拜耳法精液生产高白氢氧化铝的研发

李书廷

（山西省柳林县森泽煤铝有限责任公司， 山西 柳林 033300）

生产实践·应用技术

拜耳法精液生产高白氢氧化铝的研发

李书廷

（山西省柳林县森泽煤铝有限责任公司， 山西 柳林 033300）

通过对当前氧化铝工业现状的分析，提出了研发高白氢氧化铝的优势和必要性。同时，通过利用拜耳法精液生产高白氢氧化铝的研发项目，解决了拜耳法厂面临生产精液当中有害杂质去除难、产品指标难控制等问题，提高了精液的品质。

拜耳法 高白氢氧化铝 脱硫剂 脱铁剂 脱色剂

1 氧化铝工业现状分析

近年来，我国氧化铝产业发展迅猛，已成为全球最大生产和消费国。截至2016年底，我国氧化铝建成产能合计7 235万t，运行产能6 328万t，产能运行率为87.46%左右。进入2017年，国内多条氧化铝生产线在建，已建成的120万t氧化铝生产线待投产，以上合计310万t的氧化铝生产线可能复产，因此，国内氧化铝生产能力还会提高，发展的最终结果将会造成产能过剩、行业大面积亏损的局面。

在当前氧化铝行业市场低迷，国内铝土矿资源不断贫化、品位不断下降、对进口铝土矿依赖性强的情况下，氧化铝企业正面临资源、能源、成本和环境等诸多方面的挑战。积极拓展市场空间，开发新产品，也将成为发展氧化铝走出行业困境的关键要素。

预计今后一段时期内，我国氧化铝产量增速将大幅回落，主要是因为受市场低迷影响，下游电解铝产能大量关停，氧化铝需求下滑，使得价格大幅回落，厂商大面积关停所致。在日益蓬勃发展壮大的氧化铝行业当中，要想在这竞争日趋白热化的市场当中，不被淘汰出局，就必须加强企业自身内功的修炼，一方面不断增强企业技术创新的能力，另一方面把握市场动态，通过不断技术革新，拓宽企业产品结构的转型，不断降低企业生产成本和增强企业市场应激能力，多方面、多渠道获得企业的可持续化发展。

2 高白氢氧化铝产品的优势及及开发的必要性

目前，国内高白氢氧化铝主要采用纯烧结法生产工艺，产品氢氧化铝中铁含量极低，白度高，被中外用户誉为“中国白”。该氢氧化铝具有独到的特性，用途广泛，主要有：

1）用作阻燃填充剂。氢氧化铝是塑料和有机聚合物一种理想的阻燃剂填充料。当氢氧化铝受热温度超过200℃时，氢氧化铝开始吸热分解，放出三个结晶水。正是基于氢氧化铝分解时大量吸热，因此，当含氢氧化铝的聚合物加热时，氢氧化铝因分解吸热，从而抑制聚合物温度的升高，降低其分解率；其次氢氧化铝在受热分解时放出水蒸汽，不会产生有毒、可燃或有腐蚀性的气体，并稀释了聚合物分解所产生的各种可燃气体，使起火更加困难。合成材料的阻燃性能与填料氢氧化铝的粒度有很大关系，随粒度的变细，限氧指数随之上升。填料的细化还有助于合成材料光滑度和力学性能的改善。而附碱及氧化铁含量的高低可以改善材料的绝缘性能，这在电缆护层与低压电器开关制品中显得尤为重要。

2）用作地毯裱褙乳胶泡沫和黏结剂的填充剂。氢氧化铝在地毯行业中的应用主要是利用氢氧化铝的阻燃填充性能。一般情况下，用在地毯中的氢氧化铝为d50＜20 μm的细粒氢氧化铝。

3）用作人造大理石、人造玛瑙的填充剂。用氢氧化铝和不饱和聚脂树脂或甲基丙烯酸树脂生产人造玛瑙或人造大理石。由于氢氧化铝具有（折光系数为1.57）和聚脂树脂极为接近的折光指数，从而使人造产品具有半透明的、令人满意的光见度，并且可以生产出不同颜色、花纹图案的人造产品。用于生产人造玛瑙和人造大理石的氢氧化铝具有白度高(＞95%)，晶型好，粒度适中(d50为50 μm或70 μm之间)的特性。

4）用作造纸填剂。氢氧化铝在造纸工业中主要用作表层涂料、填料以及生产不燃纸。氢氧化铝作为涂布颜料有许多优越性：白度高、粒度细且粒度分布均匀，呈片状晶形，用它作颜料能提高涂布纸的白度。不透明度、平滑度及吸油墨性能。用它代替二氧化钛。在不降低纸张自度及不透明度的前提下，能节约成本，提高纸的光泽度，改善印刷性能。通常造纸用的氢氧化铝粒度d＜1 μm，白度大于98%。

5）用作牙膏填剂。牙膏的主要用途是除去牙齿上黏附的污物。而对牙龈无损伤。这就需要中性磨擦剂。而氢氧化铝所具有的轻度磨擦特性来清洁和磨光牙齿正好满足这一要求。并且其化学惰性使其易与牙膏中的其他配料相容；再者，氢氧化铝具有良好的保氟性能，因此，氢氧化铝在药物牙膏和其他高档牙膏中有着广泛的应用。用作牙膏填料氢氧化铝的粒度一般为7 μm，附碱须小于0.01%或保持一定的pH值，以防止在储存过程中牙膏皮遭到腐蚀。

由于高白氢氧化铝的独特性能，目前需求高速增长。其价格一直稳定在每吨2 500～3 000元，与氧化铝（折合比1.53）相比价格有明显优势。有资料表明，全球烘干高白氢氧化铝市场需求量在80万t以上。国外主要生产商有加铝、美铝、日本住友化学、德国马丁等少数几家公司。国内主要生产厂家主要由中铝公司、内蒙大唐资源公司等少数几家采用烧结法工艺的厂家生产。

由于烧结法能耗高，造成生产成本居高不下。如能采用低成本的拜耳法的精液，经过处理后生产出高白氢氧化铝，无疑具有较好经济效益和社会效益。因此，开发拜耳法精液生产高白氢氧化铝是十分必要的。

3 项目研发的可行性分析

3.1 高白氢氧化铝指标要求

高白氢氧化铝国家没有统一标准，某企业产品标准见表1。

表1 高白氢氧化铝指标

3.2 原因分析及对策

从表1可以看出，高白氢氧化铝标准中要求的指标较多，其中白度指标完成难度较大，其他指标均能通过调整技术条件达到要求值。

在工业生产中，采用烧结法工艺产出产品的白度高达94%以上，而拜耳法工艺产品的白度在80%～88%，因矿石成分及生产技术不同而不同。经分析，其主要原因是由于拜耳法溶液中的铁、硫离子及有机物含量高。有资料表明[1]，拜耳法溶液中有机物含量高达1.67 g/L，为烧结法的三倍以上。另外，拜耳法溶液中铁、硫离子含量也在烧结法的一倍以上。

从上述原因可以得出:欲从拜耳法溶液中制取出高白氢氧化铝，必须脱除铁、硫离子及有机物。

依据各种杂质在溶液中的存在形态，经研究化学反应机理及相关资料[2,3]，脱硫采用沉淀法除杂工艺；脱铁采用将二价铁还原为三价铁再沉淀除杂工艺；有机物脱除采用了湿法氧化分解的工艺。根据以上原理并结合市场价格综合考虑经济性，分别选择了脱硫剂、脱铁剂和脱色剂。为验证其效果，采用拜耳法溶液在实验室条件下进行了试验，试验结果表明，三个试剂均能达到满意效果，经过处理后的拜耳法溶液中的铁、硫离子及有机物含量均达到或接近烧结法溶液的水平，产出的产品白度均在95%～97%以上。同时，为给工业生产提供技术支持，通过实验室试验也摸索出各种试剂的最佳技术条件。

3.3 可行性分析

从实验结果可以看出，在机理上证明利用拜耳法溶液同样可以生产出高白氢氧化铝。

山西省柳林县森泽煤铝有限责任公司现有两条生产线：一条是60万t/年的拜耳法生产线,目前生产正常,产出的拜耳法溶液可以满足项目研发需要；另一条是10万t/年的烧结法生产线，因产能低、能耗高处于停产状态。在烧结法厂区中，有完善的溶液预处理系统，种子分解系统和产品分离洗涤、干燥及加工系统，经过简单改造后完全能满足项目研发需要。因此，从技术上讲经过简单改造，增加少量投资，山西省柳林县森泽煤铝有限责任公司就能具备本项目研发条件。

按照目前市场情况进行测算，项目研发成功后，其产品成本仅在原拜耳法产品成本基础上增加了电费、人工工资及试剂费用，预估每吨产品成本增加在400元，最终生产成本在1 800元/t以内。高白产品价格长期稳定在2 500～3 000元/t，因此，项目研发具有较好的经济效益。

同时，本项目研发过程上的所有固体物返回拜耳法流程中进行回收利用，也不会额外产生废气，少量废水进入公司污水处理系统回收利用，本项目不会产生新的环境污染源。

综上所述，本项目研发是可行的。

4 项目研发技术方案

4.1 项目研发目标

产品指标达到表1的要求，粒度d50分别为75μm、25 μm、15 μm 和 08 μm 四个系列。

4.2 主要技术条件控制

主要技术条件控制：分解时间40～45 h；分解固含500～600 g/L；分解温度，首槽：61～63℃，末槽：48～52℃；粒度d50控制在75 μm，最终产品按要求控制；产品的水分质量分数小于0.1%。

4.3 项目研发工艺流程

4.3.1 精液预处理流程（见图1）

图1 精液预处理流程

4.3.2 种子分解工序（见图2）

图2 种子分解工序

4.3.3 后加工工序（见图3）

图3 后加工工序

5 结果与讨论

经过技术改造，本项目与2016年10月25日组织投料试运行，于12月15日产出产品，产品指标情况如表2所示。

表2 产品指标完成情况

从表2看出，产品白度明显提高，但没有达到目标值。其主要原因是烧结法系统停车时间长，原有流程及设备中铁锈多，短时间难以消除，随着生产时间延长，并进一步强化指标管理，将会得到改善。产品粒度稍粗，与要求差别不大，通过改善分解条件可以得到控制。

6 结语

通过利用拜耳法精液生产高白氢氧化铝的研发项目，解决了拜耳法厂面临生产精液当中有害杂质去除难、产品指标难控制等问题，提高了精液的品质，改变了依靠烧结法工艺生产高白产品的老传统，开辟了一条利用拜耳法精液生产高白氢氧化铝产品的新途径，为企业创新发展、开发新产品并提高竞争能力指明了方向。

[1] 张浩.湿法氧化法去除铝酸钠中有机物的研究[D].长沙：中南工业大学，2011.

[2] 鲁少冲，李军旗，赵飞，等.铝酸钠溶液中有机物的危害与排除[J].中国稀土学报，2008（8）：988-990.

（编辑：苗运平）

Development of High-whiteness Aluminium Hydroxide Production by Bayer Process

Li Shuting
(Shanxi Liulin Senze Coal and Aluminum Co.,Ltd.,Liulin Shanxi 033300)

Through the analysis of the current situation of alumina ind ustry,the necessity and advantage of development of high-whiteness aluminum hydroxide is put forward.At the same time,the R&D projects of high-whiteness aluminium hydroxide production by Bayer process solves the production of difficult removal of harmful impurities,difficult control of product indexes and other issues in refined liquid production of Bayer plant,improving the quality of refined liquid.

Bayer process,high-whiteness aluminum hydroxide,desulfurizer,deferrization agent,decolorizing agent

TF803.25

A

1672-1152（2017）04-0072-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.28

2017-07-20

李书廷（1970—），男，毕业于吕梁高等专科学校化工系化学工艺专业，后毕业于吕梁电大本科工商管理专业，工程师，现任森泽集团常务副总。