本發(fā)明涉及一種工業(yè)硫酸鋁生產(chǎn)工藝的改進(jìn)技術(shù)。
背景技術(shù)：
工業(yè)生產(chǎn)硫酸鋁是以鋁土礦和硫酸為原料，在一定溫度和壓力下(通常反應(yīng)溫度為135±5℃，壓強(qiáng)約為0.3MPa)，鋁土礦中的氧化鋁與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁。反應(yīng)后，在硫酸鋁溶液中加入聚丙烯酰胺沉降劑沉降殘?jiān)?殘?jiān)闹饕煞质嵌趸?。沉降后，上清液為一定濃度硫酸鋁溶液，與殘?jiān)蛛x后，將其置于蒸發(fā)器中加熱蒸發(fā)到一定濃度，冷卻、結(jié)晶得到固體硫酸鋁。殘?jiān)?jīng)過洗滌、壓濾后廢棄。而殘?jiān)饕煞侄趸铔]有得到利用。白炭黑是白色粉末狀X-射線無定形硅酸和硅酸鹽產(chǎn)品的總稱，主要是指沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅和超細(xì)二氧化硅凝膠，也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣等。白炭黑是多孔性物質(zhì)，其組成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羥基的形式存在。能溶于苛性堿和氫氟酸，不溶于水、溶劑和酸(氫氟酸除外)。耐高溫、不燃、無味、無嗅、具有很好的電絕緣性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是提供一種工業(yè)硫酸鋁生產(chǎn)工藝改進(jìn)方法，控制單元根據(jù)反應(yīng)流出液中的硫酸濃度控制流出液的返回反應(yīng)器的比例，提高硫酸利用率。為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種工業(yè)硫酸鋁生產(chǎn)工藝方法，包括：步驟1、將鋁土礦粉碎至40～120目后填充反應(yīng)床，利用反應(yīng)床底部的加熱板加熱至80-150℃，濃度為50-60％硫酸從反應(yīng)器頂部噴淋，噴淋速度為v1，反應(yīng)液流出速率為v2；步驟2、將部分反應(yīng)器流出液返回塔頂，從噴淋器進(jìn)入反應(yīng)器，控制單元根據(jù)流出液中硫酸濃度C2調(diào)整反應(yīng)器流出液返回比例P：當(dāng)C2＜15％時(shí)，返回比例P＝0，流出液直排入儲(chǔ)液罐；當(dāng)15％≤C2＜25％時(shí)，流出液返回比例P為：當(dāng)25％≤C2＜35％時(shí)，流出液返回比例P為：其中，κ1為第一回流影響因子，κ1為第二回流影響因子，v1為硫酸噴淋速度，v2為反應(yīng)液流出速率，c1為硫酸質(zhì)量濃度，c2為流出液中硫酸質(zhì)量濃度，m1為鋁土礦中氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)；當(dāng)C2≥35％時(shí)，停止反應(yīng)并分離反應(yīng)混合物，得到濾液A和濾渣B；步驟3、將濾渣B加熱至200～700℃，煅燒活化1～4小時(shí)后冷卻至常溫；步驟4、將濾渣B加入到反應(yīng)器中，再一次性加入20-45％硫酸進(jìn)行反應(yīng)，硫酸與氧化鋁的質(zhì)量比為2-4：1，加熱溫度為80-150℃，反應(yīng)10-30min后停止；反應(yīng)混合物冷卻后進(jìn)行壓濾，得到濾液D和濾渣C；步驟5：濾液D與A混合后，中和至中性，減壓蒸餾并冷卻后得到固體硫酸鋁。優(yōu)選的是，所述濾渣B和濾渣C用酸清洗，再用去離子水清洗直至沒有硫酸根離子存在，固體烘干后得到白炭黑。優(yōu)選的是，所述步驟1中鋁土礦粉碎至40-80目。優(yōu)選的是，所述步驟1中加熱板加熱至80-120℃。優(yōu)選的是，所述步驟2中加熱溫度為450-650℃。優(yōu)選的是，所述步驟3中硫酸濃度為20-40％。優(yōu)選的是，所述步驟3中硫酸與氧化鋁的質(zhì)量比為2.2-3.3：1。優(yōu)選的是，所述步驟3中反應(yīng)溫度為90-110℃。本發(fā)明至少包括以下有益效果：1、鋁土礦進(jìn)行粉碎處理并用噴淋法加入硫酸，增大反應(yīng)接觸面積、提高反應(yīng)速率；2、將反應(yīng)器的流出液進(jìn)行回流，將硫酸再次利用，并根據(jù)反應(yīng)程度調(diào)整回流比，提高硫酸的利用率，反應(yīng)進(jìn)行的更充分；3、鋁土礦進(jìn)行二次利用，鋁土礦煅燒活化后，在常壓下與硫酸反應(yīng)制備硫酸鋁，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求低，并能夠同時(shí)制備硫酸鋁和白炭黑，殘?jiān)玫嚼茫瑹o廢渣產(chǎn)生4、用較低濃度硫酸與活化后濾渣反應(yīng)，生產(chǎn)成本低，鋁土礦煅燒活化后，氧化鋁轉(zhuǎn)化率高5、制備固體硫酸鋁時(shí)，溶劑蒸發(fā)量小，節(jié)約能量6、洗滌白炭黑的洗滌液可用于配制硫酸溶液，無廢液排放7、煅燒后的鋁土礦在冷卻時(shí)，釋放的熱量可用于給二次反應(yīng)提供熱能，能量得到充分利用。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。具體實(shí)施方式應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。實(shí)施例1步驟1、用粉碎機(jī)粉碎鋁土礦(氧化鋁含量為32.6％、SiO2含量為65.81％)，過60目篩子后將500kg粉碎的鋁土礦填充進(jìn)反應(yīng)床，利用反應(yīng)床底部的加熱板加熱至120℃，濃度c1為50％的硫酸從反應(yīng)器頂部噴淋至反應(yīng)床，噴淋速度v1為0.27kg/s，硫酸溶液與鋁土礦在反應(yīng)床充分接觸并反應(yīng)后，反應(yīng)液以v2為0.3kg/s的流出速率流出反應(yīng)床；對(duì)流出液中的硫酸濃度進(jìn)行在線檢測(cè)，流出液管道中接入硫酸濃度檢測(cè)儀，并在硫酸濃度檢測(cè)儀前接入過濾裝置將溶液中雜質(zhì)進(jìn)行過濾后再進(jìn)入硫酸濃度檢測(cè)儀，硫酸濃度檢測(cè)儀每間隔5分鐘檢測(cè)硫酸濃度C2，并將硫酸濃度C2傳輸至控制單元；步驟2、控制單元根據(jù)流出液中硫酸濃度C2實(shí)時(shí)調(diào)整流量泵的流量，通過流量泵調(diào)整流出液返回比例P，其中，返回比例P定義為流出液中返回反應(yīng)器的質(zhì)量與流出液總質(zhì)量的比值。5分鐘時(shí)，檢測(cè)到硫酸濃度C2＝3.2％，控制單元控制流出液返回比例P＝0，流出液直排入儲(chǔ)液罐；10分鐘時(shí)，檢測(cè)到硫酸濃度為8.09％，控制單元控制流出液返回比例P＝0，流出液直排入儲(chǔ)液罐；15分鐘時(shí)，檢測(cè)到硫酸濃度C2＝13.3％，控制單元控制流出液返回比例P＝0，流出液直排入儲(chǔ)液罐；第20分鐘，檢測(cè)到硫酸濃度C2＝16.89％，控制單元利用公式(1)計(jì)算返回比例P：其中，κ1為第一回流影響因子，取值為1.13；v1為硫酸噴淋速度，單位為kg/s；v2為反應(yīng)液流出速率，單位為kg/s；c1為硫酸質(zhì)量濃度，％；m1為鋁土礦中氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；c2為流出液中硫酸質(zhì)量濃度，％；此時(shí)控制單元通過調(diào)節(jié)流量泵的流量使返回比例P為16.98％。第25分鐘，檢測(cè)到硫酸濃度C2＝23.19％，控制單元利用公式(1)計(jì)算返回比例P＝36.8％，此時(shí)控制單元通過調(diào)節(jié)流量泵的流量使返回比例P為36.8％。第30分鐘，檢測(cè)到硫酸濃度C2＝27.49％，控制單元利用公式(2)計(jì)算返回比例P＝46.7％，此時(shí)控制單元通過調(diào)節(jié)流量泵的流量使返回比例P為46.7％。其中，κ2為第二流影響因子，取值為0.97，v1為硫酸噴淋速度，單位為kg/s；v2為反應(yīng)液流出速率，單位為kg/s；c1為硫酸質(zhì)量濃度，％；m1為鋁土礦中氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；c2為流出液中硫酸質(zhì)量濃度，％；第35分鐘，檢測(cè)到硫酸濃度C2＝29％，控制單元利用公式(2)計(jì)算返回比例P＝50.8％，此時(shí)控制單元通過調(diào)節(jié)流量泵的流量使返回比例P為50.8％。第40分鐘，檢測(cè)到硫酸濃度C2＝31.8％，控制單元利用公式(2)計(jì)算返回比例P＝55.6％，此時(shí)控制單元通過調(diào)節(jié)流量泵的流量使返回比例P為55.6％。第45分鐘，檢測(cè)到硫酸濃度C2＝33.02％，控制單元利用公式(2)計(jì)算返回比例P＝57.8％，此時(shí)控制單元通過調(diào)節(jié)流量泵的流量使返回比例P為57.8％。第50分鐘，檢測(cè)到硫酸濃度C2＝34.5％，控制單元利用公式(2)計(jì)算返回比例P＝60.4％，此時(shí)控制單元通過調(diào)節(jié)流量泵的流量使返回比例P為60.4％。第55分鐘，檢測(cè)到硫酸濃度C2＝35.79％，停止反應(yīng)并分離反應(yīng)混合物，得到約為935KG濾液A和約375kg濾渣B。步驟3、將濾渣B加熱至550℃，煅燒活化2小時(shí)后冷卻至常溫；步驟4、將濾渣B加入到反應(yīng)器中，再一次性加入20％硫酸進(jìn)行反應(yīng)，硫酸與氧化鋁的質(zhì)量比為2.2：1，加熱溫度為110℃，反應(yīng)30min后停止；反應(yīng)混合物冷卻后進(jìn)行壓濾，得到濾液D和濾渣C；步驟5：濾液D與A混合后，中和至中性，減壓蒸餾并冷卻后得到固體硫酸鋁498kg。步驟6：濾渣B和濾渣C用酸清洗，再用去離子水清洗直至沒有硫酸根離子存在，固體烘干后得到白炭黑。對(duì)比例1步驟1、用粉碎機(jī)粉碎鋁土礦(氧化鋁含量為32.6％、SiO2含量為65.81％)，過60目篩子后將500kg粉碎的鋁土礦填充進(jìn)反應(yīng)床，利用反應(yīng)床底部的加熱板加熱至120℃，濃度c1為50％的硫酸從反應(yīng)器頂部噴淋至反應(yīng)床，噴淋速度v1為0.27kg/s，硫酸溶液與鋁土礦在反應(yīng)床充分接觸并反應(yīng)后，反應(yīng)液以v2為0.3kg/s的流出速率流出反應(yīng)床；對(duì)流出液中的硫酸濃度進(jìn)行在線檢測(cè)，流出液管道中接入硫酸濃度檢測(cè)儀，并在硫酸濃度檢測(cè)儀前接入過濾裝置將溶液中雜質(zhì)進(jìn)行過濾后再進(jìn)入硫酸濃度檢測(cè)儀，硫酸濃度檢測(cè)儀每間隔5分鐘檢測(cè)硫酸濃度C2，并將硫酸濃度C2傳輸至控制單元；步驟2、控制單元將整個(gè)反應(yīng)過程的流出液返回比例P固定為50.8％，在反應(yīng)過程中檢測(cè)的流出液中硫酸濃度C2匯總于表一：表一流出液硫酸濃度匯總表步驟3、將濾渣B加熱至550℃，煅燒活化2小時(shí)后冷卻至常溫；步驟4、將濾渣B加入到反應(yīng)器中，再一次性加入20％硫酸進(jìn)行反應(yīng)，硫酸與氧化鋁的質(zhì)量比為2.2：1，加熱溫度為110℃，反應(yīng)30min后停止；反應(yīng)混合物冷卻后進(jìn)行壓濾，得到濾液D和濾渣C；步驟5：濾液D與A混合后，中和至中性，減壓蒸餾并冷卻后得到固體硫酸鋁498kg。步驟6：濾渣B和濾渣C用酸清洗，再用去離子水清洗直至沒有硫酸根離子存在，固體烘干后得到白炭黑。比較實(shí)施例1和對(duì)比例1：實(shí)施例1反應(yīng)開始時(shí)，因硫酸與上層氧化鋁充分接觸，硫酸溶液中硫酸的反應(yīng)率較高使流出液中硫酸濃度較低，但隨著反應(yīng)進(jìn)行，硫酸與下層氧化鋁接觸面積減小，導(dǎo)致硫酸溶液中硫酸的反應(yīng)率變低，流出液中硫酸濃度逐漸升高，當(dāng)達(dá)到15％時(shí)將部分流出液按一定比例返回至噴淋器，進(jìn)一步降低噴淋器中硫酸濃度，當(dāng)反應(yīng)率相同的條件下提高硫酸的利用率，并通過控制器智能調(diào)整返回比例，返回比例隨著流出液中的硫酸濃度增大而增大，進(jìn)一步提高硫酸的利用率。在對(duì)比例1中，將整個(gè)反應(yīng)過程的硫酸返回比例固定為一定數(shù)值，在反應(yīng)開始時(shí)，流出液的硫酸濃度低，部分返回的流出液大大降低了噴淋器中硫酸濃度，低濃度的硫酸使反應(yīng)速率降低，硫酸的利用率也降低，而隨著反應(yīng)的進(jìn)行，流出液中的硫酸濃度有所增高，反應(yīng)率有所增高，但較之實(shí)施例1中的增高幅度小，并導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，硫酸的用量增大而利用率降低。如上所述，本發(fā)明具有如下有益效果：1、采用粉碎后的鋁土礦和用噴淋法加入硫酸，增大反應(yīng)接觸面積、提高反應(yīng)速率；2、進(jìn)一步將反應(yīng)液回流，將反應(yīng)液中硫酸再次利用，并用回流比計(jì)算公式計(jì)算回流比，提高硫酸的利用率，反應(yīng)進(jìn)行的更充分；3、鋁土礦進(jìn)行二次利用，鋁土礦煅燒活化后，在常壓下與硫酸反應(yīng)制備硫酸鋁，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求低，并能夠同時(shí)制備硫酸鋁和白炭黑，殘?jiān)玫嚼茫瑹o廢渣產(chǎn)生4、用較低濃度硫酸與活化后濾渣反應(yīng)，生產(chǎn)成本低，鋁土礦煅燒活化后，氧化鋁轉(zhuǎn)化率高5、制備固體硫酸鋁時(shí)，溶劑蒸發(fā)量小，節(jié)約能量6、洗滌白炭黑的洗滌液可用于配制硫酸溶液，無廢液排放7、煅燒后的鋁土礦在冷卻時(shí)，釋放的熱量可用于給二次反應(yīng)提供熱能，能量得到充分利用。盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的實(shí)施例。