广东广业云硫矿业有限公司广东云浮527300
【摘要】随着社会经济和科学技术的快速发展,节能减排、清洁生产是企业稳定快速发展的根本之路。文章介绍了一种硫酸铝的清洁生产技术方案，不仅可以稳定生产出合格的硫酸铝产品，并且实现了硫酸生产酸洗废酸的减排，降低了硫酸铝的生产成本，总体上基本实现节能减排、清洁生产，获得了较好的经济效益和社会效益，可为硫酸铝行业今后发展提出参考。
【关键词】无机盐；硫酸铝；酸洗废酸；生产工艺；清洁型生产
硫酸铝是无机盐基本品种之一，主要用于造纸及净水工业,就其生产规模而言,在我国仅次于芒硝、硅酸钠而居第三位。特别是近年来,随着改革开放的深入发展和市场竞争的优胜劣汰,我国硫酸铝产业有了长足的发展，全国硫酸铝行业出现了发展迅速、生产水平提高、技改成果显著等可喜局面，基本满足我国相关工业部门发展的需要。为响应国家节能环保号召，促进企业的健康可持续发展，有必要加大对硫酸铝生产技术的研究，促其生产清洁化。
1实验过程
1.1主要原料
硫酸铝生产原料:铝土矿，酸洗废酸，成品工业硫酸。其中，铝土矿:外购，其中Al2O3的质量分数均不小于45%；硫酸:本公司产品，工业品(质量分数为93%)。
在实际生产中，先将来自硫酸车间逐级沉降后的稀酸加入到调浆罐中，之后将调浆罐中的浆液与成品硫酸一起加入到反应釜中进行反应。对原料的各种要求见表1，对稀酸的要求见表2。
1.2仪器及设备
雷蒙机(4R－3216型)，某重工机器制造有限公司提供；反应工序反应釜(有效容积为6m3)，博山压力容器厂提供；沉降工序沉降槽(有效容积为12.5m3)，公司自制；蒸发器(单效盘管式，面积为50m2，容积为12m3)，公司自制；钢带结晶机(总长为25m，宽度为1m，有效冷却面积为22m2)；BMJ100/1000－400板框压滤机(过滤面积为82m2，压力≤14MPa)，某化工机械厂提供；稀酸沉降池(5m×5m×4m)，公司自制；耐腐耐磨砂浆泵(65UHB－ZK－30－50，流量为30m3，扬程为50m)，某泵业有限公司提供；稀酸储液槽(Φ3m×3m)，公司自制。
1.3制备工艺
硫酸铝的制备工艺流程如图1所示。来自硫酸车间净化岗位的稀酸经稀酸循环泵打入稀酸沉淀池，经3次沉淀后，用稀酸泵打入板框压滤岗位，用板框压滤机将稀酸挤压过滤后，送至硫酸铝车间稀酸贮槽，然后进入调浆罐与计量后的铝土矿粉混合，进行调浆。合格的矿粉浆液用泵送入反应釜中，与质量分数为93%的硫酸在压力为(0.31±0.02)MPa的条件下反应，生成硫酸铝浆液。反应生成的混合浆液，用蒸汽压入干扰式重力沉降槽中稀释，加入絮凝剂，促使残渣沉降分离。清液(即头遍溶液)经自由管放入中和槽，用硫酸中和成合格的溶液，送入蒸发工序。残渣倒槽后经3次逆流增浓洗涤后用泥浆泵送入渣池。
合格的清液经常压单效排管(或盘管)式蒸发器浓缩到铝含量大于15.60%(质量分数)，放入浓缩液贮槽，供钢带结晶机冷凝结晶。冷凝结晶的片状硫酸铝，经锤式粉碎机粉碎至合格粒度，用斗式提升机提至料仓进行计量包装，码垛后入库。
2结果与讨论
2.1矿渣洗涤次数
该公司采用的铝土矿溶出率较高，其氧化铝的质量分数均超过45%。在处理过程中，沉降矿渣用水洗涤的次数影响了铝元素的溶出率，如表3所示。将沉降矿渣用水反复洗涤4次，以充分回收硫酸浸出的硫酸铝，提高了铝土矿中铝的利用率。
2.2矿粉用量
投入原料后，反应釜内发生如下反应:
A12O3＋2H2SO4＝2A1(OH)SO4＋H2O，
2A1(OH)SO4＋H2SO4＝Al2(SO4)3＋2H2O。
由于稀酸浓度较低，不能与铝土矿粉直接反应。操作中质量分数为93%的自产硫酸用稀酸稀释后，与铝土矿粉反应生成的碱式硫酸铝，碱式硫酸铝能很容易地与硫酸发生中和反应生成硫酸铝。在投料时，矿粉用量与反应的进程有关，矿粉用量与铝溶出率的关系见表4。将矿粉过量5%，待反应结束后对反应产物进行检验，然后加入相应的硫酸中和，便可以很好地利用氧化铝的两性，实现对反应的有序控制，生产出符合标准要求的硫酸铝产品。
2.3酸度控制
在实际硫酸铝的生产过程中，反应釜内的酸度是动态变化的，需要通过加入稀酸来调控。酸度过低，尤其当稀酸加入量较少时，放出的铝液将呈酸性，会影响与矿粉的反应，从而浪费了原料；酸度过高，会导致生成的硫酸铝不能有效扩散，附着在矿粉表面，影响进一步的反应过程，也会导致铝溶出率降低。参照有关文献的数据，本文优先选择硫酸的质量分数为54%～59%。具体操作过程是利用硫酸废酸对93%(质量分数，下同)的硫酸进行稀释，配置成54%～59%的硫酸溶液进行反应，实验结果见表5。通过理论分析和实际生产测试，当硫酸的质量分数为55%时反应效果最佳，可以很好地控制反应进行，减少中间产物的生成和反应过程中溶剂体系酸碱度的影响。
2.4温度影响
该公司常年生产出售硫酸铝，温度以及气候变化会对生产带来影响，尤其是反应釜对温度的要求较高。在冬季，进行硫酸铝的批量生产时，由于温度较低，如果用稀酸调浆，反应釜内的温度很难提升到反应所需的水平，这将影响反应的充分进行。曾经尝试对反应釜体增加保温措施，但是极易被酸液腐蚀，进而导致反应釜窜料，甚至发生爆炸等事故。为了解决这一问题，在冬季生产中向矿粉中加入一定比例的氢氧化铝，可以使反应平稳进行。
2.5设备防腐改进
由于稀酸具有极强的腐蚀性，在使用时需要对设备进行一定的改造，减少稀酸的损失同时延长设备的使用寿命。改造时，管道采用PPR材质，储罐采用聚丙烯材质，阀门采用玻璃钢球阀，稀酸泵采用氟塑料合金泵，调浆罐采用316L材质，均避免了稀酸在各个反应过程中可能出现的损失，保护了仪器和设备，很好地解决了稀酸腐蚀问题。
2.6经济效益分析
该公司的硫酸铝生产能力为20000t/年，用硫酸生产的废酸代替二遍液用于铝土矿粉调浆，将稀酸质量分数控制在10%左右，用板框压滤机将稀酸挤压过滤后直接供给硫酸铝车间使用。稀酸代替二遍液调浆后，每天约使用3.095t，每年可节省硫酸约1021.39t，按目前93%的硫酸价格(200元/t)计算，可节省用酸20.42万元。硫酸车间每天可产生废酸20t，可完全供给硫酸铝车间的生产，不但实现了废酸的减排，还节省了部分原料费用。该公司自2015年10月开始调试生产，产品质量达到标准HG/T2225—2010的要求。
3结论
总之，为了符合国家环境保护政策的要求，减少污染物的排放，合理利用资源，在硫酸铝的生产方面,传统型、粗放型向科技型、清洁型的转变,是经济发展的必然趋势。实践证明，在本新工艺条件下，将硫酸生产中的废酸作为硫酸铝生产的原料，可以稳定生产出合格的硫酸铝产品，并实现酸洗废酸的减排，同时降低了硫酸的生产成本，提高了企业的经济效益和环境效益，值得在同行业中推广使用。
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