第４７卷第６期 ２０１５年６月 无机盐工业 ＩＮ０ＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ４７ 碳分法制备易溶氢氧化铝研究 韩东战。樊大林。尹中林 （中国铝业股份有限公司郑州研究院，河南郑州４５００４１） 摘要：通过无晶种碳分法制备了易溶氢氧化铝。研究了反应温度、通气速度、二氧化碳体积分数、铝酸钠溶液 苛性比（氧化钠与氧化铝物质的量比）等条件对氢氧化铝酸溶率的影响。适宜工艺条件：反应温度为６５ ７５ 、通气 速度为４００Ｌ／ｈ、二氧化碳体积分数为３０％～３８％、铝酸钠溶液苛性比为１．４８。在此条件下制得氢氧化铝酸溶率大于 ９５％。Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）和扫描电镜（ＳＥＭ）表征表明，物相组成是影响氢氧化铝产品酸溶性的主要原因。 关键词：易溶氢氧化铝；碳分；二氧化碳；酸溶率；晶体结构 中图分类号：ＴＱ１３３．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４９９０（２０１５）０６—００４７—０３ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｅａｓｉｎｇ ｓｏｌｕｂｌｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ ｂｙ ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｈａｎ Ｄｏｎｇｚｈａｎ，Ｆａｎ Ｄａｌｉｎ，Ｙｉｎ Ｚｈｏｎｇｌｉｎ （Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣｈａｌｃｏ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００４１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅａｓｉｌｙ ｓｏｌｕｂｌｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｇａｓ ｐａｓｓｉｎｇ ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ２，ａｎｄ ｃａｕｓｔｉｃ ｍｏｌａｒ ｒａｔｉｏ（ａｍｏｕｎｔ－ｏｆ－ｓｕｂｓｔａｎｃｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ｔｏ ａｌｕｍｉｎａ）ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ａｌｕｍｉｎａｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｅｔｃ．ｏｎ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ Ｓ ａｃｉｄ ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ：ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ ６５－７５℃，ｇａｓ ｐａｓｓｉｎｇ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｗａｓ ４００ Ｌ／ｈ，ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ，ｗａｓ ３０％ ３８％．ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｕｓｔｉｃ ｍｏｌａｒ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ａｌｕｍｉｎａｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗａｓ １．４８．Ｔｈｅ ａｃｉｄ ｓｏｌｕｂｌｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ９５％ｕｎｄｅｒ ｔｈｏｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔＴ ｗａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ＸＲＤ ａｎｄ ＳＥＭ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅ— ｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ａｃｉｄ ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｍａｉｎｌｙ ｄｅｐｅｎｄｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅａｓｉｎｇ ｓｏｌｕｂｌｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ；ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＯ２；ａｃｉｄ ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ；ｃｒｙｓｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 随着国家对生活饮用水标准的提高．传统饮用 水用净水剂聚合氯化铝的生产工艺需要改良升级． 以易溶氢氧化铝代替普通氢氧化铝为原料的低耗高 效生产工艺，不但能降低能耗、节约成本，而且还能 提高聚合氯化铝的性能… 目前在中国对易溶氢氧 化铝的研究成为热点［２－３］．但关于无晶种碳分法制备 易溶氢氧化铝报道较少．而且对碳分法制备易溶氢 氧化铝物相组成的分析鲜有报道 笔者通过无晶种 碳分法制备了易溶氢氧化铝，研究了反应温度、铝酸 钠溶液苛性比（Ｎａ ０与Ａ１：０。物质的量比）、通气速 度、二氧化碳体积分数对氢氧化铝酸溶率的影响规 律，运用Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、扫描电镜（ＳＥＭ）对氢 氧化铝产品粒子的形态和晶体结构进行了表征．并 设备：碳分法制易溶氢氧化铝试验装置一套 （３ Ｌ）；产品酸溶评价装置一套。 １．２原液配制 称取一定量的氢氧化铝和氢氧化钠于烧杯中． 在１２０℃溶解于去离子水中．待沸腾且基本溶清后 过滤．得到试验所需一定浓度的铝酸钠溶液。 １－３易溶氢氧化铝制备过程 移取２．０ Ｌ铝酸钠溶液于碳酸化分解反应槽 中．控制温度和搅拌速度（控温精度为±１℃），控制 ＣＯ，气体体积分数和流量。在规定时间取样分析，当 样品分解率达到设定值时停气、出料，过滤、洗涤，得 氢氧化铝产品 １．４易溶氢氧化铝酸溶评价试验 揭示了影响氢氧化铝酸溶性的主要原因 日本昭和电工对易溶氢氧化铝的主要评判条 １ 试验方法 １．１试验原料及设备 件：１）盐酸质量分数为１２．５％，酸溶温度为９５～ ９８℃。酸溶时间为２００ ｍｉｎ，ＡＩ（ＯＨ） 与ＨＣ１物质的 量比为ｌ：３：２）氢氧化铝酸溶率＞９５％，Ｄ５０为５０ Ｉｘｍ 原料：氢氧化铝（工业级），氢氧化钠（化学纯）， 二氧化碳气体（９９．９％），氮气（９９．９％）。质量分数为 ３６．５％盐酸（化学纯） 左右；３）Ａ１（ＯＨ），酸溶率＝（１一反应后剩余氢氧化铝 的质量／反应前氢氧化铝的质量）ｘ１００％。 酸溶评价试验：在三口烧瓶中加入一定量氢氧 ４８ 无机盐工业 第４７卷第６期 化铝和１２．５％盐酸．待温度升至设定温度后开始计时． 待反应结束后冷却、过滤、洗涤、烘干，计算酸溶率。 ２试验结果和讨论 ２．１ 反应温度对氢氧化铝酸溶率及粒径的影响 铝酸钠原液成分见表１。在通气速度为４００ Ｌ／ｈ、 二氧化碳体积分数为３５％条件下．考察了反应温度 对氢氧化铝酸溶率及粒径的影响，结果见图１。从图 １可以看出．氢氧化铝酸溶率随着反应温度的升高 而降低．平均粒径随着反应温度的升高而增加。反应 温度为６０℃时．氢氧化铝酸溶率可达９９．４１％：反应 温度为９０℃时．氢氧化铝酸溶率仅为８４．８４％。当反应 温度为６５－７５℃时，氢氧化铝粒径Ｄ铀为３５～５０ Ｉｘｍ， 酸溶率＞９５％ 温度升高使铝酸钠溶液的黏度和表面 张力降低．有利于扩散速度的提高．使晶体长大速度 加快［４］ 而反应温度低且无晶种存在时．溶液黏度和 表面张力大。促进二次成核过程．使产品粒度变细． 而粒度较细的产品较为易溶 根据以上分析．适宜反 应温度为６５～７５℃ 表１铝酸钠原液成分 注：ＮＴ表示铝酸钠溶液中的氧化钠和碳酸钠；ＡＯ表示铝酸钠溶液 中的氧化铝；Ｎｃ表示铝酸钠溶液中的碳酸钠；Ｏｔ 表示铝酸钠溶 液苛性比（Ｎａ２０与Ａ１２０３物质的量比）。 墨 斐 蒜 反应温度／￣Ｃ 图１ 反应温度对氢氧化铝酸溶率和粒度的影响 ２．２ Ｃ０，体积分数和通气速度对氢氧化铝酸溶率 的影响 在反应温度为７０℃、通气速度为４００ Ｌ／ｈ、铝酸 钠原液成分同表１条件下．考察了二氧化碳体积分 数对氢氧化铝酸溶率的影响．结果见表２ 从表２可 知，ＣＯ 体积分数越大氢氧化铝酸溶率越大。这是因 为，碳酸化分解反应为气液反应，ＣＯ，体积分数越大 铝酸钠分解速度越快．氢氧化铝成核越多［５＝，产品晶 型越不稳定，越有利于提高产品的酸溶率。 表２ ＣＯ 体积分数对氢氧化铝酸溶率的影响 Ｃ０：体积分数／ 氢氧化铝 ＣＯ，体积分数／ 氢氧化铝 ％ 酸溶率／％ ％ 酸溶率，％ ３０ ９５．６２ ３８ ９８．７４ ３５ ９７．１２ 在反应温度为７０℃、二氧化碳体积分数为 ３５％、铝酸钠原液成分同表１条件下，考察了ＣＯ 通 气速度对氢氧化铝酸溶率的影响，结果见表３。由表 ３看出．ＣＯ，通气速度越高氢氧化铝酸溶率越大。 ＣＯ 通气速度对氢氧化铝的硅含量影响较大［４１，通 气速度快．缩短分解时间．使分解的氢氧化铝迅速与 母液分离，可以减少ＳｉＯ 的析出数量，降低产品中 二氧化硅的含量 氢氧化铝中的二氧化硅影响聚合 氯化铝的过滤性能．硅含量越高聚合氯化铝越难过 滤。综合工厂实际条件，ＣＯ 适宜通气速度为４００ 。 表３ ｃｏ２通气速度对氢氧化铝酸溶率的影响 —— （Ｌ・ｈ一 ———— 酸溶率，％ ｝Ｉ广— ———— （Ｌ・ｈ。‘） 酸溶率／厂％ ４ｏ０ ９７．ｓ３ ｝Ｉ ６００ ９９ ３８ ２．３ 铝酸钠溶液苛性比对氢氧化铝酸溶率的影响 在反应温度７０℃、ＣＯ 通气速度为４００ Ｕｈ、ＣＯ 体积分数为３５％条件下．考察了铝酸钠溶液苛性比 对氢氧化铝酸溶率的影响．结果见图２ 从图２可 知．铝酸钠溶液苛性比对氢氧化铝的酸溶率影响不 大 但苛性碱浓度过高。对二氧化碳的吸收率会有不 利影响 ．【ｉ｝Ｌ 矮 职 蛹 １．４２ １．４４ １．４６ １．４８ １．５Ｏ １．５２ １．５４ １．５６ １．５８ １．６０ 铝酸钠溶液苛性比 图２铝酸钠溶液苛性比对氢氧化铝酸溶率的影响 ２．４不同反应温度制得氢氧化铝ＳＥＭ表征 铝酸钠原液成分见表４。在ＣＯ：体积分数为 ３５％、ＣＯ２通气速度为４００ Ｌ／ｈ条件下，在不同反应 温度下制备了氢氧化铝产品。其ＳＥＭ照片见图３。
