氧化铝清洁生产工艺流程中的质量控制研究

王大兵，李雪伟，王󰀁虎，齐󰀁昆

（山东龙口东海氧化铝有限公司，山东　烟台　２６４０００）

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氧化铝清洁生产工艺流程中的质量控制研究

在氧化铝的生产过程提出了清洁生产的概念，并且实现了清洁生产，但是在实现清洁生产的同时难免影响了摘 要：

氧化铝产品的质量。对于氧化铝清洁生产工艺流程中的质量控制研究，通过改善目前的生产方法来实现更高质量的清洁生产，首先就是实现对于高纯度硫酸铝铵晶体的提炼，并且在含铝粉的煤灰的分解方法选用上，选择了更优质的碱溶—烧结联用法来保证产品质量，在酸法处理工序上进行改良，提高了产品的最终质量，经由实验论证分析，对比传统工艺流程后的产品与经过质量控制的工艺流程的优劣性。质量控制后的工艺流程产出的氧化铝杂质率更低，具有可行性。

氧化铝；清洁生产；质量控制；杂质率关键词：

ＴＥ８２１　　Ａ　　１００２－５０６５（２０２０）０７－０１８５－２中图分类号：文献标识码：文章编号：

Study on the quality control in the clean production process of alumina

WANG󰀁Da-bing,󰀁LI󰀁Xue-wei,󰀁WANG󰀁Hu,󰀁QI󰀁Kun

（Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｌｏｎｇｋｏｕ　Ｄｏｎｇｈａｉ　ａｌｕｍｉｎａ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ，Ｙａｎｔａｉ　２６４０００，Ｃｈｉｎａ）

Abstract: Ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　ｃｌｅａｎｅｒ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎａ，　ａｎｄ　ｃｌｅａｎｅｒ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　

ｉｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ，　ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎａ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｉｓ　ｉｎｅｖｉｔａｂｌｙ　ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｗｈｉｌｅ　ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ｃｌｅａｎｅｒ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．　Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　ａｌｕｍｉｎａ　ｃｌｅａｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｓｔｅｐ　ｉｓ　ｔｏ　ｒｅｆｉｎｅ　ｔｈｅ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｐｕｒｉｔｙ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｍｍｏｎｉｕｍ　ｓｕｌｆａｔｅ　ｂｙ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｌｅａｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．　Ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ａｓｈ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｐｏｗｄｅｒ，　ａ　ｂｅｔｔｅｒ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｌｋａｌｉ　ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　ｉｓ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｑｕａｌｉｔｙ，　ａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｃｉｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｔｈｅ　ｆｉｎａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ．　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ，　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ．　Ｔｈｅ　ａｌｕｍｉｎａ　ｉｍｐｕｒｉｔｙ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｆｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｌｏｗｅｒ，　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｆｅａｓｉｂｌｅ．

Keywords:　ａｌｕｍｉｎａ；　ｃｌｅａｎｅｒ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ；　ｉｍｐｕｒｉｔｙ　ｒａｔｅ

清洁生产是指通过对于设计、工艺、技术的改进，使清洁的能源以及原料，采取较为先进的高级工艺技术以及先进设备，并且对于管理、利用率进行改进，在源头上削减生产带来的污染，并且使资源得以更好的运用，减轻人类对于健

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康和环境的危害。氧化铝的焙烧过程因为伴随着较为复杂的物理化学变化，并且该变化处于检测时间滞后、多变量等特点，目前在对于氧化铝生产的质量控制较为困难，传统的碱石灰烧结法，方法过于落后，且难以保证氧化铝生产的质量。在氧化铝生产中，最直接控制的目标就是氧化铝生产后的各项质量指标，根据历史经验进行分析，不同的工艺温度也会对氧化铝的生产质量带来影响，温度过高会使灼减过低、系统散热损失大，能耗增加，出料温度高影响产品质量。而温度过低则会出现生产用料增加，焙烧不充分，同样会影响产品的质量。而合适的干燥器出口会避免物料的粉化，从而得到粒度指标合格的氧化铝。氧化铝的质量将会影响后期工序的电解铝的生产，所以氧化铝的质量控制具有很高的研究价值[2]。

要经过净化来去除K、Na、Ca、Mg、Fe、Si等杂质。通过对于物料配比的控制以及pH值和反应温度的不同条件下，进行合成反应，将硫酸铝铵进行重新结晶，并且要将母洗也进行循环利用，化学反应如下： （1）（1）反应式表示了硫酸铝铵热分解生成氧化铝，而氧化铝的生成一般采用分段煅烧的工艺手段。将硫酸铝铵加热至523K，生成结晶水，然后缓慢加热至1173K，恒温1.5h~2h，升温的过程也是分解的过程，硫酸铵与硫酸铝在此过程中被分解，生成了氧化铝，但该反应不仅仅生成了氧化铝，同样也生成了SO3和NH3。而在硫酸铝铵的分解时，发生的反应式如下：

（2）

1 氧化铝清洁生产流程质量控制

1.1 保证硫酸铝铵晶体的高纯度

影响氧化铝的清洗生产质量，其中一个因素就是能否有效地获得高纯硫酸铝铵晶体。在工业硫酸铝的生产过程中需

在（2）反应式中可见，在硫酸铝铵的分解时，105kg的

氧化铝就需要906kg的硫酸铝铵。对于生产后的废渣，PAC废渣使用催化剂与NaOH反应，并且经过过滤后得到滤液以及滤渣，首先对于滤渣的处理，可以在滤渣中加入添加剂，并且将其活化，可以作为废水处理的粉剂。而剩下的滤液则直接用来生产聚硅硫酸铝钾。以实现清洁生产。1.2 铝粉煤灰分解的改良

利用纯碱烧结—碱溶的联用法来对存在铝粉的煤灰进

2020年 4月上 世界有色金属185

２０２０－０３收稿日期：

王大兵，男，生于１９８４年，汉族，山东龙口人，本科，高级技作者简介：

师、助理工程师，研究方向：氧化铝生产运行，控制。

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内溶液的PH值调至4~5，然后进入浓缩槽进行浓缩，此步骤在于将废气再次处理并且浓缩后的溶液可以作为生成硫酸铝铵的硫酸铵精溶液来进行循环使用，而且当硫酸铵溶液过量时，只需要进行进一步的浓缩，即可支撑固体硫酸铵产品进行出售。

行脱硅以及硅铝的分解，分解后可获得质量更好的铝酸钠溶液，再通过多工序的处理，得到具有高附加值的超细氢氧化铝以及氧化铝的粉体。

该工艺的工艺过程，首先将粉煤灰的原料AI2O3以及SiO2进行配比，两者的质量配比为0.77，并且将处理后的脱硅滤饼以及纯碱进行烧结，将烧结后的熟料浸入清水中并且溶出Na2SiO3，并且将烧结后的滤饼与适量的NaOH溶液以及CaO融合，并且将其在280℃下进行溶出，可溶出氧化铝。将所得的铝酸钠溶液经过除杂、碳粉，可以配制出氢氧化铝以及氧化铝的粉体。经由此产出的超细氢氧化铝的产品，符合国标GB/T 4294—84的标准，并且用该方法产出的超细氢氧化铝的粒径大多80nm~150nm。同传统的碱石烧结法来对比，此方法降低了烧结时的温度，通过先水浸脱硅再碱溶二次水热处理工艺，实现了粉煤灰中硅铝组分的高效分离，制得高附加值铝产品及无机硅化合物。产出物质量优质。工艺与装备是工业生产的基础，也是企业清洁生产水平的基本条件。目前粉状物料(氧化铝、氟化盐)已普遍采用封闭储存、浓相或超浓相输送;电解槽普遍采用预焙工艺，通过各项技术的帮助，保证氧化铝的生产质量，以便于在后

[5]

续工艺中电解铝的生产。1.3 对于酸法工序的改善

酸法是应用了无机酸来处理超细氢氧化铝，生产相应的铝盐如AICI3、AI2(SO4)3等，而在原料中会出现氧化硅生成偏硅酸胶体的残渣，而若是铝盐净化后是分解制得氧化铝。将高铝粉煤灰以及纯碱按比例进行混合后，进行中温烧结，并且将烧结后的熟料与稀盐酸和硫酸进行转化，并且形成硅胶沉淀以及含铝溶液，过滤后的硅胶沉淀生产出白炭黑、氧化硅气凝胶。反应式如下： （3）

经由该法后的滤液，经过苛化、除杂、碳化并将其制成氢氧化铝，再经由煅烧可配制成氧化铝。也可经由低钙烧结法，将具有高铝粉煤灰再进行碱溶预脱硅处理，并且要将NaOH的碱溶液在玻璃体中将其定性，而后生成无定形的SiO2，这一步骤也提高了原料的铝硅比。反应式如下： （4）

经由烧结熟料溶出的AI2O3，溶出率可以达到90%，若将所得的铝酸钠粗液分别经由两段脱硅以及碳分，最终得到氢氧化铝制品，并且该氢氧化铝制品质量优秀，可以符合国标GB/T 4294—1997中规定的一级标准，保证了产品的质量。在研究其晶体结构时发现，晶体排列不同，它是层状结构。还可以看出γ-AlOOH中根据氧原子连接的铝原子的个数，可以分为两类，一是O原子与四个A1原子相联接，无氢键形成；二是O原子与两个A1原子相联，并形成两个氢键。基于O原子作紧密堆积，A1原子处于该紧密堆积形成的八面体空隙或四面体空隙中，根据堆积方式，氧化铝晶型有十几种，主要表现在原子的位置变化，它们之间相互转化，并不破坏化学键，属于位移型相变。为保证清洁生产，要对于此方法生产的氧化铝进行废气回水，废气经过热交换器降温后进入吸收塔，被其中的NH3以及SO3吸收（此步骤的吸收率应达到96%以上）吸收也进入PH中和槽，并将槽

2 实验论证分析

为验证研究对于氧化铝的清洁方法的质量控制以及传

统工艺流程的质量优劣性，展开实验论证分析，采取相同材料的含铝粉的煤灰进行生产，传统的碱石灰烧结法与研究得出的方法，对产出的氧化铝的杂质率进行对比，实验结果如图1所示。

图1󰀁󰀁氧化铝生产后杂质率

由图1可得知，本文使用的氧化铝生产方法的杂质率更低，对于质量得到了更好的保证，而且经过本文控制质量后得出的氧化铝质量较为均衡，而传统方法因影响质量的因素过多，使清洁后的氧化铝质量差距较大，此实验证明本研究在氧化铝的生产工艺的质量控制具有可行性，但本实验并未对控制后的工艺流程的成本进行对比。本文方法与传统方法的工艺成本差距不明。

3 结束语

本文对氧化铝清洁生产的工艺流程中的质量控制进行了研究，通过获得高纯度的硫酸铝铵晶体，改良含铝粉的煤灰分解过程，使用更优质的碱溶—烧结联用法，然后使用酸法对于产品进行再处理以提高质量，设置废气回收来保证清洁生产，经过实验论证分析，通过对比传统的工艺流程与经过质量控制的工艺流程产出的氧化铝，经过质量控制后产出的氧化铝杂质率更低，但此方法并未对生产工艺的成本进行研究，虽具有可行性，但仍需进一步研究。[1]󰀡王京敏,贾彦来,王丽.某企业过氧化氢生产中失活氧化铝的反应性危

险特性研究[J].中国资源综合利用,2020,38(02):27-29.

[2]󰀡刘志龙.氧化铝厂生产设备安装工程质量控制措施[J].世界有色金

属,2019(23):53+55.

186世界有色金属 2020年 4月上