本發(fā)明屬于氧化鋁生產(chǎn)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于鋁酸鈉溶液精濾的助濾劑及其生產(chǎn)和使用方法。
背景技術(shù)：
：在大多數(shù)氧化鋁提煉廠中，采用凱利(kelly))式葉濾機(jī)對(duì)鋁酸鈉溶液進(jìn)行精濾，分離其中殘留的赤泥，以免殘留的赤泥污染氧化鋁產(chǎn)品。葉濾機(jī)由表面包覆過濾介質(zhì)布的濾板構(gòu)成。在沒有助濾劑的情形下，在葉濾機(jī)內(nèi)的過濾介質(zhì)會(huì)很快堵塞。這是因?yàn)樵阡X酸鈉溶液中懸浮的細(xì)小赤泥顆粒會(huì)截留在過濾介質(zhì)的通道內(nèi)，然后在葉濾機(jī)表面形成阻力高的泥層。為了避免這種現(xiàn)象，通常在葉濾機(jī)的進(jìn)料漿液中加入助濾劑。助濾劑通常有：有機(jī)纖維如紙漿、無機(jī)助濾劑，如鋁酸三鈣。氧化鋁行業(yè)目前幾乎都使用鋁酸三鈣作為助濾劑。因?yàn)殇X酸三鈣具有制備比較簡(jiǎn)單、造價(jià)相對(duì)低廉、且不會(huì)污染鋁酸鈉溶液等優(yōu)點(diǎn)。鋁酸三鈣通過石灰直接加入鋁酸鈉溶液在100℃反應(yīng)4小時(shí)制備而成。現(xiàn)有技術(shù)制備鋁酸三鈣助濾劑的一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)是其顆粒的粒徑分布很寬，其中細(xì)小的顆粒占比較大。這會(huì)導(dǎo)致過濾速度差，過濾介質(zhì)壽命短。目前公開了幾種方法，試圖減輕鋁酸三鈣助濾劑質(zhì)量差的效果。例如，在connelly等人的專利US5091159中，就描述了向沉降槽的溢流和助濾劑中加入多糖來改善過濾性能。又如S.P.羅森伯格等的專利WO2002/11856中描述了鋁酸三鈣助濾劑制備過程加入了表面活性劑以改善其粒徑分布來改進(jìn)助濾效果。但是這些方法對(duì)試圖控制助濾劑粒徑因制備方法一些先天原因并不能很好解決。且制備鋁酸三鈣助濾劑本身需要消耗石灰和氧化鋁，導(dǎo)致氧化鋁廠鋁土礦回收率降低以及鋁酸鈉溶液的氧化鋁濃度降低，從而不利于制備粗粒氧化鋁。為了消除制備助濾劑消耗新的石灰和鋁土礦等自然資源，吳紅應(yīng)等的專利CN102489244A中利用粒徑5-50μm的粉煤灰替代鋁酸三鈣作為助濾劑，以減少過濾過程損失氧化鋁和消耗石灰。但因?yàn)榉勖夯业牧椒植继匦圆荒鼙３忠恢滦?，其助濾性能并不穩(wěn)定。由于中國燃煤量大、脫硫裝機(jī)容量及比重大，因此脫硫石膏產(chǎn)生量、利用量是世界之最。2014年，中國電力脫硫石膏產(chǎn)量7400萬噸，是美國2013年產(chǎn)量(2440萬噸)的3倍，是歐盟15國2010年產(chǎn)量(2013萬噸)的3.7倍。綜合利用方面，2014年中國脫硫石膏綜合利用率為72％，低于日本近100％，德國85％，歐盟88％的利用率。2009～2014年脫硫石膏產(chǎn)生和利用情況參見表1。表1：2009～2014年脫硫石膏產(chǎn)生和利用情況(萬噸)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)200920102011201220132014脫硫石膏產(chǎn)生量(萬噸)430052306770680075507400脫硫石膏利用量(萬噸)240836104800489654365328脫硫石膏利用率(％)566971727272隨著我國煙氣脫硫工藝的逐漸采用，燃煤電廠或其他煙氣排放工廠將要排放越來越多的脫硫石膏，目前大部分以堆儲(chǔ)為主，已成為火電廠粉煤灰后的第二大固體廢物，不僅占用土地資源，且對(duì)環(huán)境不利。如能將其充分利用，代替一部分其他天然資源，不僅能節(jié)約自然資源，而且能使得脫硫固體廢物資源化。硫酸鈣晶須是通過人為控制，以單晶形式生長(zhǎng)的，具有均勻截面、完整外形、完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的纖維狀的單晶體。硫酸鈣晶須具有紙漿纖維等天然纖維的一些特征，可以作為助濾劑使用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種用于鋁酸鈉溶液精濾的助濾劑及其生產(chǎn)和使用方法，目的是解決鋁酸鈉溶液精濾中需要消耗鋁土礦資源和石灰資源的問題，同時(shí)為燃煤電廠或含硫礦物燒結(jié)煙氣脫硫副產(chǎn)物的資源化利用提供有效途徑，減少脫硫副產(chǎn)物二次污染的難題，本發(fā)明的助濾劑具有更加優(yōu)越的性能，更加低廉的成本。本發(fā)明的用于鋁酸鈉溶液精濾的助濾劑，是α相硫酸鈣晶須，α相硫酸鈣晶須中CaSO4重量含量≥98％，晶須平均直徑0.2～4μm，平均長(zhǎng)度30～150μm，平均長(zhǎng)徑比10～150，D50在10～20μm之間，D90/D10在2～4之間，其22℃水溶性<1200ppm，密度2.69ɡ/cm3。本發(fā)明的用于鋁酸鈉溶液精濾的助濾劑的生產(chǎn)方法按照以下步驟進(jìn)行：(1)將燃煤電廠或含硫礦物燒結(jié)煙氣脫硫副產(chǎn)物，即脫硫石膏與水混合均勻，制成固體重量含量為2％～10％的料漿；(2)在80℃，攪拌條件下，向步驟(1)的料漿通入氧氣，反應(yīng)一段時(shí)間后停止通入氧氣；(3)將步驟(2)中反應(yīng)后的料漿送入高壓反應(yīng)釜，向高壓反應(yīng)釜中加入晶型穩(wěn)定劑后，在110～160℃，攪拌條件下保溫0.5～10h，進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾洗滌；(4)將過濾洗滌后的產(chǎn)物在200～800℃的條件下煅燒2～5小時(shí)，即得到α相硫酸鈣晶須，晶須平均直徑為0.2～4μm，平均長(zhǎng)徑比為30～150。其中，步驟(1)和步驟(3)中所述的攪拌條件的攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分鐘，步驟(1)的反應(yīng)時(shí)間為15～30min。所述晶型穩(wěn)定劑選自氯化鎂、三聚磷酸鈉、乙二胺四乙酸(EDTA)、氯化鈉、硫酸鋁、油酸鈉、硬脂酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、草酸、尿素、月桂酸鈉、檸檬酸鈉中的一種或多種的組合物，晶型穩(wěn)定劑的加入量是反應(yīng)后的料漿重量的0.01％～2％。本發(fā)明的用于鋁酸鈉溶液精濾的助濾劑的使用方法按照以下步驟進(jìn)行：(1)將助濾劑，即α相硫酸鈣晶須與鋁酸鈉溶液混合，制得鋁酸鈉溶液中α相硫酸鈣晶須固含為200～400g/l的料漿；(2)將步驟(1)中的料漿加入過濾機(jī)的進(jìn)料泵入口或進(jìn)料槽中，(1)中料漿的添加量按過濾機(jī)入口鋁酸鈉溶液的總固含量為0.5～2g/l控制，開始進(jìn)行鋁酸鈉溶液精濾，精濾后的鋁酸鈉溶液中固體顆?！?5mg/l。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是：鋁酸鈉溶液精濾過程使用助濾劑的目的是保證濾后液中的固體顆粒小于一定值，通?！?5mg/l，且過濾產(chǎn)能保持在合理范圍，一般要求1.0～2.0m3/m2.h。要達(dá)到此要求主要取決于所選助濾劑的特性參數(shù)，如粒度及粒度分布、堆密度、比表面積以及成分組成。助濾劑最重要的參數(shù)是粒度及粒度分布指標(biāo)，具體用D50、D10、D90表示，其中D50表示助濾劑的平均粒徑，即篩上篩下各50％，D10表示助濾劑的小顆粒情況，即篩下10％時(shí)顆粒粒徑，D90表示助濾劑的粗顆粒情況，即篩下90％時(shí)顆粒粒徑，D90/D10表示粒度分布寬度。本發(fā)明中鋁酸鈉溶液用助濾劑優(yōu)選：D50在10～20μm之間，D90/D10在2～4之間。助濾劑另一重要參數(shù)是其成分組成，要求助濾劑本身不能與工作溶液發(fā)生反應(yīng)，以及在工作溶液中非常低的溶解度。硫酸鈣晶須是以生石膏為原料經(jīng)特定工藝及配方合成的硫酸鈣纖維狀單晶體。它具有均勻的橫截面、完整的外形和高度完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是一種有著許多特殊性能的非金屬材料。本發(fā)明中硫酸鈣晶須基本性能指標(biāo)如下：平均直徑0.2～4μm，平均長(zhǎng)度30～150μm，平均長(zhǎng)徑比10～150，CaSO4含量≥98％，水溶性(22℃)<1200ppm，密度2.69ɡ/cm3。硫酸鈣晶須有半水(CaSO4·0.5H2O)和無水(CaSO4)之分，無論哪種形式都在鋁酸鈉溶液的溶解度都非常小，但有些晶相結(jié)構(gòu)的晶須可能與水發(fā)生水化反應(yīng)，晶粒會(huì)發(fā)生變化，對(duì)于α相的硫酸鈣晶須與水發(fā)生水化反應(yīng)非常低，這種α相的晶須具有鋁酸三鈣助濾劑非常相似的特征，適合作為鋁酸鈉溶液的助濾劑。本發(fā)明中的α相的硫酸鈣晶須是利用燃煤電廠或含硫礦物燒結(jié)煙氣脫硫副產(chǎn)物脫硫石膏制備而成的，解決了鋁酸鈉溶液精濾中需要消耗鋁土礦資源和石灰資源的問題，同時(shí)為燃煤電廠或含硫礦物燒結(jié)煙氣脫硫副產(chǎn)物的資源化利用提供有效途徑，減少脫硫副產(chǎn)物二次污染的難題。本發(fā)明的助濾劑的粒度分布、溶解性能均滿足作為鋁酸鈉助濾劑的要求，同時(shí)還具有性能良好、成本低廉的優(yōu)勢(shì)，適合在氧化鋁生產(chǎn)過程中進(jìn)行推廣應(yīng)用。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的助濾劑在40倍顯微鏡下的顯微圖像。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的助濾劑在200倍顯微鏡下的顯微圖像。具體實(shí)施方式以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實(shí)施例1本實(shí)施例的用于鋁酸鈉溶液精濾的助濾劑是α相硫酸鈣晶須，α相硫酸鈣晶須中CaSO4重量含量≥98％，晶須直徑1～2μm，長(zhǎng)度70～140μm，長(zhǎng)徑比70，D50為15μm，D90/D10為2，其22℃水溶性<1200ppm，密度2.69ɡ/cm3，其顯微圖像如圖1和圖2所示。其生產(chǎn)方法按照以下步驟進(jìn)行：(1)將燃煤電廠煙氣脫硫副產(chǎn)物，即脫硫石膏與水混合均勻，制成固體重量含量為2％的料漿；(2)在80℃，100轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌條件下，向步驟(1)的料漿通入氧氣，反應(yīng)30分鐘后停止通入氧氣；(3)將步驟(2)中反應(yīng)后的料漿送入高壓反應(yīng)釜，向高壓反應(yīng)釜中加入占反應(yīng)后料漿重量0.2％的晶型穩(wěn)定劑氯化鎂后，在120℃，攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分鐘條件下保溫2h，進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾洗滌；(4)將過濾洗滌后的產(chǎn)物在200℃的條件下煅燒2小時(shí)，即得到α相硫酸鈣晶須，晶須直徑為1～2μm，長(zhǎng)徑比為70。實(shí)施例2本實(shí)施例的用于鋁酸鈉溶液精濾的助濾劑是α相硫酸鈣晶須，α相硫酸鈣晶須中CaSO4重量含量≥98％，晶須平均直徑2～4μm，長(zhǎng)度100～150μm，平均長(zhǎng)徑比60，D50為10μm，D90/D10為3，其22℃水溶性<1200ppm，密度2.69ɡ/cm3。其生產(chǎn)方法按照以下步驟進(jìn)行：(1)將硫礦物燒結(jié)煙氣脫硫副產(chǎn)物，即脫硫石膏與水混合均勻，制成固體重量含量為5％的料漿；(2)在80℃，100轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌條件下，向步驟(1)的料漿通入氧氣，反應(yīng)30分鐘后停止通入氧氣；(3)將步驟(2)中反應(yīng)后的料漿送入高壓反應(yīng)釜，向高壓反應(yīng)釜中加入占反應(yīng)后料漿重量1％的晶型穩(wěn)定劑EDTA后，在120℃，攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分鐘條件下保溫2h，進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾洗滌；(4)將過濾洗滌后的產(chǎn)物在400℃的條件下煅燒3小時(shí)，即得到α相硫酸鈣晶須，晶須直徑為2～4μm，長(zhǎng)徑比為60。實(shí)施例3本實(shí)施例的用于鋁酸鈉溶液精濾的助濾劑是α相硫酸鈣晶須，α相硫酸鈣晶須中CaSO4重量含量≥98％，平均直徑0.2～2μm，長(zhǎng)度30～150μm，平均長(zhǎng)徑比70，D50為20μm，D90/D10為2，其22℃水溶性<1200ppm，密度2.69ɡ/cm3。其生產(chǎn)方法按照以下步驟進(jìn)行：(1)將含硫礦物燒結(jié)煙氣脫硫副產(chǎn)物，即脫硫石膏與水混合均勻，制成固體重量含量為8％的料漿；(2)在80℃，100轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌條件下，向步驟(1)的料漿通入氧氣，反應(yīng)30分鐘后停止通入氧氣；(3)將步驟(2)中反應(yīng)后的料漿送入高壓反應(yīng)釜，向高壓反應(yīng)釜中加入占反應(yīng)后料漿重量2％的晶型穩(wěn)定劑十二烷基苯磺酸鈉后，在160℃，攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分鐘條件下保溫4h，進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾洗滌；(4)將過濾洗滌后的產(chǎn)物在600℃的條件下煅燒3小時(shí)，即得到α相硫酸鈣晶須，晶須直徑為0.2～2μm，長(zhǎng)徑比為70。實(shí)施例4本實(shí)施例的用于鋁酸鈉溶液精濾的助濾劑是α相硫酸鈣晶須，α相硫酸鈣晶須中CaSO4重量含量≥98％，晶須平均直徑3～4μm，平均長(zhǎng)度30～100μm，平均長(zhǎng)徑比30，D50為12μm之間，D90/D10為3，其22℃水溶性<1200ppm，密度2.69ɡ/cm3。其生產(chǎn)方法按照以下步驟進(jìn)行：(1)將燃煤電廠煙氣脫硫副產(chǎn)物，即脫硫石膏與水混合均勻，制成固體重量含量為10％的料漿；(2)在80℃，100轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌條件下，向步驟(1)的料漿通入氧氣，反應(yīng)15分鐘后停止通入氧氣；(3)將步驟(2)中反應(yīng)后的料漿送入高壓反應(yīng)釜，向高壓反應(yīng)釜中加入占反應(yīng)后料漿重量0.02％的晶型穩(wěn)定劑氯化鎂+檸檬酸鈉后，在120℃，攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分鐘條件下保溫2h，進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾洗滌；(4)將過濾洗滌后的產(chǎn)物在800℃的條件下煅燒2小時(shí)，即得到α相硫酸鈣晶須，晶須直徑為3～4μm，長(zhǎng)徑比為30。對(duì)實(shí)施例1～4制備的助濾劑的助濾性能進(jìn)行測(cè)試，具體的試驗(yàn)方法是：試驗(yàn)溶液取自某氧化鋁工廠實(shí)際鋁酸鈉溶液，其懸浮赤泥顆粒500mg/l，作為對(duì)比例的現(xiàn)有鋁酸三鈣助濾劑同樣來自該工廠。實(shí)驗(yàn)采用的過濾器為500ml實(shí)驗(yàn)室正壓過濾器，過濾介質(zhì)0.8μm。取6個(gè)500ml鋁酸鈉試驗(yàn)溶液，其中5個(gè)按懸浮液中固含1g/l，分別加入鋁酸三鈣助濾劑和上述實(shí)例1～4制取的晶須，攪拌2h后待用，分別將所述懸浮液加入過濾器中，然后恒壓1.2bar過濾并記錄過濾時(shí)間，同時(shí)取濾液分析其濾后固含，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，從表2中可以看出，使用本發(fā)明實(shí)施例制備的助濾劑能夠明顯加快過濾速度，提高過濾質(zhì)量。表2編號(hào)助濾劑過濾時(shí)間(s)濾液固含(g/l)1空白38.210.0322鋁酸三鈣22.920.0263實(shí)例128.670.0304實(shí)例222.420.0235實(shí)例324.510.0226實(shí)例419.100.025應(yīng)當(dāng)指出的是，上述說明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改性、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3