超高浓度铝酸钠生产洗涤剂用4A沸石

2011-04-01樊慧芳王忠慧刘翔宇蔡转红

化工技术与开发 2011年12期

樊慧芳，王忠慧，韩辉，刘翔宇，蔡转红

（中国铝业山东分公司研究院研究二所，山东淄博 255052）

山铝化学品氧化铝公司作为中国最大的沸石分子筛生产基地，拥有40万t洗涤剂用4A沸石的生产能力。随着国内外各种原材料价格的不断上涨，生产成本上涨的压力也越来越大。近年来，响应公司“降本增效”的号召、最大限度地降低4A沸石的生产成本，我们从生产原料入手，研究了一种用超高浓度的铝酸钠溶液合成洗涤剂用4A沸石的方法——将烧结法氧化铝生产中铝酸钠溶液与原水玻璃直接合成4A沸石，其固含从 180～200g·L-1提高至 300～350g·L-1，依次经浆化、晶化等一系列连续合成工艺制得4A沸石产品。该方法的技术难点是“超高浓度合成4A沸石技术”，故试验按合成浓度逐渐升高方式进行，合成浓度起点为120g·L-1。此方法既简化了生产工艺又提高了料浆的固含量，是降低4A沸石生产成本的有效手段之一。

1 4A沸石生产工艺的改进

公司现行的水热合成法生产4A沸石是将氧化铝生产的中间产物铝酸钠溶液调配至AO浓度：65～70g·L-1左右，按一定的比例加入原水玻璃，其料浆固含量为 180～200g·L-1，经浆化、晶化得到合格料浆，再经压滤、洗涤、烘干得到最终产品。

本研究是用超高浓度的铝酸钠溶液与原水玻璃直接合成洗涤剂用4A沸石，以提高料浆的固含量，降低晶化温度，稳定结晶过程，降低生产成本。

改进工艺的具体步骤如下：以烧结法氧化铝生产中的超高浓度铝酸钠溶液为原料（Al2O3浓度达到 120～150g·L-1），不调配冲稀，与原水玻璃直接按照硅铝比1.8～2.1进行合成，以一定的流速同步加入开动高速搅拌装置的反应容器内（因为料浆特别粘稠，搅拌装置选择超高强度的设备），经过15～30min搅拌浆化成胶，其料浆温度大约40～50℃，加入一定量的 4A 沸石导向剂［2］，移入恒温水浴，快速加热升温至65～70℃晶化，物料在该环境下成核至合格晶核，其过程保持2～3h后取样，用显微镜观察样品晶核是否长好，合格后进行液固分离、洗涤和烘干，得4A沸石产品。

在此工艺流程中，对于技术点的控制有2个难点，一是2种超高浓度溶液并流加入反应槽的流速要控制在一定的流速范围内，否则，容易导致凝固不利于浆化反应的进行。另一个难点是对于反应设备——超高强度搅拌的要求，搅拌的好坏直接决定了物料反应的完全程度，因此，选择一种适合此种料浆的搅拌设备非常关键。

2 实验内容

2.1 反应机理

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

（2） 4A 沸石反应方程式［3］：

2.2 4A沸石生产工艺流程图

2.3实验原料

（1）原水玻璃成分：Na2O 112.14g·L-1，SiO2314.5g·L-1。

（2）实验用铝酸钠溶液成分（表1）。

表1 铝酸钠溶液成分

2.4 试验结果

由表1不同的溶液分别与原水玻璃合成4A沸石，其所得产品的指标见表2。

表2 实验产品4A沸石物化指标

2.5 结果

（1）从表2可以看出，烧结法氧化铝生产中的铝酸钠溶液与原水玻璃直接合成4A沸石，无需冲稀，提高了合成料浆的固含量，固含量由原来的 180～200g·L-1依次提高至 300～350g·L-1，产率是现行生产的1.5倍以上，提高了4A沸石的产能，降低了合成成本。

（2）从X光定性图谱分析合成产品几乎无杂项，结晶度高达80%以上。从电镜（图1）镜貌来看，大多数颗粒为规则的截角六面体，出现少量的杂晶。有孪晶出现，与正常生产品相比孪晶度降低，孪晶之间分散性好。

（3）从粒度［4］图谱（图 2）上可以看出不同浓度下的铝酸钠溶液，其粒度分布完全达到中铝企业标准《洗涤用 4A 沸石》Q／Chalco AO21-2004（见表3），均匀且稳定，易于包装，达到各种客户的要求。

（4）4A 沸石的钙交换，白度，p H，色度等各项指标无异常现象，达到中铝企业标准《洗涤用4A沸石》Q ／Chalco AO21-2004。

表3 4A沸石产品标准

2.6 简单的经济效益核算

原有合成工艺按每天合成6370m3（理论值）合格料浆，固含 180g·L－1，日产量 1146.4t，水耗4.5t／t沸石，电耗 80～105k Wh·t－1沸石。本方法连续合成工艺，每天合成合格料浆量同原有工艺相同，浆化料浆固含 300g·L－1，日产能 1911t，水耗4t·t－1沸石，电耗 110k Wh·t－1沸石；生产过程中所产生的废液废水回氧化铝生产大流程，不产生环境污染问题。