[发明专利]一种三水铝石及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化铝冶金技术，具体涉及一种三水铝石及其制备方法。

背景技术

在氧化铝的工业生产过程中，一般采用碳酸化分解或种子分解两种方式沉淀铝酸钠溶液中的氧化铝，而沉淀出来的氧化铝通常以氧化铝水合物——氢氧化铝(即三水铝石)存在。并且，根据铝酸钠溶液的铝硅比(即氧化铝与氧化硅的重量比)和分解条件的不同，可以沉淀出具有不同氧化硅和氧化钠含量的氢氧化铝产品。

在正常的工业分解率情况下，铝酸钠溶液的铝硅比越高，即溶液中氧化硅的含量越低，沉淀出的氢氧化铝中氧化钠和氧化硅的含量越低；反之，则沉淀出的氢氧化铝中氧化钠和氧化硅的含量越高。这是因为随着分解的进行，溶液中氧化铝的浓度不断降低，同时溶液的铝硅比也不断降低，而当溶液中的铝硅比低于一定数值后，将会发生脱硅反应，从而生成方钠石型水合铝硅酸钠(Na₂O·Al₂O₃·1.7SiO₂·xH₂O)，此时氢氧化铝中氧化钠和氧化硅同时存在。

在常规氧化铝工业生产过程中，铝酸钠溶液在碳酸化分解时的通气速度通常为15-20L/L·H，即每小时向每升溶液中通入的CO₂气体的体积为15-20L，并且通入CO₂气体的体积浓度为37-42％，碳酸化分解时间约为4-6H，分解率约为85-95％。通过上述方法得到的产品中钠含量通常较低，一般小于800ppm，无法适用于某些特殊用途。

发明内容

本发明提供一种三水铝石及其制备方法，通过该方法制备得到的三水铝石的钠含量高，可适用于某些特殊用途。

本发明提供一种三水铝石的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：

1)将铝酸钠溶液置于分解装置中，于50-100℃进行保温；

2)在搅拌条件下，向保温的铝酸钠溶液中通入CO₂气体，并控制通气速度为30-60L/L·H；

3)待所述铝酸钠溶液的分解率为10-40％时，停止通气，并继续搅拌；

4)停止搅拌，对分解装置中的溶液进行固液分离，并对固液分离得到的固体进行洗涤、干燥，得到三水铝石。

本发明人经大量研究发现，在铝酸钠溶液的碳酸化分解过程中，将工艺控制在上述条件下，能够大大提高产品的钠含量(钠离子含量)，推测原因可能在于：铝酸钠溶液在碳酸化分解的初期分解梯度大、分解动力强、晶核聚合程度剧烈，从而会产生大量粒度约1微米左右的三水铝石晶核，通过上述工艺可以强化碳酸化分解过程，从而加剧晶核聚合程度，在晶核剧烈聚合的过程中，溶液中部分钠离子未能逃离而被夹杂在晶粒中间，从而形成了晶间钠，因此能够得到钠含量较高的三水铝石产品。

在本发明中，对碳酸化分解的原料铝酸钠溶液的来源不作严格限制，铝酸钠溶液可以由碱溶铝土矿制备得到，也可以由碱溶氢氧化铝、金属铝等其它含铝原料制备得到。进一步地，所述铝酸钠溶液的铝硅比可以大于500，2000以上更佳。

在本发明中，所述分解装置用于进行铝酸钠溶液的碳酸化分解，其可以为本领域的常规装置或设备。进一步地，为了保证分解过程中CO₂气体的吸收率，可将所述分解装置的高度与直径的比值设置为大于3.0；其中，分解装置为圆柱体时，所述直径为圆柱体顶面/底面的直径；分解装置为立方体时，所述直径为立方体顶面/底面的对角线。

在本发明中，对所采用的CO₂气体无严格限制；出于为了避免CO₂气体中的杂质影响产品质量的考虑，可以控制CO₂气体中固体含量小于0.01mg/标准立方米。此外，CO₂气体的体积浓度可以为10-95％；从经济性和安全性考虑，CO₂气体的体积浓度优选为35-45％。

在本发明中，为了便于控制分解过程和产品矿物组成，在对铝酸钠溶液进行保温时，保温温度可以进一步控制在75-95℃；温度过高时不利于操作，而温度过低时易生成三水铝石以外的氧化铝水合物，例如拟薄水铝石、薄水铝石等。

进一步地，通气速度可以控制在35-45L/L·H；此外，在搅拌条件下进行通气，可以增强气体在溶液中的分散度，对搅拌速度无严格限制，例如可以为200-500r/min，进一步为350-450r/min。