[发明专利]拟薄水铝石的生产装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种拟薄水铝石的生产装置及方法，尤其是一种碳化法生产拟薄水铝石的装置及方法。

背景技术

氧化铝粉末在化工领域经常用来作为干燥剂、吸附剂、催化剂和催化剂载体。但是，天然或人工生产的一水氧化铝和三水氧化铝的比表面积低、孔容小、活性低，因而不能用来做干燥剂、吸附剂、催化剂和催化剂载体。拟薄水铝石具有高比表面积、大孔容、大孔径、高活性等特点，适合于作干燥剂、吸附剂及石油化工、化肥及尾气等领域的催化剂和催化剂载体等。因此，需要将一水氧化铝或三水氧化铝转化为拟薄水铝石。拟薄水铝石结晶度低，含水量高于薄水铝石，常以胶态存在。目前，拟薄水铝石的生产方法主要包括醇铝水解法、酸法和碱法(碳化法)。

醇铝水解法生产拟薄水铝石的主要步骤是将金属铝在催化剂存在下与高级醇反应生成醇铝。醇铝水解法的产品纯度高，但是生产过程中会形成大量废水，有机醇回收费用大，造成拟薄水铝石价格过高。酸法是以硫酸铝、硝酸铝、氯化铝等铝盐为原料，与氢氧化钠、碳酸钠、氨水等可溶性碱进行中和反应制备拟薄水铝石，制备步骤包括成胶、老化、洗涤干燥等。酸法的主要缺点是生产拟薄水铝石的成本较高。我国主要采用碳化法生产拟薄水铝石。同济大学化学系、上海石油化工研究院、温州精晶氧化铝有限公司等单位对碱法制拟薄水铝石进行了深度开发。碱法的基本工艺步骤包括胶化、老化、分离和洗涤、干燥等。在碳化法成胶过程中，存在NaOH和CO₂快速中和反应，NaAlO₂与CO₂中和反应、NaAlO₂自发水解反应、CO₂与生成的氢氧化铝(水合氧化铝)及Na₂CO₃复合反应，具体反应方程式如下：

2NaOH+CO₂＝Na₂CO₃+H₂O(1)

2NaAlO₂+CO₂+3H₂O＝2Al(OH)₃+Na₂CO₃(2)

NaAlO₂+2H₂O＝Al(OH)₃+NaOH(3)

Na₂CO₃+CO₂+2Al(OH)₃＝2NaAl(CO₃)(OH)₂+H₂O(4)

反应(2)生成的氢氧化铝在适宜条件下转化为拟薄水铝石，而反应(3)生成的氢氧化铝则转化为三水铝石，且反应(2)和反应(3)为平行反应。因此，碳化法的产物中拟薄水铝石或三水铝石含量取决于反应(2)和反应(3)的速率和反应程度。

碳化法制备拟薄水铝石可以依托烧结法生产氧化铝工艺，利用中间产物NaAlO₂溶液和CO₂作为反应原料，工艺简单，是成本最低的工艺路线。生产中的形成废液可返回氧化铝生产流程再利用，基本无废料排出，环境污染小，是一种较有竞争优势和前途的方法。

中国专利文献CN1091428C公开了一种拟薄水铝石的制备方法：将偏铝酸钠或铝酸钠溶液和含二氧化碳的气体接触，以间歇或连续的方式成胶，老化得到的氢氧化铝，分离出固体产物，洗涤并干燥；所述成胶的终点pH值或过程pH值控制在6～9.5的范围内，成胶反应的时间或停留时间少于40分钟，成胶反应的温度10～100℃，成胶反应结束后迅速加入碱性物质，使浆液的pH值上升至9.5以上或迅速进行固液分离并洗涤。中国专利文献CN103449484A公开了一种连续生产拟薄水铝石的方法：将偏铝酸钠溶液连续地加入到反应装置中，同时通入空气和二氧化碳的混合气体，使偏铝酸钠溶液形成强劲的液流与二氧化碳气体进行充分混合；控制混合气体和偏铝酸钠溶液的流量，使反应生成的料浆温度为25～55℃，pH值为9.5～11；料浆通过具有多个u型弯的管道后进行老化、过滤、水洗及干燥处理，得到拟薄水铝石。上述方法采用向反应装置内直接通入CO₂进行分解成胶，因而存在如下缺点：工艺设备落后，自动化水平低，劳动效率低；传统分解槽对CO₂吸收率低，生产能力小；反应时间长，产品质量波动大；生产设备易结疤，运行周期短；较难实现连续化生产。