拜耳法中分解添加剂的研制

本文考察了五类物质在铝酸钠溶液分解全过程中作为添加助剂的作用。试验表明，单一物质作为分解助剂，其综合性能并不全面。而由这五类物质按某一特定配比制成的复合体作为种分结晶助剂，具有显著的促进微晶附聚生长，增加产品颗粒强度的作用。

本世纪初，我国才开始对砂状氧化铝生产工艺进行攻关。中国铝业广西分公司确立了在砂状氧化铝工艺条件下，添加国外结晶助剂来实现砂状氧化铝生产的新工艺。使用国外助剂严重制约了其在生产企业的应用。因此，开发具有自主知识产权，适合国内不同拜耳法工艺的分解添加剂，替代进口结晶助剂产品已显迫切必要。

根据我国大多数氧化铝生产企业的实际情况，并模拟氧化铝生产上实际条件及种分过程，笔者选择了矿物油、天然植物油、阴离子表面活性剂、聚环氧烷类高分子化合物、非离子表面活性剂等五类物质进行了分解添加剂的配方筛选试验。

试验方法

1.搅拌控温水浴5套，控温精度±1℃，5升烧杯5个；微量加样器等；ECF1-10-14高温电炉、干燥箱、MASTER SIZER-2000粒度分析仪、AAIMD-II磨损指数测定仪及粒度个数测定仪各一台。

2.种分精液取自分解车间精液槽；晶种取自分解车间立盘过滤机。

待筛选的分解添加剂：

1#：以中等黏度矿物油类为主要活性成份。

2#：以天然植物油类为主要活性成分。

3#：以天然植物油的阴离子表面活性剂类为主要活性成分。

4#：以低碳醇封端的聚环氧烷类高分子化合物为主要活性成分。

5#：以天然油脂低碳多元醇酯非离子表面活性剂类为主要活性成分。

3.试验条件

分解初温：59℃

降温制度：每10小时降2℃

分解终温：49℃

晶种量：650g/L

表1 添加剂筛选种分试验所用种子的理化指标

表2 添加剂对铝酸钠溶液分解率的影响

分解时间：50小时

搅拌速度：180-190rpm

4.试验方法

（1）种分模拟试验方法：定量的精液与定量的分解添加剂混匀后再加入定量的晶种进行分解实验。过程中每10小时取样分析，同时根据要求匀速降温，并根据分析结果补充水。50小时后，出料、固液分离、分析溶液成分。根据要求洗涤分离出的固体（需作循环试验晶种的不洗涤），烘干、混匀，做理化分析。

（2）氢氧化铝烧制氧化铝的方法：将氢氧化铝于ECF1-10-14高温电炉中，以4℃/分钟的速度，升温至440℃保温1小时后，再以同样的升温速度升温至1050℃保温10分钟，然后自然降温至100℃取出，至常温后混匀，以备理化分析。

5.分析测试方法

（1）用MASTER SIZER-2000粒度分析仪分析粒度及粒度分布。

正聊得兴起，高潮突然想起下班时在地铁站口拿到的上访材料，猛拍一下脑门，暗骂自己一句傻逼，就急急忙忙给“诗的妾”道别：老婆，我还有工作要做，可能要鏖战到鸡叫头遍，告辞了。

（2）用AAIMD-Ⅱ磨损指数测定仪，测试磨损并用磨损指数表示氢氧化铝（AH）或氧化铝（AO）产品强度。

具体方法如下：称取50±0.1g氢氧化铝放入孔经分别为45μm、74μm、149μm套筛中，套筛在振筛机上筛分15分钟后取下，称取每个筛上的物料重量，算出≥45μm颗粒的百分含量X。

称取物料50±0.1g，放入AAIMD-Ⅱ型磨损系数测定仪内，在规定压力或流量下吹15分钟后取出，同上做粒度筛分，算出≥45μm颗粒的百分含量Y。

产品的磨损指数为：a%=(X-Y)/X×100

表3 1#～5#添加剂对产品体积平均粒径、粒径分布及强度的影响

表4 复合型添加剂对铝酸钠溶液分解率的影响

表5 单一及复合型添加剂种分试验AO产品关键技术指标变化对比表

试验及讨论

1.分解添加剂主要成分类型筛选

1#～5#待筛选的物质,通过种分试验各项指标的综合评价，筛选出对产品有明显改善作用的物质种类及组成。考察筛选种分试验中所用种子的理化指标列于表1。

1.1在添加量为150ppm的条件下，对1#～5#添加剂进行了种分试验，首先考察这五类物质作为种分添加剂对铝酸钠溶液分解率这一前提性因素的影响，试验结果见表2。

1.2添加量为150ppm，1#～5#添加剂种分试验产品成分分析结果表明对产品主要化学杂质含量及灼减均无影响。

1.3添加量为150ppm，1#～5#添加剂种分试验中对氢氧化铝、氧化铝体积平均粒径、粒径分布及强度的影响列于表3。

由表3可知，5#较有利于改善氢氧化铝粒经分布；1#较有利于减少氢氧化铝-45μm的比例；4#较有利于改善氧化铝粒度； 2#、4#、5#有利于减少氧化铝-45μm的比例；4#有利于减少氢氧化铝的磨损系数； 1#、2#提高氧化铝的强度较为有效；3#各方面性能不突出，但对降低分解率的负面作用最低。

总体上，单一物质作为添加剂对产品各项指标改善不一致、不全面，一种物质仅对某些或某项指标改善有效，对其他指标改善的效果差、甚至为副作用。作为种分添加剂，单一物质综合性能难以胜任。

2.添加剂的优化试验

根据以上分析及各类物质对改善产品相应指标的效果，再综合考虑生产中“结疤现象”、过滤负担及烧结蒸发量大、破损率大等问题，着重考虑1#～5#类物质间的相互作用，按其各自表现特点，扬长避短，交叉配比、突出性能，有机结合，组成复合型结晶助剂6#～10#，并同样进行筛选种分试验，主要结果见表4～表6，并作以下讨论。

复合型添加剂对产品中主要化学杂质含量及灼减均无影响。

复合型添加剂对分解率的负面影响低，6#、7#基本无影响。

分析表7可知，6#复合型添加剂有最强的附聚效果，D[4,3]增量最大，为3.954μm。就实际生产而言，粒度分布体现出明显的附聚效果是种分工艺中最关键的、最需要改进的参数；同时，6#对减少-45μm比例的作用也是最好的；6#提高颗粒强度的作用比10#差一些，但6#基本不影响分解率、附聚效果好、尤其是减少-45μm比例的作用要比10#强得多（10#-45μm反而增加）。综合考虑，无疑应首先选择6#，在进一步模拟工业生产工艺的种分试验中考察其实际效果。

表6 复合型添加剂对产品体积平均粒径、粒径分布及强度的影响

图1 分解率ηA（%）随循环次数变化趋势

图2 晶种粒度D[4,3]（μA）随循环次数变化趋势

2.添加剂种分循环试验

将空白及6#添加剂模拟生产条件进行循环种分试验，起始晶种取自生产上种分旋流器溢流，精液取自精液槽，每次循环的出料做下一个循环的晶种，共十次循环，每次循环中6#添加剂添加量均为25ppm，结果见表7，并作如下讨论。

（1）图1，随循环次数增加，空白与添加剂对分解率的影响趋势大致相同，添加剂对分解率基本无影响。

（2）图2，随循环次数增加，空白试验在前三个循环内，产品粒度分布改善明显，后七个循环几乎无改善。6#对粒经分布，在十个循环内，有规律地保持明显、持久的改善附聚的作用。

（3）图3，随循环次数增加，空白试验前四次循环，产品中-45μm比例下降较快，此后反而持续上升；6#至第四次循环，就下降到约18%，此后基本保持不变，说明6#不仅有良好的附聚性能，还有持续地抑制二次成核、防止细化的性能。

（4）图4，随循环次数增加，空白与6#对减小氧化铝磨损指数规律相似。前七个循环应该是一个较慢的降低过程，至后三个循环，磨损指数出现较快速度的下降，空白从29.54%降至25.66%、6#从26.56%降至23.40%，这与拜耳法种分过程中，小晶体先附聚成大颗粒，然后微小晶体缓慢填平较大附聚颗粒，呈现较规则的几何形状，最后形成晶格，具有较低的表面能而达到一定强度的过程相吻合。

表7 空白及6# 种分循环试验主要指标测试数据

图3 晶种-45μA(%)的比例随循环次数变化趋势

图4 氧化铝产品磨损指数随循环次数变化趋势

结论

本文所选的五种单一物质，对产品各项指标改善综合效果不全面、不理想，不建议以单一物质作为种分添加剂。

同时含有矿物油类、天然植物油类、阴离子表面活性剂类、聚环氧烷高分子化合物类以及非离子表面活性剂类等类物质为主要活性成分的6#复合型添加剂，综合性能优于单一物质的添加剂，用量为25PPm，经10次循环，不降低分解率，对提高产品的粒径及强度有明显的作用，D[4,3]上升了10.129μm、-45μm下降了13.83%、磨损指数下降了2.26%，已具备了工业试验的可能性，其结果值得期待。