一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂及其制备方法，其配方组成质量分数为：聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸0.1～20%、硅烷基苯羧酸1～30%、醇1～20%、NaOH0.2～5%，余量为水，制备方法为将聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸与水混合，在水浴30～55℃下搅拌溶解成均匀液体；再将硅烷基环羧酸与醇混合，搅拌溶解成溶液；再将上述所得物混合，在搅拌下，加入NaOH调整pH至8～11，高速搅拌30分钟后得产品，用于在拜耳法生产氧化铝过程中，可改善产品氧化铝的强度和粒度。

权利要求

1.一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂，其特征在于：其配方组成质量分数为：聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸 0.1～20%硅烷基苯羧酸 1～30%醇 1～20%NaOH 0.2～5%水 余量 ，其中，聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸的分子量为500～1600万，分子式为：X，Y，Z所占数量分数为：X为10～50%；Z为1～20%；其余为Y;硅烷基苯基羧酸：带有1硅原子的C-Si型表面活性剂，分子中含有1苯环状结构，侧链碳数为:1～8个羧酸，分子式为：其中：n =1～7 。

2.根据权利要求1所述的一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂，其特征在于：醇：碳数为3～9个的醇。

3.根据权利要求1所述的一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂，其特征在于：醇：丙醇，异丙醇、正丁醇、正辛醇、异辛醇、正庚醇。

4.如权利要求1所述的一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1） 将聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸与水混合，在水浴30～55℃下搅拌溶解成均匀液体；

（2）将硅烷基环羧酸与醇混合，搅拌溶解成溶液；

（3）将1与2所得物混合，在搅拌下，加入NaOH调整pH至7～11，高速搅拌30分钟后得产品。

说明书

一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 氧化铝是电解铝生产的主要原料，同时也是电子、化工、耐火材料、陶瓷等行业不可缺少的重要原料。近年来，由于电解铝厂环保及节能的需要，特别是干法烟气净化和大型中间自动点式下料预焙槽的推广, 不但对氧化铝的纯度，而且对氧化铝的物理性质也提出了严格的要求。

[0003] 铝酸钠溶液晶种分解是拜耳法生产氧化铝的重要工序之一，我国拜耳法以难溶的一水硬铝石型铝土矿为原料，溶出条件苛刻，溶出液的分子比及溶液的苛性碱浓度较高，制得的氧化铝与国外典型的砂状氧化铝产品比较，主要缺点是产品强度低，同时不能保证细粒子含量在合适范围内。“入世”以来，国外粒度好，强度大的优质氧化铝产品，冲击我国氧化铝市场，所以解决铝酸钠溶液晶种分解制取高品质的氧化铝，是我国铝工业迫切需要解决的问题。

[0004] 早在上世纪80年代，国外就有针对三水软铝石矿的研究，并有相关提高产品质量的分解添加剂，但实践表明，此类添加剂对于我国以一水硬铝石矿拜耳法生产氧化铝的工艺并不适用。而针对此类矿的研究，国外几乎为空白。

[0005] 我国“八五”期间，曾集中了中国铝业的国营大企业和相关研究院的力量，力图以通过改变生产工艺的方法，解决粉状氧化铝粒度差、强度低的问题，但未获得成功。

[0006] 目前国内外用于拜尔法铝酸钠溶液晶种分解的添加剂，为水分散添加剂或油溶性添加剂，均属于提高氧化铝粒度的添加剂，此种添加剂加入后虽可提高氧化铝的粒度，但会降低铝酸钠溶液种分分解率或影响氧化铝的强度。而提高分解率的添加剂，往往引起产品氧化铝的细化。另外，对于我国一水硬铝石矿、水溶性添加剂及水分散性添加剂，常会因为其在分解液中的残留产生泡沫，而影响其它生产工段。

发明内容

[0007] 本发明要解决的技术问题是：解决上述中拜尔法铝酸钠溶液晶种分解的添加剂存在的问题，本发明提供一种在拜尔法氧化铝生产过程中使用的可改善产品强度和粒度的乳液型分解添加剂及其制备方法。

[0008] 本发明采用的技术方案：

[0009] 本发明的一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂，其配方组成质量分数为：

[0010] 聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸 0.1～20%

[0011] 硅烷基苯羧酸 1～30%

[0012] 醇 1～20%

[0013] NaOH 0.2～5%

[0014] 水 余量 ，

[0015] 其中，聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸的分子量为500～1600万，分子式为：

[0016]

[0017] X，Y，Z所占数量分数为：X为10～50%；Z为1～20%；其余为Y。

[0018] 所述的一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂，聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸的合成方法为：将20 g丙烯酰胺溶解在水中，加入0.005～0.01g扩链剂MPMD 2-甲基-1,5-戊二胺，缓慢倒入四口烧瓶中，将1.2g ST-80乳化剂缓慢倒入四口烧瓶内，再将苯乙烯加入到反应体系中， 通入氮气，加入0.010g偶氮二异丁腈引发剂，在15～35℃、300r/min搅拌下，反应 1 h，再在100r/min搅拌下， 3～5小时完成聚合反应；

[0019] 把40%NaOH缓慢到入上述溶液中，在60℃下，水解反应1小时；反应结束后，加入10%的盐酸调整pH为4～5，加入甲醇至产物沉淀完全并分离，再将所得产物用3倍量的甲苯浸泡，除去苯乙烯共聚物，干燥得聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸；

[0020] 上述的ST-80乳化剂由Span-80与Tween-80复合，HLB=10；

[0021] 苯乙烯与40%NaOH具体用量，根据分子中X ,Y和Z的百分含量计算：

[0022] 苯乙烯用量 = 丙烯酰胺质量×Z÷(100-Z)×1.1;

[0023] 40%NaOH用量 = 丙烯酰胺质量×X÷(100-Z)÷丙烯酸分子量×NaOH分子量÷40% 。

[0024] 所述的一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂，硅烷基苯基羧酸：带有1硅原子的C-Si型表面活性剂，分子中含有1苯环状结构，侧链碳数为:1～8个羧酸，分子式为：

[0025]

[0026] 其中：n =1～7 。

[0027] 所述的一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂，醇：碳数为3～9个的醇。

[0028] 所述的一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂，醇：丙醇，异丙醇、正丁醇、正辛醇、异辛醇、正庚醇。

[0029] 所述的一种用于拜尔法生产氧化铝工艺中的添加剂的制备方法，包括以下步骤：

[0030] （1） 将聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸与水混合，在水浴30～55℃下搅拌溶解成均匀液体；

[0031] （2）将硅烷基环羧酸与醇混合，搅拌溶解成溶液；

[0032] （3）将1与2所得物混合，在搅拌下，加入NaOH调整pH至7～11，高速搅拌30分钟后得产品。

[0033] 本发明达到的有益效果：本项技术是利用含有苯环的聚丙烯酰胺高分子表面活性剂与硅烷基环羧酸类表面活性剂复配物，可在不改变分解工艺条件的情况下。在分解初始阶段，添加浓度为10～25ppm时，可在保证产品氧化铝粒度的情况下，改善产品氧化铝的强度和粒度，并提高拜尔法铝酸钠溶液种分分解率，具体表现如下：

[0034] （1）在拜耳法制备氧化铝的过程中，不改变铝酸钠溶液种分分解工艺条件，利用含有苯环的聚丙烯酰胺高分子表面活性剂与硅烷基羧酸类（如：4-[4-(三甲基硅甲基)苯基]丁酸）时复配物，在分解不同时段使用，可改善拜耳法铝酸钠溶液晶种分解制备氧化铝的强度和粒度，有益于拜尔法铝酸钠溶液种分分解率的提高。

[0035] （2）含有苯环结构的水解聚丙烯酰胺高分子化合物，具有双亲结构，为水溶性表面活性剂，在水基溶液中，可与硅烷基苯基羧酸表面活性剂混配，形成稳定的乳化体系，使此类高分子乳液型添加剂，即具有油溶性添加剂的可改善产物氧化铝强度和粒度的优点，也具有水溶性添加剂可提高分解率的优点。同时，利用此高分子化合物中苯环的疏水性，使分解添加剂易吸附到氢氧化铝的表面，过滤后脱离分解溶液，不易进入到分解溶液中，从而保证添加剂不会影响后续工段生产。

[0036] （3）硅烷基苯基羧酸类表面活性剂，不仅可以降低表面张力，同时还具有抑制泡沫产生的作用，复配后可改善产品氧化铝的粒度和强度，并能消除或降低表面活性剂产生的泡沫，从而保证添加剂不会影响后续工段生产。

附图说明

[0037] 图1为实施例2中空白样60h时产物Al(OH)3的SEM照片。

[0038] 图2为实施例2中加入添加剂分解60h时产物Al(OH)3的SEM照片。

[0039] 具体实施方式：

[0040] 实施例1 聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸的合成方法

[0041] 将20g丙烯酰胺溶解在40 mL水中，加入0.008g扩链剂MPMD（ 2-甲基-1,5-戊二胺），缓慢倒入四口烧瓶中，将1.2g ST-80乳化剂缓慢倒入四口烧瓶内，再将苯乙烯加入到反应体系中， 通入氮气20min，加入0.010g偶氮二异丁腈引发剂，在30℃温度、300r/min搅拌下，反应 1小时，再在100r/min搅拌下， 4小时完成聚合反应；

[0042] 把40%NaOH缓慢到入上述溶液中，在60℃下，水解反应1小时；反应结束后，加入10%的盐酸调整pH为4.5，加入甲醇至产物沉淀完全并分离；再将所得产物用3倍量的甲苯浸泡，除去苯乙烯共聚物，干燥得聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸；

[0043] 上述的ST-80乳化剂由Span-80与Tween-80复合，HLB=10；

[0044] 苯乙烯与40%NaOH具体用量，根据分子中X ,Y和Z的百分含量计算：

[0045] 苯乙烯用量 = 丙烯酰胺质量×Z÷(100-Z)×1.1;

[0046] 40%NaOH用量 = 丙烯酰胺质量×X÷(100-Z)÷丙烯酸分子量×NaOH分子量÷40% 。

[0047] 实施例2 优选的添加剂配方及其制备方法

[0048]

[0049] 上述的在拜尔法氧化铝生产过程中使用的高分子乳液型分解添加剂的制备方法，包括以下步骤：

[0050] （1）将聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸与水混合，在水浴45℃下搅拌溶解成均匀液体；

[0051] （2）将硅烷基环羧酸与醇混合，搅拌溶解成溶液后；

[0052] （3）将步骤（1）与（2）所得物混合，在搅拌下，加入NaOH调整pH，高速搅拌30分钟后得产品。

[0053] 在拜尔法铝酸钠溶液分解初期，一次性加入量25mg/L, 实验室结果见表2。

[0054]

[0055] 从表2的试验结果可以看出，与空白相比，添加剂可增大产品的平均粒径，降低小于45μm的细粒子含量降低，改善产品粒度；加入添加剂的氧化铝的磨损指数比空白降低约28%左右，改善了产品强度，同时分解率略有提高。

[0056] 添加剂之所以能改善产品Al2O3的强度，主要是因为添加剂使铝酸钠溶液晶种分解的产物Al(OH)3呈现球型结构( 见图1和2)，从而增强了焙烧后产物Al2O3强度。

[0057] 实施例3

[0058] 优选的添加剂配方见表3，实验结果见表4

[0059]

[0060] 上述的在拜尔法氧化铝生产过程中使用的高分子乳液型分解添加剂的制备方法，包括以下步骤：

[0061] （1）将聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸与水混合，在水浴45℃下搅拌溶解成均匀液体；

[0062] （2）将硅烷基环羧酸与醇混合，搅拌溶解成溶液后；

[0063] （3）将步骤（1）与（2）所得物混合，在搅拌下，加入NaOH调整pH，高速搅拌30分钟后得产品。

[0064] 在拜尔法铝酸钠溶液分解初期，一次性加入量25mg/L, 实验室结果见表4。

[0065]

[0066] 上述的在拜尔法氧化铝生产过程中使用的高分子乳液型分解添加剂的制备方法，包括以下步骤：

[0067] （1）将聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸与水混合，在水浴50℃下搅拌溶解成均匀液体；

[0068] （2）将硅烷基环羧酸与醇混合，搅拌溶解成溶液后；

[0069] （3）将步骤（1）与（2）所得物混合，在搅拌下，加入NaOH调整pH，高速搅拌30分钟后得产品。

[0070] 在拜尔法铝酸钠溶液分解初期，一次性加入量25mg/L, 实验室结果见表6。

[0071]

[0072] 实施例5

[0073] 优选的添加剂配方见表7，实验结果见表8。

[0074]

[0075] 上述的在拜尔法氧化铝生产过程中使用的高分子乳液型分解添加剂的制备方法，包括以下步骤：

[0076] （1）将聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸与水混合，在水浴35℃下搅拌溶解成均匀液体；

[0077] （2）将硅烷基环羧酸与醇混合，搅拌溶解成溶液后；

[0078] （3）将步骤（1）与（2）所得物混合，在搅拌下，加入NaOH调整pH，高速搅拌30分钟后得产品。

[0079] 在拜尔法铝酸钠溶液分解初期，一次性加入量25mg/L, 实验室结果见表8。

[0080]

[0081] 实施例6

[0082] 优选的添加剂配方见表9，实验结果见表10。

[0083]

[0084] 上述的在拜尔法氧化铝生产过程中使用的高分子乳液型分解添加剂的制备方法，包括以下步骤：

[0085] （1）将聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸与水混合，在水浴45℃下搅拌溶解成均匀液体；

[0086] （2）将硅烷基环羧酸与醇混合，搅拌溶解成溶液后；

[0087] （3）将步骤（1）与（2）所得物混合，在搅拌下，加入NaOH调整pH，高速搅拌30分钟后得产品。

[0088] 在拜尔法铝酸钠溶液分解初期，一次性加入量25mg/L, 实验室结果见表10。

[0089]

[0090] 实施例7

[0091] 优选的添加剂配方见表11，实验结果见表12。

[0092]

[0093] 上述的在拜尔法氧化铝生产过程中使用的高分子乳液型分解添加剂的制备方法，包括以下步骤：

[0094] （1）将聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸与水混合，在水浴35℃下搅拌溶解成均匀液体；

[0095] （2）将硅烷基环羧酸与醇混合，搅拌溶解成溶液后；

[0096] （3）将步骤（1）与（2）所得物混合，在搅拌下，加入NaOH调整pH，高速搅拌30分钟后得产品。

[0097] 在拜尔法铝酸钠溶液分解初期，一次性加入量25mg/L, 实验室结果见表12。

[0098]

[0099] 实施例8

[0100] 优选的添加剂配方见表13，实验结果见表14。

[0101]

[0102] 上述的在拜尔法氧化铝生产过程中使用的高分子乳液型分解添加剂的制备方法，包括以下步骤：

[0103] （1）将聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸与水混合，在水浴35℃下搅拌溶解成均匀液体；

[0104] （2）将硅烷基环羧酸与醇混合，搅拌溶解成溶液后；

[0105] （3）将步骤（1）与（2）所得物混合，在搅拌下，加入NaOH调整pH，高速搅拌30分钟后得产品。

[0106] 在拜尔法铝酸钠溶液分解初期，一次性加入量25mg/L, 实验室结果见表14。

[0107] 表14优选的添加剂对产品Al2O3强度和粒度的影响

[0108]

[0109] 实施例9

[0110] 优选的添加剂配方见表15，实验结果见表16。

[0111] 表15优选的添加剂配方

[0112]

[0113] 上述的在拜尔法氧化铝生产过程中使用的高分子乳液型分解添加剂的制备方法，包括以下步骤：

[0114] （1）将聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸与水混合，在水浴35℃下搅拌溶解成均匀液体；

[0115] （2）将硅烷基环羧酸与醇混合，搅拌溶解成溶液后；

[0116] （3）将步骤（1）与（2）所得物混合，在搅拌下，加入NaOH调整pH，高速搅拌30分钟后得产品。

[0117] 在拜尔法铝酸钠溶液分解初期，一次性加入量25mg/L, 实验室结果见表16。

[0118]

[0119] 实施例10

[0120] 优选的添加剂配方见表17，实验结果见表18。

[0121]

[0122] 上述的在拜尔法氧化铝生产过程中使用的高分子乳液型分解添加剂的制备方法，包括以下步骤：

[0123] （1）将聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸与水混合，在水浴35℃下搅拌溶解成均匀液体；

[0124] （2）将硅烷基环羧酸与醇混合，搅拌溶解成溶液后；

[0125] （3）将步骤（1）与（2）所得物混合，在搅拌下，加入NaOH调整pH，高速搅拌30分钟后得产品。

[0126] 在拜尔法铝酸钠溶液分解初期，一次性加入量25mg/L, 实验室结果见表18。

[0127]

[0128] 实施例11

[0129] 优选的添加剂配方见表19，实验结果见表20。

[0130]

[0131] 上述的在拜尔法氧化铝生产过程中使用的高分子乳液型分解添加剂的制备方法，包括以下步骤：

[0132] （1）将聚苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸与水混合，在水浴35℃下搅拌溶解成均匀液体；

[0133] （2）将硅烷基环羧酸与醇混合，搅拌溶解成溶液后；

[0134] （3）将步骤（1）与（2）所得物混合，在搅拌下，加入NaOH调整pH，高速搅拌30分钟后得产品。

[0135] 在拜尔法铝酸钠溶液分解初期，一次性加入量25mg/L, 实验室结果见表20。

[0136]

[0137] 从表3～表20可以看出，与空白相比，添加剂可增大产品的平均粒径，降低小于45μm的细粒子含量降低，改善产品粒度；低约氧化铝的磨损指数，改善了产品强度，同时分解率略有提高。