溫度的控制。經過分解工藝得到擬薄水鋁石料漿，分離后的濾餅，要使用高純水進行洗滌，并且有實驗數據發現，洗水溫度要控制在70℃～90℃，過低的水溫洗滌，使得濾餅中的氧化鈉難于洗滌，用水量大，洗滌效果差，過高的水溫使得產品關鍵指標，孔容，比表面發生一定的變化。因此最好控制水溫在80℃左右。④雜質的控制。在整個反應過程中，既是生產高純大孔擬薄水鋁石的過程，也是變性除雜的過程，存在于反應物的微量雜質會被吸附在擬薄水鋁石濾餅，因此，只要是有可能引入雜質的步驟，都要控制，分解過程，分離過程，洗滌過程，烘干過程，粉碎包裝過程，都不能引入新的雜質，也盡可能不增加現有的雜質。

3 結論

（1）高純原料的選取與制取，選取氫氧化鋁50SP作為最開始的原料，控制預分解程度，使得氧化鋁損失不超過5%，制取高純的鋁酸鈉溶液。高純水的選取是用蒸餾水再經過除雜過程，得到更純凈的高純水，用來配料和洗滌。

（2）二氧化碳在進行分解之前要通過水洗，除去二氧化碳里含有的可溶于鋁酸鈉溶液的雜質，得到進一步提純的二氧化碳氣，一般二氧化碳濃度在34%-39%之間，壓力85MPa～90MPa之間。

（3）二氧化碳分解鋁酸鈉溶液所需反應時間控制在50分鐘～80分鐘，控制氧化鋁殘留小于1g/l，經過分解，分離，直至洗滌到洗液PH值7.0左右，將合格濾餅放入烘箱烘干，烘箱溫度控制在70℃～90℃，烘干后進行粉碎研磨成合格產品，得到高純大孔擬薄水鋁石。整個工藝過程盡可能的不要帶入雜質，保證產品指標達到要求。