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摘要：随着国内净水剂行业的蓬勃发展，酸溶率高、反应速度快、产能耗低、无污染的易溶氢氧化铝，未来将逐步替代普通氢氧化铝成为净水剂生产的主要原料。易溶氢氧化铝是以拜耳法精液通过添加活性晶种，控制合理的分解温度和较小的温度梯度，不进行种子循环而分解得到的氢氧化铝。易溶氢氧化铝以其优越的易溶解性能被广泛应用于各类铝盐、催化剂、填料等行业，特别是在净水剂行业，具有比普通氢氧化铝无可比拟的优势。文章对影响易溶氢氧化铝酸溶率的因素进行了深入研究分析，针对易溶氢氧化铝分解工艺中晶种活性这一关键点，结合生产实际情况分析出单槽分解中晶种循环、碳分晶种粒度波动等影响晶种活性的因素，提出了采用连续分解技术（晶种不循环）、砂磨机磨制晶种技术，提高了晶种活性和稳定性，进而提高了易溶氢氧化铝酸溶率，效果良好。
关键词：易溶氢氧化铝；酸溶率；连续分解；砂磨机
聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂。聚合氯化铝是一种净水剂，能除菌、除臭、脱色等，还可用于净化饮用水和自来水给水等特殊水质的处理，如除铁、除镉、除氟、除放射性污染物、除浮油等。欧洲聚合氯化铝的应用已约占整个市政水处理市场的70％，日本约占整个市政水处理市场的90％。国内净水剂市场上聚合氯化铝占据的60％以上，是国家主要发展的环保产品之一。根据全国铝盐行业协会统计的全国聚铝数据表明，黄色固体聚铝年需求氢氧化铝20.8万吨，白色固体聚铝年需求氢氧化铝10万吨，氢氧化铝总需求量在30.8万吨/年。
普通氢氧化铝生产聚氯化铝时存在反应残留量大、能耗高、流程复杂等弊端。2013年山东某铝厂结合自身工艺特点研发了易溶氢氧化化铝，其晶型结构疏松、不规则，酸溶出率高，残留少；反应速度快，效率高；常温反应，产能耗低；生产过程无污染、无粉尘，是生产聚氯化铝的高性价比绿色节能原料。易溶氢氧化铝是以拜耳法精液通过添加活性晶种，控制合理的分解温度和较小的温度梯度，不进行种子循环而分解得到的氢氧化铝。易溶氢氧化铝以其优越的易溶解性能被广泛应用于各类铝盐、催化剂、填料等行业，特别是在净水剂行业，具有比普通氢氧化铝无可比拟的优势。同样条件下，原料消耗低、反应速度快、设备使用寿命长，生产成本低。预计未来将逐步替代普通氢氧化铝成为净水剂生产的主要原料。
2021年8月国家正式施行了新标准，明确规定饮用水级聚铝必须采用氢氧化铝和合成盐酸作为原料。随着国内净水剂行业的蓬勃发展，行业竞争激烈，对其质量要求也越来越高。酸溶率是衡量易溶氢氧化铝好坏最重要的指标，为持续提升产品市场竞争力，2022年山东某铝厂对这一如何提升易溶氢氧化铝酸溶率的题进行了深入研究，研究目标酸溶率由95%提升至97%。
1影响酸溶率的原因分析
易溶氢氧化铝生产工艺流程与普通氢氧化铝生产工艺流程大体一致，不同点在于分解条件差异。拜耳法的基本原理如下。
首先在高温高压条件下以NaOH溶液溶出铝土矿，使其中的氧化铝水合物按上式向右进行反应得到铝酸钠溶液，铁、硅等杂质进入赤泥；而向彻底经过分离赤泥后的铝酸钠溶液添加晶种，在不断搅拌和逐渐降温的条件下进行分解，使上式向左进行反应析出氢氧化铝，并得到含大量氢氧化钠的母液；母液经过蒸发浓缩后再返回用于溶出新的一批铝土矿。易溶氢氧化铝所需原料来自于拜尔法铝酸钠溶液，铝酸钠溶液在稀释和冷却的情况下分解并析出氢氧化铝。
易溶氢氧化铝晶形晶貌不规则、疏松，要求铝酸钠溶液分解过程中分解速度快、分解剧烈。分解技术条件包括分解原液浓度、分子比、晶种数量和分解时间等。实际生产中，工艺流程一定的前提下，分解温度、分解时间一定情况，晶种活性对分解效果影响最大，晶种活性越高反应越快，反应越快，反应越激烈，所得到的氢氧化铝结构越疏松、不规则，反之亦然。影响易溶氢氧化铝分解工艺的主要因素。
1.1单槽间断分解技术的影响
晶种的质量是指它的活性大小，它取决于晶种的制备方法和条件、保存时间及结构和粒度（比表面积）等因素。新沉淀出来的氢氧化铝活性比经过长期循环的氢氧化铝大得多；粒度细，比表面积大的氢氧化铝的活性远大于颗粒粗大、结晶完整的氢氧化铝。高活性的晶种是生产易溶氢氧化铝的分解工艺的关键。新分解出的氢氧化铝的活性比经过长期循环的氢氧化铝大的多，粒度细、比表面积大的氢氧化铝活性远大于颗粒粗大，结晶完整的氢氧化铝。早期采用单槽间断分解技术，一个完整作业周期分为进料、添加晶种、分解、出料四个过程，每次出料完毕后槽内尚有少量余料，这部分余料在下一轮的分解作业中可充当晶种的作用。然而单槽间断分解技术无法消除晶种长期循环对分解技术的破坏。因余料反复循环停留时间长，晶种活性变差，导致氢氧化铝酸溶率有时波动。
1.2晶种制备方法的影响
早期的易溶氢氧化铝晶种制备采用铝酸钠碳酸化分解法。该方法是向铝酸钠溶液中通入二氧化碳气体的方法制备晶种，是一个气、液、固三相参加的复杂的多相反应，包括二氧化碳被铝酸钠溶液吸收以及二者间的化学反应和氢氧化铝的结晶析出。碳酸化分解的初期，溶液中的苛性碱不断被中和，但氢氧化铝并不随着溶液的苛性系数的降低而相应析出。从通入二氧化碳中和可行性碱到氢氧化铝析出有一诱导期。在不加晶种的条件下，由于铝酸钠溶液与氢氧化铝间的界面张力大，分解时产生的氢氧化铝新相成为晶核，其表面积极大，分解过程提供不了这么大的表面能，晶核难以自发生成，存在一个诱导期。但随着二氧化碳持续通入，苛性比下降到一定程度时，溶液处于极大不稳定状态。氢氧化铝从溶液中猛烈析出，形成自动催化过程。碳酸化分解采用石灰炉气（含CO2约38%~40%），分解速度快，氢氧化铝中细粒子含量多，延长通气时间，碳分产物氢氧化铝的平均粒度增加。分解温度也是影响氢氧化铝粒度主要因素，提高温度使晶体长大速度大大增加，降低温度可以使饱和度增加，温度太低又会增加二次成核使产品细化，温度升高分解产物的粒度越大。由以上分析可知，实际生产过程中由于受碳酸化分解工艺特性、温度波动、二次成核等因素影响，造成碳酸分解法制成的晶种，粒度分布较宽，比表面积指标波动大，晶种活性不稳定，是制约易溶氢氧化铝酸溶率提高的一个重要因素。
1.3易溶氢氧化铝分解工艺技术条件对酸溶率的影响
分解温度是易溶氢氧化铝研究中的一个重要因素，铝酸钠溶液的分解率随着分解初温的升温的升高其酸溶率也逐渐降低，主要是因为升高分解初温使晶体的成长速度增加，故提高了分解率，另外也使氢氧化铝的粒度变大，降低了酸溶率。随着添加晶种数量的增加，铝酸钠溶液分解速率也随之提高，增加分解时间，溶液分解率增加幅度降低，分解时间对酸溶率没有明显影响提高晶种的数量酸溶率明显降低。分解原液的浓度和分子比试影响分解速度和分解槽产能最主要的因素，中等浓度的过饱和铝酸钠溶液具有较低的稳定性，分解溶度和分子比与工厂所处理的矿石类型有关，溶液浓度高不利于得到粒度粗和强度大的氢氧化铝。实际生产中，对分解温度、分解原液、分子比等指标，可以通过加强工艺管理使其保持相对稳定。
2研究内容
2.1研究思路
该项研究将紧紧围绕改善分解工艺、提高晶种活性开展。对如何消除晶种打循环对分解过程的影响，国内外许多工程技术人员对其进行了深入研究，提出了许多方法。主要有加活性种子单槽间断分解技术；加活性种子、种子循环式连续分解技术等，这些分解技术均无法克服因种子打循环导致种子失去活性的难题，无法提升氢氧化铝的酸溶率。本次研究提出了连续分解技术、晶种不循环这一解决方案。针对碳分法制晶种，粒度、比表面积指标不易控制这一问题点，本次研究提出了砂磨机磨制晶种这一解决方案。
（1）开发出一种连续分解技术，始终保持连续分解产量的产排平衡，没有多余晶种在槽内进行循环，彻底消除精种循环导致晶种活性变差的弊端，确保分解过程中使用的晶种全部为活性、新鲜晶种，从而提高易溶氢氧化铝的酸溶率。
（2）磨制晶种代替碳分晶种。流程改造，新上一台砂磨机，磨制磨制更细、粒度均匀、粒级分布集中、活性更强的晶种。砂磨机是物料适应性最广、最为先进、效率最高的研磨设备，研磨腔最为狭窄，拨杆间隙最小，研磨能量最密集，配合高性能的冷却系统和自动控制系统，可实现物料连续加工连续出料，极大的提高了生产效率。砂磨机属于湿法超细研磨设备，是从球磨机发展而来。入筒内的浆料，使其中的固体物料细化合格的浆料穿过小于研磨介质粒度的过滤间隙或筛孔流出。筒体部分备有冷却或加热装置，以防筒内因物料、研磨介质和圆盘等相互摩擦所产生的大量的热影响产品质量，或因送入的浆料冷凝以致流动性降低而影响研磨效能。砂磨机在细化物料的同时，还有分散和混合作用。将砂磨机应用于氢氧化铝湿法研磨，密闭式连续生产，产品研磨分散细度均匀、品质好，生产效率高。
2.2技术方案
2.2.1连续分解技术，杜绝晶种循环
严格按照产洗平衡进行精准控制，精确控制晶种加量。对分解系统设备的整体结构进行改造，研发一种新型易溶氢氧化铝分解机构。
该机构由若干储料槽体组成，各槽体连接管道上设有计量泵，根据连续分解精液流量，根据晶种比计算晶种加入量，通过计量泵进行控制，保证晶种精确添加。各个槽体之间的过料采用空气升液器技术，通过在槽间过料管道施加一定的高压空气，使提料管中料浆比重变小，从而使槽内物料与提料管物料之间形成压差，从而实现了槽间的过料，完全消除了单槽出料出不净料的弊端。通过对溶液成分、过料量、分解率进行测量，实现平盘洗涤量进行预判，保证分解槽生产多少产品，平盘过滤机就洗涤多少产品。始终保持连续分解产量的产排平衡，没有多余晶种在槽内进行循环，彻底消除晶种循环导致晶种活性变差的弊端，确保分解过程中使用的晶种全部为活性、新鲜晶种。
2.2.2磨制晶种代替碳分晶种
卧式砂磨机是一种水平湿式连续性生产之超微粒分散机。卧式砂磨机筒体内的旋转主轴上装有多层圆盘。当主轴转动时，研磨介质在旋转圆盘的带动下研磨压入筒内的浆料,使其中的固体物料细化合格的浆料穿过小于研磨介质粒度的过滤间隙或筛孔流出。筒体部分备有冷却或加热装置，以防筒内因物料、研磨介质和圆盘等相互摩擦所产生的大量的热影响产品质量，或因送入的浆料冷凝以致流动性降低而影响研磨效能。原料送入主机之研磨槽，研磨槽内填充适量之研磨媒体，由分散叶片高速转动，赋予研磨媒体以足够之动能，与被分散之颗粒撞击产生剪力，达到分散的效果，再经由特殊之分离装置，将被分散物与研磨媒体分离排出。利用料泵将经过搅拌机预分散润湿处理后的固－液相混合物料输入筒体内，物料和筒体内的研磨介质一起被高速旋转的分散器搅动，从而使物料中的固体微粒和研磨介质相互间产生更加强烈的碰撞、摩擦、剪切作用，达到加快磨细微粒和分散聚集体的目的。研磨分散后的物料经过动态分离器分离研磨介质，从出料管流出。卧式砂磨机特别适合分散研磨黏度高而粒度要求细的产品。
实施过程中，拆除碳化塔新上一台砂磨机磨制晶种，新安装一期立盘滤液管道DN120m至8#碳份槽。安装砂磨机出口到1#缓冲槽管道。安装2#缓冲槽进砂磨机管道。安装一台渣浆泵从2#缓冲槽进晶种槽或进1#缓冲槽。磨制晶种粒度D50≤6μm。磨制精种相对碳化晶种粒度分布更加集中，比表面积更容易控制，活性更加稳定，避免易溶氢氧化铝酸溶率出现大的波动。
3技术效果
（1）实施连续分解技术、砂磨机技术后，易溶氢氧化铝易溶氢氧化铝在酸中的溶解速度很快，反应开始即分散成细小的晶粒，易于溶解。效果明显，易溶氢氧化铝粒度D50范围为58μm~70μm，酸溶率由95%提升至97%以上，
（2）表面形态分析。易溶氢氧化铝具有不同于普通氢氧化铝的晶形结构，其独特的晶形结构是酸溶率高的主要原因。项目实施后，易溶氢氧化铝微观结构变化，晶型结构更加不规则、疏松，有利于酸溶率的提高。
（3）易溶氢氧化铝酸溶率的提高，有力的促进了聚氯化铝行业提高流程效率，实现节能减排清洁生产，对行业的升级发展起到了积极的促进作用。
4结语
（1）随着国内净水剂行业的蓬勃发展，作为聚合氯化铝生产原料氢氧化铝需求量不断增加。相对于普通氢氧化铝，易溶氢氧化铝具有酸溶率高、应速度快、产能耗低、无污染等优点，是生产聚氯化铝的高性价比绿色节能原料，预计未来将逐步替代普通氢氧化铝成为净水剂生产的主要原料。
（2）净水剂原料行业竞争激烈，提升酸溶率将是易溶氢氧化铝未来主要技术研发方向，是提升市场占有率的重要措施。
（3）高活性的晶种对易溶氢氧化铝生产至关重要，只用高活性的晶种才能保证快速分解、剧烈分解，生产出疏松、不规则晶形晶貌的易溶氢氧化铝。
（4）连续分解技术、新型易溶氢氧化铝分解机构，可以彻底解决晶种分解过程中打循环问题，确保分解过程中使用的晶种全部为活性、新鲜晶种。
（5）磨制晶种代替碳分晶种，可以使晶种更细，晶种粒度分布更加集中，晶种活性更好，便于生产控制，可以有效减少酸溶率波动。后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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提高易溶氢氧化铝酸溶率研究论文
人参与 2024-09-05 13:53:45 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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