礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)工藝方法研究

張繼普

（河南省有色地礦局五大隊，河南 鄭州 450000）

氫氧化鋁是鋁的氫氧化物，化學(xué)方程式表示為AL(OH)3，是一種透明膠狀的礦物物質(zhì)，氫氧化鋁具有明顯的化學(xué)特征，該礦物物質(zhì)不能與水相溶，具有較差的抗酸性，即容易與酸性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此氫氧化鋁又被稱為一水合偏鋁。其表面有一層粘膜狀的保護膜，不易與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，因此通常情況下氫氧化鋁不產(chǎn)生二氧化碳。氫氧化鋁按照用途可分為工業(yè)級氫氧化鋁和醫(yī)藥級氫氧化鋁兩種，其中工業(yè)級氫氧化鋁常被用于制作汽車零配件、設(shè)備零備件等，醫(yī)藥級氫氧化鋁可以用于實驗室實驗，因此氫氧化鋁的社會用途比較廣泛。氫氧化鋁主要生產(chǎn)于礦產(chǎn)加工中，由于礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁顆粒比較大，具有較好的流動性，并且物質(zhì)強度較高，因此礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)具有一定的難度，目前現(xiàn)有的方法主要為拜耳法，這種方法雖然能夠解決礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁加工的一些問題，并且加工效率比較快，但是加工而成的氫氧化鋁利用率較低，在生產(chǎn)開發(fā)過程中需要消耗大量的原材料，并且產(chǎn)出的氫氧化鋁品質(zhì)較低，已經(jīng)無法滿足氫氧化鋁開發(fā)需求，為此提出礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)工藝方法研究。

1 礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)工藝方法

1.1 氫氧化鋁原料種子制備

礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)中首先需要對礦產(chǎn)原材料進行合理制備，此次根據(jù)氫氧化鋁開發(fā)需求，選擇烘干法對氫氧化鋁原料種子進行制備，其制備過程如下。

首先將礦產(chǎn)原材料中氫氧化鋁放入到KOSD-D56S型號烘干機中進行烘干，烘干時間要控制在110min～120min之間，烘干溫度設(shè)定為115℃～125℃左右；然后利用蒸發(fā)母液將氫氧化鋁原料進行蒸母活化，蒸發(fā)母化的目的是改變氫氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)，蒸發(fā)母液的配置對氫氧化鋁原料種子制備起到關(guān)鍵作用，其配置原料主要由蒸餾水、碳酸鈉、碳酸鹽，其配比為蒸餾水：碳酸鈉：碳酸鹽=1:1:3，將配置好的蒸發(fā)母液在使用前需要用水對其進行稀釋，因為蒸發(fā)母液制備完成后到使用期間需要一些時間，在該過程中母液中的水會被蒸發(fā)掉一部分，因此需要用水對其進行稀釋，稀釋到N170g/l。將蒸發(fā)母液倒入到氫氧化鋁原料中，并將其共同放在水浴中進行活化，活化溫度控制在100℃～105℃之間，活化時間控制在45min～60min，在活化過程中需要利用機械對其進行充分攪拌，使氫氧化鋁原料種子到D75um～85um。最后將活化后的料漿進行過濾，從而得到了氫氧化鋁原料種子，用于后續(xù)深層開發(fā)。

1.2 原料種子焙燒

氫氧化鋁原料種子制備完成之后，進入到原料種子焙燒工序中，此次氫氧化鋁原料種子焙燒試劑選擇生石灰、氫氧化鈉、硅酸鈉、丁基黃藥四種試劑，焙燒設(shè)備選擇箱式電阻爐，在焙燒過程中需要嚴格把握焙燒溫度和焙燒時間等參數(shù)，在焙燒過程中氫氧化鋁原料種子焙燒溫度對氫氧化鋁開發(fā)質(zhì)量具有重要影響作用，傳統(tǒng)工藝在焙燒階段中通常將焙燒溫度設(shè)定在500℃左右，為了研究出符合氫氧化鋁原料種子的焙燒溫度參數(shù)，進行焙燒溫度與氫氧化鋁浸出率和回收率測試。

測試過程中將氫氧化鋁原料種子焙燒時間設(shè)定為3.5小時，生石灰、氫氧化鈉、硅酸鈉、丁基黃藥、丁銨黑藥用量分別為15kg、10.5kg、14.5kg、18.5 kg、14.5kg，氫氧化鋁原料種子漿液濃度為55%，將制備后的氫氧化鋁原料種子分別通過400℃、500℃、600℃、700℃焙燒溫度進行焙燒。測試結(jié)果表明，氫氧化鋁原料種子中氫氧化鋁的浸出率和回收率會隨著焙燒溫度的增加而增加，當焙燒溫度高達700℃時，氫氧化鋁浸出率達到92.4%，氫氧化鋁的回收率達到95.4%，達到理想狀態(tài)。

焙燒過程中不僅焙燒溫度會對氫氧化鋁開發(fā)質(zhì)量具有重要影響作用，焙燒時間也需要嚴格把控，所以為了研究出符合氫氧化鋁原料種子的焙燒時間參數(shù)，進行焙燒時間與浸出率和回收率測試。

測試過程氫氧化鋁原料種子溶液焙燒溫度設(shè)定為700℃，其他參數(shù)與上文焙燒溫度測試參數(shù)相同，將氧化后的樣品溶液分別經(jīng)過1.5小時、2.5小時、3.5小時、4.5小時焙燒。

測試結(jié)果表明，氫氧化鋁原料種子中氫氧化鋁的浸出率和回收率會隨著焙燒時間的增加而增加，當焙燒時間大于2.5小時后，氫氧化鋁的浸出率和回收率呈下降趨勢，也就是說焙燒時間對于氫氧化鋁的浸出率和回收率影響較小，焙燒溫度才是關(guān)鍵因素，所以確定礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)中氫氧化鋁原料種子焙燒時間為2.5小時，焙燒溫度為700℃，其具體焙燒過程如下圖所示。

圖1 氫氧化鋁原料焙燒流程圖

首先將氫氧化鋁種子內(nèi)加入生石灰、氫氧化鈉、硅酸鈉、丁基黃藥四種試劑，利用數(shù)顯增力電動攪拌機，將氫氧化鋁種子與試劑進行攪拌和融合，然后等到5.5min后使氫氧化鋁種子溶液被試劑充分氧化，最后將氧化后的氫氧化鋁種子放入箱式電阻爐中進行焙燒，焙燒時間與焙燒溫度按照上文測試中數(shù)值，以此完成原料種子焙燒。

1.3 氫氧化鋁蒸發(fā)提取

焙燒完成之后對氫氧化鋁進行蒸發(fā)提取，該過程使用到的設(shè)備主要為降膜蒸發(fā)器，降膜蒸發(fā)器的作用是將焙燒后的氫氧化鋁種子中含有的其它雜質(zhì)去除掉。在對氫氧化鋁原子進行蒸發(fā)提取之前，需要將焙燒后的氫氧化鋁種子中加入精液1000ml，使其變成氫氧化鋁原液，然后將其放入到降膜蒸發(fā)器進行蒸發(fā)提取。降膜蒸發(fā)器由加熱蒸發(fā)室、循環(huán)管束、氣流通道以及制冷劑分配器四部分組成，氫氧化鋁原液經(jīng)循環(huán)管束將其傳送到加熱蒸發(fā)室的頂部，然后由制冷劑分配器分布制冷劑后，在重量的作用下使氫氧化鋁原液自上而下流動，氫氧化鋁原液在加熱狀態(tài)下變成蒸汽，最后蒸汽經(jīng)過氣流通道流出體外。管式降膜蒸發(fā)器在對氫氧化鋁原液雜質(zhì)進行過濾之前，首先將蒸發(fā)器的循環(huán)管束采用叉排的方式進行排列，并且降膜區(qū)的管束采用轉(zhuǎn)45°三角形排列，滿液區(qū)的管束采用矩形排列，這種排列方式可以降低滿液區(qū)的位置，以此減少制冷劑的使用量，降低管式降膜蒸發(fā)器的萃取成本。此外，管束與管束之間的距離在條件允許的范圍內(nèi)進行小，通常情況下在0.15m～0.18m之間，這樣可以取得良好的換熱效果。將管式降膜蒸發(fā)器萃取得到的氫氧化鋁溶液在200℃條件下進行烘干，從而形成氫氧化鋁，以此完成礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)。

2 實驗論證分析

實驗以某氫氧化鋁礦產(chǎn)作為實驗對象，在該礦產(chǎn)中選取10kg氫氧化鋁原料，該原料中含有0.017%二氧化硫，0.016%四氧化三鐵，97.52%氫氧化鋁，將其平均分成五份，利用此次設(shè)計方法與傳統(tǒng)方法對該氫氧化鋁礦產(chǎn)原料進行開發(fā)。實驗按照上述流程對氫氧化鋁進行開發(fā)，實驗利用測量儀器測試出兩種方法對五個實驗樣本的加工成果，即每種方法加工后氫氧化鋁的開發(fā)量，根據(jù)實際值計算出兩種方法的原料利用率，將其作為實驗結(jié)果，對兩種工藝方法進行對比分析，實驗結(jié)果如下表所示。

表1 兩種方法原料利用率對比（%）

從上表可以看出，此次設(shè)計方法對氫氧化鋁原料利用率基本在99%以上，而傳統(tǒng)方法平均利用率僅為62.48%，遠遠低于設(shè)計方法，因此實驗證明設(shè)計方法更適用于礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)。

3 結(jié)束語

本文對礦產(chǎn)加工中氫氧化鋁開發(fā)工藝方法進行了研究，在傳統(tǒng)方法基礎(chǔ)上針對氫氧化鋁利用率較低的問題，提出了一種新的氫氧化鋁開發(fā)工藝理論，并且利用實驗驗證了該開發(fā)工藝理論具有良好的適用性和可靠性，此次研究對氫氧化鋁開發(fā)工藝具有一定的借鑒意義。此次研究在內(nèi)容方面存在不足之處，氫氧化鋁開發(fā)加工工藝仍需要進一步精練，今后在氫氧化鋁高端產(chǎn)品的研發(fā)以及開發(fā)工藝創(chuàng)新和優(yōu)化方法有待進一步研究。