本發(fā)明涉及堿介質(zhì)濕法冶金中氧化鋁生產(chǎn)領(lǐng)域，具體地說，是一種鋁酸鉀溶液晶種分解生產(chǎn)氫氧化鋁的工藝方法。

背景技術(shù)：

鉀資源可分為水溶性鉀資源和非水溶性鉀資源，全球已探明的水溶性鉀資源工業(yè)儲量在200億噸K₂O以上，但分布很不平衡，90％以上的儲量主要分布在加拿大、俄羅斯、白俄羅斯、法國、德國、美國、以色列、約旦等國家，且品位較高。而亞洲、拉美等大多數(shù)發(fā)展中國家和地區(qū)，鉀鹽儲量很少，且品位較低。相對而言，非水溶性鉀礦資源非常豐富且分布廣泛，以鉀長石、鉀明礬石等為主的各類含鉀巖石在全球均有分布，但目前難以工業(yè)利用。同時全球鋁土礦儲量一共280億噸，在鋁工業(yè)生產(chǎn)中合理地綜合利用非鋁土礦如霞石、明礬石、粉煤灰等，有著現(xiàn)實意義。

目前，關(guān)于鋁酸鹽溶液的晶種分解研究主要體現(xiàn)在含鈉體系，即主要為鋁酸鈉溶液的晶種分解研究，而對與鋁酸鉀溶液的晶種分解很少報道。鋁酸鹽溶液的晶種分解一直是拜耳法生產(chǎn)氫氧化鋁的一道關(guān)鍵工序，但同時也存在著產(chǎn)品分解率低、分解時間長、種子比大、產(chǎn)品粒度小等問題。對于晶種分解過程的研究表明其主要影響因素包括分解溫度、溶液苛性比值、苛性堿濃度、種子比和攪拌速率等。升高晶種分解溫度，有利于晶體的附聚，同時較高的溫度也有利于晶體的長大，從而得到粒度大、雜質(zhì)少的產(chǎn)品，然而溫度的升高也意味著溶液的過飽和度的降低和分解速度的降低，同時也增加了能耗；隨著分解原液苛性比值降低，溶液的分解速度、分解率及產(chǎn)能有明顯提高，但同時低的分子比對上一工序的要求更高并易產(chǎn)生更多細(xì)顆粒；中等苛性堿濃度的原液最不穩(wěn)定，分解速率較快，但也意味著低的產(chǎn)出率和產(chǎn)能；在分解前期加入的晶種，細(xì)顆粒晶種易發(fā)生附聚，粗顆粒晶種則是單純晶體生長，且細(xì)顆粒晶種和快的生長速度利于晶體生長，晶種量少利于附聚大顆粒的產(chǎn)生，故選取合適比例的粗細(xì)顆粒和合適量的晶種量比較重要；適當(dāng)?shù)臄嚢杩梢允谷芤褐芯w保持懸浮狀態(tài)，與溶液接觸良好，成分均勻，同時有利于晶體的均勻長大。上述研究均基于鈉系鋁酸鹽溶液，因此對于鋁酸鉀溶液晶種分解還需進一步研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鋁酸鉀溶液晶種分解生產(chǎn)氫氧化鋁的工藝方法。基于國內(nèi)愈加嚴(yán)峻的鉀資源短缺問題，急需對如明礬石、鉀長石等非水溶性含鉀鋁礦石進行高效清潔的綜合利用，通過堿介質(zhì)濕法冶金對此類含鉀礦石的處理再經(jīng)分離可得到鋁酸鉀溶液，對此類鋁酸鉀溶液實施晶種分解可獲得形貌粒度可控的氫氧化鋁產(chǎn)品。

本發(fā)明的第一方面，提供一種鋁酸鉀溶液晶種分解生產(chǎn)氫氧化鋁的工藝方法，包括以下步驟：

A、將鋁酸鉀溶液倒入反應(yīng)器中，堿濃度(以K₂O計)控制在200-280g/L，溶液苛性比值為1.35-1.75，并開啟水浴循環(huán)和攪拌，以使溶液溫度和濃度均勻化，控制分解初溫度在60-90℃之間；

B、向體系內(nèi)加入氫氧化鋁晶種、攪拌分解，晶種系數(shù)為0.5-4.0，攪拌速率為100-500rpm；

C、將分解體系降溫至40-50℃，晶種分解反應(yīng)終止后，停止水浴循環(huán)和攪拌，經(jīng)過濾分離得到種分母液以及產(chǎn)品。

分解初溫越低，由于過飽和度大，溶液分解率越高；初溫越高，利于細(xì)顆粒的晶體附聚，相應(yīng)產(chǎn)品粒度增加。同樣，末溫低也利于分解，利于晶體生長，產(chǎn)品變粗，但產(chǎn)品粒度兩極分化，不利于產(chǎn)品均一性。故選擇溫度制度為初溫60-90℃之間，末溫40-50℃。

晶種系數(shù)高，由于高的種子表面積可提高鋁酸鉀溶液的分解率，可以促進晶體生長，得到粗顆粒產(chǎn)品，但過高的種子比使產(chǎn)品的強度降低，綜合選擇種子比為0.5-4.0。

攪拌速率高利于溶液的傳質(zhì)，促進晶種表面的分解反應(yīng)，使晶種與溶液充分接觸，但過高的攪拌速率會導(dǎo)致晶種的磨損和破碎，不利于生產(chǎn)粗顆粒氫氧化鋁。故選擇攪拌速率在200-600rpm。

堿濃度高，導(dǎo)致溶液過飽和度低，不利于晶體附聚，產(chǎn)品粒度較??；堿濃度降低，溶液中氧化鋁的平衡濃度隨之降低，分解速度明顯地加快，分解率也相應(yīng)提高，但堿濃度低，氧化鋁的平衡濃度過低，單位體積的氫氧化鋁產(chǎn)量降低。

在分解初溫及分解末溫一定的條件下，降溫速率體現(xiàn)了晶種分解的反應(yīng)時間。在分解初期，反應(yīng)速率隨時間的變化明顯，進入反應(yīng)后期后，隨時間變化分解率的變化不明顯，所以需要確定合適的反應(yīng)時間。故選擇降溫速率為0.5-2℃/h。

優(yōu)選的，所述的步驟A中的分解初溫度為70℃。

優(yōu)選的，所述步驟A中的堿濃度為240g/L、苛性比值為1.4。

優(yōu)選的，所述步驟B中的分解溫度控制穩(wěn)定在60-90℃。

優(yōu)選的，所述的步驟B中的晶種系數(shù)為2。

優(yōu)選的，所述的步驟B中的攪拌速率為200rpm。

優(yōu)選的，所述的步驟C中的降溫速率控制在0.5-2℃/h。

優(yōu)選的，所述的步驟C中的分解體系降溫至40℃。

本發(fā)明提供一種鋁酸鉀溶液的晶種分解方法，基于愈加嚴(yán)峻的鉀資源問題，急需對含鉀、鋁礦石如明礬石、鉀長石等非水溶性鉀資源進行高效清潔的綜合利用，通過堿介質(zhì)濕法冶金對此類含鉀礦石的處理再經(jīng)后續(xù)分離可得到鋁酸鉀溶液，對此類鋁酸鉀溶液實施晶種分解這樣的鉀鋁分離操作極為關(guān)鍵。本方法采用分解溫度為由初溫60-90℃降至末溫40-50℃，堿濃度(以K₂O計)控制在200-280g/L，溶液苛性比值為1.35-1.75，晶種系數(shù)為0.5-4.0，攪拌速率為100-500rpm，分解時間控制在24-72h。通過在如上工藝的操作條件下，分解率不僅可達(dá)到70％以上，遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)鈉系的55％的晶種分解效率，同時產(chǎn)品純度高、形貌好、顆粒尺寸大。本發(fā)明方法采用向鋁酸鉀溶液加入氫氧化鋁晶種以實現(xiàn)氫氧化鋁的結(jié)晶析出，工藝條件簡單易于操控，對于鉀系鋁酸鹽溶液的晶種分解有著一定的參考作用，并能高產(chǎn)出率、高效率地產(chǎn)出高純度的氫氧化鋁產(chǎn)品，有較好的經(jīng)濟性和實用性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明的方法中未加添加劑的鋁酸鉀溶液晶種分解的分解率較之鈉系更高，可達(dá)到70％以上，遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)鈉系的55％的晶種分解效率，同時產(chǎn)品純度高、形貌好、顆粒尺寸大。

2、本發(fā)明的方法中由于K⁺半徑比Na⁺半徑大，使其更難占Al(OH)₃晶格點陣中H⁺的位置，因此從鋁酸鉀溶液分解出來的氫氧化鋁中雜質(zhì)如晶格堿等較少。

附圖說明

圖1是本發(fā)明工藝制備的氫氧化鋁產(chǎn)品XRD圖。

圖2是本發(fā)明工藝制備的氫氧化鋁產(chǎn)品掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的具體實施方式作詳細(xì)說明。

實施例1

步驟(1)：將堿濃度(以K₂O計)為240g/L、苛性比值為1.4左右的鋁酸鉀溶液倒入反應(yīng)器中，并開啟水浴循環(huán)和攪拌，以使溶液溫度和濃度均勻化，控制分解初溫度為70℃，開始加入氫氧化鋁晶種，晶種比即晶種系數(shù)選為2，攪拌速率選為200rpm。

步驟(2)：在晶種分解反應(yīng)過程中，降溫速率控制在0.5-2℃/h，保證在達(dá)到最佳分解產(chǎn)率與速率，同時每隔5小時取樣20ml，經(jīng)離心分離后，取上層清液取樣分析氧化鉀和氧化鋁含量，下層固體沉淀用熱去離子水洗滌2-5次后干燥，干燥溫度約為80℃，再進行固渣X射線衍射儀物相分析與掃描電鏡形貌分析。

步驟(3)：將分解體系降溫至40℃，晶種分解反應(yīng)終止后，停止水浴循環(huán)和攪拌，經(jīng)過濾分離得到種分母液以及產(chǎn)品，分析最終母液中氧化鉀和氧化鋁含量，同時稱量最終產(chǎn)品質(zhì)量得出整個過程的分解率；結(jié)果顯示最終分解率達(dá)75％，固相X射線衍射儀物相分析與掃描電鏡形貌分析后顯示產(chǎn)品為高純的氫氧化鋁顆粒，表面形貌發(fā)育良好且顆粒尺寸較大。產(chǎn)品X射線衍射儀與掃描電鏡結(jié)果如圖1和圖2所示。

以上已對本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實施例進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明創(chuàng)造精神的前提下還可做出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。