矿产加工中氢氧化铝开发工艺方法研究

张继普

（河南省有色地矿局五大队，河南 郑州 450000）

氢氧化铝是铝的氢氧化物，化学方程式表示为AL(OH)3，是一种透明胶状的矿物物质，氢氧化铝具有明显的化学特征，该矿物物质不能与水相溶，具有较差的抗酸性，即容易与酸性物质发生化学反应，因此氢氧化铝又被称为一水合偏铝。其表面有一层粘膜状的保护膜，不易与空气中的氧发生反应，因此通常情况下氢氧化铝不产生二氧化碳。氢氧化铝按照用途可分为工业级氢氧化铝和医药级氢氧化铝两种，其中工业级氢氧化铝常被用于制作汽车零配件、设备零备件等，医药级氢氧化铝可以用于实验室实验，因此氢氧化铝的社会用途比较广泛。氢氧化铝主要生产于矿产加工中，由于矿产加工中氢氧化铝颗粒比较大，具有较好的流动性，并且物质强度较高，因此矿产加工中氢氧化铝开发具有一定的难度，目前现有的方法主要为拜耳法，这种方法虽然能够解决矿产加工中氢氧化铝加工的一些问题，并且加工效率比较快，但是加工而成的氢氧化铝利用率较低，在生产开发过程中需要消耗大量的原材料，并且产出的氢氧化铝品质较低，已经无法满足氢氧化铝开发需求，为此提出矿产加工中氢氧化铝开发工艺方法研究。

1 矿产加工中氢氧化铝开发工艺方法

1.1 氢氧化铝原料种子制备

矿产加工中氢氧化铝开发中首先需要对矿产原材料进行合理制备，此次根据氢氧化铝开发需求，选择烘干法对氢氧化铝原料种子进行制备，其制备过程如下。

首先将矿产原材料中氢氧化铝放入到KOSD-D56S型号烘干机中进行烘干，烘干时间要控制在110min～120min之间，烘干温度设定为115℃～125℃左右；然后利用蒸发母液将氢氧化铝原料进行蒸母活化，蒸发母化的目的是改变氢氧化铝的化学性质，蒸发母液的配置对氢氧化铝原料种子制备起到关键作用，其配置原料主要由蒸馏水、碳酸钠、碳酸盐，其配比为蒸馏水：碳酸钠：碳酸盐=1:1:3，将配置好的蒸发母液在使用前需要用水对其进行稀释，因为蒸发母液制备完成后到使用期间需要一些时间，在该过程中母液中的水会被蒸发掉一部分，因此需要用水对其进行稀释，稀释到N170g/l。将蒸发母液倒入到氢氧化铝原料中，并将其共同放在水浴中进行活化，活化温度控制在100℃～105℃之间，活化时间控制在45min～60min，在活化过程中需要利用机械对其进行充分搅拌，使氢氧化铝原料种子到D75um～85um。最后将活化后的料浆进行过滤，从而得到了氢氧化铝原料种子，用于后续深层开发。

1.2 原料种子焙烧

氢氧化铝原料种子制备完成之后，进入到原料种子焙烧工序中，此次氢氧化铝原料种子焙烧试剂选择生石灰、氢氧化钠、硅酸钠、丁基黄药四种试剂，焙烧设备选择箱式电阻炉，在焙烧过程中需要严格把握焙烧温度和焙烧时间等参数，在焙烧过程中氢氧化铝原料种子焙烧温度对氢氧化铝开发质量具有重要影响作用，传统工艺在焙烧阶段中通常将焙烧温度设定在500℃左右，为了研究出符合氢氧化铝原料种子的焙烧温度参数，进行焙烧温度与氢氧化铝浸出率和回收率测试。

测试过程中将氢氧化铝原料种子焙烧时间设定为3.5小时，生石灰、氢氧化钠、硅酸钠、丁基黄药、丁铵黑药用量分别为15kg、10.5kg、14.5kg、18.5 kg、14.5kg，氢氧化铝原料种子浆液浓度为55%，将制备后的氢氧化铝原料种子分别通过400℃、500℃、600℃、700℃焙烧温度进行焙烧。测试结果表明，氢氧化铝原料种子中氢氧化铝的浸出率和回收率会随着焙烧温度的增加而增加，当焙烧温度高达700℃时，氢氧化铝浸出率达到92.4%，氢氧化铝的回收率达到95.4%，达到理想状态。

焙烧过程中不仅焙烧温度会对氢氧化铝开发质量具有重要影响作用，焙烧时间也需要严格把控，所以为了研究出符合氢氧化铝原料种子的焙烧时间参数，进行焙烧时间与浸出率和回收率测试。

测试过程氢氧化铝原料种子溶液焙烧温度设定为700℃，其他参数与上文焙烧温度测试参数相同，将氧化后的样品溶液分别经过1.5小时、2.5小时、3.5小时、4.5小时焙烧。

测试结果表明，氢氧化铝原料种子中氢氧化铝的浸出率和回收率会随着焙烧时间的增加而增加，当焙烧时间大于2.5小时后，氢氧化铝的浸出率和回收率呈下降趋势，也就是说焙烧时间对于氢氧化铝的浸出率和回收率影响较小，焙烧温度才是关键因素，所以确定矿产加工中氢氧化铝开发中氢氧化铝原料种子焙烧时间为2.5小时，焙烧温度为700℃，其具体焙烧过程如下图所示。

图1 氢氧化铝原料焙烧流程图

首先将氢氧化铝种子内加入生石灰、氢氧化钠、硅酸钠、丁基黄药四种试剂，利用数显增力电动搅拌机，将氢氧化铝种子与试剂进行搅拌和融合，然后等到5.5min后使氢氧化铝种子溶液被试剂充分氧化，最后将氧化后的氢氧化铝种子放入箱式电阻炉中进行焙烧，焙烧时间与焙烧温度按照上文测试中数值，以此完成原料种子焙烧。

1.3 氢氧化铝蒸发提取

焙烧完成之后对氢氧化铝进行蒸发提取，该过程使用到的设备主要为降膜蒸发器，降膜蒸发器的作用是将焙烧后的氢氧化铝种子中含有的其它杂质去除掉。在对氢氧化铝原子进行蒸发提取之前，需要将焙烧后的氢氧化铝种子中加入精液1000ml，使其变成氢氧化铝原液，然后将其放入到降膜蒸发器进行蒸发提取。降膜蒸发器由加热蒸发室、循环管束、气流通道以及制冷剂分配器四部分组成，氢氧化铝原液经循环管束将其传送到加热蒸发室的顶部，然后由制冷剂分配器分布制冷剂后，在重量的作用下使氢氧化铝原液自上而下流动，氢氧化铝原液在加热状态下变成蒸汽，最后蒸汽经过气流通道流出体外。管式降膜蒸发器在对氢氧化铝原液杂质进行过滤之前，首先将蒸发器的循环管束采用叉排的方式进行排列，并且降膜区的管束采用转45°三角形排列，满液区的管束采用矩形排列，这种排列方式可以降低满液区的位置，以此减少制冷剂的使用量，降低管式降膜蒸发器的萃取成本。此外，管束与管束之间的距离在条件允许的范围内进行小，通常情况下在0.15m～0.18m之间，这样可以取得良好的换热效果。将管式降膜蒸发器萃取得到的氢氧化铝溶液在200℃条件下进行烘干，从而形成氢氧化铝，以此完成矿产加工中氢氧化铝开发。

2 实验论证分析

实验以某氢氧化铝矿产作为实验对象，在该矿产中选取10kg氢氧化铝原料，该原料中含有0.017%二氧化硫，0.016%四氧化三铁，97.52%氢氧化铝，将其平均分成五份，利用此次设计方法与传统方法对该氢氧化铝矿产原料进行开发。实验按照上述流程对氢氧化铝进行开发，实验利用测量仪器测试出两种方法对五个实验样本的加工成果，即每种方法加工后氢氧化铝的开发量，根据实际值计算出两种方法的原料利用率，将其作为实验结果，对两种工艺方法进行对比分析，实验结果如下表所示。

表1 两种方法原料利用率对比（%）

从上表可以看出，此次设计方法对氢氧化铝原料利用率基本在99%以上，而传统方法平均利用率仅为62.48%，远远低于设计方法，因此实验证明设计方法更适用于矿产加工中氢氧化铝开发。

3 结束语

本文对矿产加工中氢氧化铝开发工艺方法进行了研究，在传统方法基础上针对氢氧化铝利用率较低的问题，提出了一种新的氢氧化铝开发工艺理论，并且利用实验验证了该开发工艺理论具有良好的适用性和可靠性，此次研究对氢氧化铝开发工艺具有一定的借鉴意义。此次研究在内容方面存在不足之处，氢氧化铝开发加工工艺仍需要进一步精练，今后在氢氧化铝高端产品的研发以及开发工艺创新和优化方法有待进一步研究。