超高濃度鋁酸鈉生產洗滌劑用4A沸石

樊慧芳，王忠慧，韓 輝，劉翔宇，蔡轉紅

（中國鋁業山東分公司研究院研究二所，山東 淄博 255052）

山鋁化學品氧化鋁公司作為中國最大的沸石分子篩生產基地，擁有40萬t洗滌劑用4A沸石的生產能力。隨著國內外各種原材料價格的不斷上漲，生產成本上漲的壓力也越來越大。近年來，響應公司“降本增效”的號召、最大限度地降低4A沸石的生產成本，我們從生產原料入手，研究了一種用超高濃度的鋁酸鈉溶液合成洗滌劑用4A沸石的方法——將燒結法氧化鋁生產中鋁酸鈉溶液與原水玻璃直接合成4A沸石，其固含從 180～200g·L-1提高至 300～350g·L-1， 依次經漿化、晶化等一系列連續合成工藝制得4A沸石產品。該方法的技術難點是“超高濃度合成4A沸石技術”，故試驗按合成濃度逐漸升高方式進行，合成濃度起點為120g·L-1。此方法既簡化了生產工藝又提高了料漿的固含量，是降低4A沸石生產成本的有效手段之一。

1 4A沸石生產工藝的改進

公司現行的水熱合成法生產4A沸石是將氧化鋁生產的中間產物鋁酸鈉溶液調配至AO濃度：65～70g·L-1左右，按一定的比例加入原水玻璃，其料漿固含量為 180～200g·L-1，經漿化、晶化得到合格料漿，再經壓濾、洗滌、烘干得到最終產品。

本研究是用超高濃度的鋁酸鈉溶液與原水玻璃直接合成洗滌劑用4A沸石，以提高料漿的固含量，降低晶化溫度，穩定結晶過程，降低生產成本。

改進工藝的具體步驟如下：以燒結法氧化鋁生產中的超高濃度鋁酸鈉溶液為原料（Al2O3濃度達到 120～150g·L-1），不調配沖稀，與原水玻璃直接按照硅鋁比1.8～2.1進行合成，以一定的流速同步加入開動高速攪拌裝置的反應容器內（因為料漿特別粘稠，攪拌裝置選擇超高強度的設備），經過15～30min攪拌漿化成膠，其料漿溫度大約40～50℃，加入一定量的 4A 沸石導向劑［2］，移入恒溫水浴，快速加熱升溫至65～70℃晶化，物料在該環境下成核至合格晶核，其過程保持2～3h后取樣，用顯微鏡觀察樣品晶核是否長好，合格后進行液固分離、洗滌和烘干，得4A沸石產品。

在此工藝流程中，對于技術點的控制有2個難點，一是2種超高濃度溶液并流加入反應槽的流速要控制在一定的流速范圍內，否則，容易導致凝固不利于漿化反應的進行。另一個難點是對于反應設備——超高強度攪拌的要求，攪拌的好壞直接決定了物料反應的完全程度，因此，選擇一種適合此種料漿的攪拌設備非常關鍵。

2 實驗內容

2.1 反應機理

（1） 4A 沸石合成體系：2.8～3.0 Na2O·Al2O3·1.8～2.1 SiO2·55～68 H2O。

（2） 4A 沸石反應方程式［3］：

2.2 4A沸石生產工藝流程圖

2.3實驗原料

（1） 原 水 玻 璃 成 分 ：Na2O 112.14g·L-1，SiO2314.5g·L-1。

（2）實驗用鋁酸鈉溶液成分（表1）。

表1 鋁酸鈉溶液成分

2.4 試驗結果

由表1不同的溶液分別與原水玻璃合成4A沸石，其所得產品的指標見表2。

表2 實驗產品4A沸石物化指標

2.5 結果

（1）從表2可以看出，燒結法氧化鋁生產中的鋁酸鈉溶液與原水玻璃直接合成4A沸石，無需沖稀，提高了合成料漿的固含量，固含量由原來的 180～200g·L-1依次提高至 300～350g·L-1， 產率是現行生產的1.5倍以上，提高了4A沸石的產能，降低了合成成本。

（2）從X光定性圖譜分析合成產品幾乎無雜項，結晶度高達80%以上。從電鏡（圖1）鏡貌來看，大多數顆粒為規則的截角六面體，出現少量的雜晶。有孿晶出現，與正常生產品相比孿晶度降低，孿晶之間分散性好。

（3）從粒度［4］圖譜（圖 2）上可以看出不同濃度下的鋁酸鈉溶液，其粒度分布完全達到中鋁企業標準《洗滌用 4A 沸石》Q／Chalco AO21-2004（見表3），均勻且穩定，易于包裝，達到各種客戶的要求。

（4）4A 沸石的鈣交換，白度，p H，色度等各項指標無異常現象，達到中鋁企業標準《洗滌用4A沸石》Q ／Chalco AO21-2004。

表3 4A沸石產品標準

2.6 簡單的經濟效益核算

原有合成工藝按每天合成6370m3（理論值）合格料漿，固含 180g·L－1， 日產量 1146.4t， 水耗4.5t／t沸石，電耗 80～105k Wh·t－1沸石。 本方法連續合成工藝，每天合成合格料漿量同原有工藝相同，漿化料漿固含 300g·L－1，日產能 1911t，水耗4t·t－1沸石，電耗 110k Wh·t－1沸石；生產過程中所產生的廢液廢水回氧化鋁生產大流程，不產生環境污染問題。

3 結論

（1）本工藝流程簡單，減少了調配鋁酸鈉溶液的工序，簡化了工藝流程，其合成濃度從180～200g·L－1提高至 300～350g·L－1， 實現了單槽產能的提高，對水、電、蒸汽消耗的降低有積極的作用，極大地降低了生產4A沸石的成本。

（2）本工藝路線清晰，對環境不構成污染，環境效益顯著，充分利用了燒結法生產氧化鋁的優勢，進一步發展了化學品氧化鋁，具有良好的社會效益。

（3）4A沸石的質量指標達到中鋁企業標準《洗滌用 4A 沸石》Q／Chalco AO21-2004，完全滿足用戶的使用要求。該方法值得推廣與應用。

［1］ 杜善國，王松亭，趙善雷.活性水玻璃溶液合成洗滌劑用 4A 沸石［J］.無機硅化合物，2008，（3）：44-46.

［2］ 焦淑紅，鄒若飛，武玉梅.導向劑在合成洗用4A沸石中的應用［J］.江蘇化工，2004（3）：48-50.

［3］ 徐如人，龐文琴，屠昆崩，等.沸石分子篩的結構與合成［M］.長春：吉林工業出版社，1987.

［4］ 喬當致，趙聯軍.影響洗滌劑助劑4A沸石質量的主要因素［J］.山西化工，1996，（1）：13-15.