本发明涉及生产氢氧化铝晶体的拜耳法，尤其是一种铝酸钠晶种分解的结晶助剂及氢氧化铝的制备方法。
背景技术：
随着我国电解铝、陶瓷、医药、电子、机械等行业的快速发展，氧化铝的市场需求越来越大。数据显示中国是全球最大的氧化铝生产国，然而氧化铝品质及物理性能上仍有较大的提升空间。拜耳法是氢氧化铝以工业规模通过公认的主要生产方法之一，大多数al2o3是用拜尔法工艺从铝土矿中生产出来的。拜尔法是德国科学家卡尔·拜尔于1888年发明的，具体分为以下4个主要工序：1、溶出——在20％苛性碱高温溶液中，al2o3从矿石中溶出；2、沉降——将固体泥渣从液流中分离；3、分解——铝酸钠溶液的晶种分解，氢氧化铝结晶析出及分级回收；4、焙烧——分解出来的氢氧化铝晶体除去水分，转变为al2o3。其中，铝酸钠溶液的晶种分解是拜耳法生产氢氧化铝的关键工序，该过程中，al2o3以al(oh)3晶体形式从溶液中结晶析出。过饱和铝酸钠溶液的温度从约100℃冷却至60℃，含细颗粒氢氧化铝晶种的过饱和溶液流经一系列带搅拌的分解槽进行分解。溶液温度、晶种粒度及晶种量、溶液浓度及分解时间等都要调控，以控制所形成的氢氧化铝晶体的粒度以及溶液的氢氧化铝产出率。
氢氧化铝晶体结构与焙烧破损率及氧化铝颗粒强度之间有较强的互相关系，每个氢氧化铝颗粒可以看成是由多个三水铝单晶体的附聚而成的粗晶，三水铝单晶体呈假六边型。氢氧化铝颗粒结构较为复杂，可分为以下几种类型：氢氧化铝单晶体、拼杂型氢氧化铝晶体及放射状氢氧化铝晶体。拜耳工艺中，晶体生长机理主要的有3种：成核；晶体/晶核生长；聚集，这些机理实质上决定晶体的大小及数量。
分解产出率主要取决于新的细颗粒的产生而不是粗颗粒的生长。因此，(у-al(oh)3)成核对氧化铝工业关系重大。100nm半径以下的颗粒对于大多数检测设备而言是看不见的，有关成核的机理至今知之基少。目前公认的机理是al以al(oh)3的形式存在于拜尔溶液中，也有聚合形式[(oh)3al-o-al(oh)3]2－及[al(oh)24]6－存在。
对于氢氧化铝的质量而言，“附聚”过程中存在两个相互对立的作用：1)附聚使细颗粒结合，使产品颗粒变粗；2)聚集会引起液囊被封闭在聚积物中(在闭合时)，这样会降低产品的纯度并增加碱含量，进而对电解槽造成影响。在纯合成溶液中进行的分解试验表明：最初在(у-al(oh)3)颗粒及胶态晶体之间存在很强的斥力，不进行明显地附聚。随着纯合成溶液继续老化，晶体界面的构成及网状物的形成开始明显，可见到粗颗粒间由于微粒胶合及交互生长而附聚。由于(у-al(oh)3)晶体生长的运动是很慢的，因此，生产具有商业价值的粗粒晶体主要取决于聚集机理。
生产铝金属等后续加工，通常需要获得较大晶体尺寸的氢氧化铝产品，然而通常由于受到进行结晶和分解的加工条件的限制(如温度分布、种子装料、晶种表面积、二氧化碳或烟道气净化、液体装载量和液体纯度等)，导致生产的氢氧化铝的颗粒通常较小。如何在实现氢氧化铝产品的给定晶体尺寸分布的同时从铝酸盐工艺液体产生最大可能的产量是目前工艺员们的主要研究内容。然而由于加工条件因工厂而异，因此，寻找化学添加剂和方法改善铝酸钠溶液的晶种分解过程是改善产品的粒度并提高分解率的最佳途径之一。通过在沉淀阶段向溶液中加入溶解在油中的表面活性剂来提供减小百分比的小尺寸晶体和提高较粗氢氧化铝晶体的产率该过程。对铝酸钠溶液强化分解进行研究一直是铝酸钠溶液种分过程研究的热点方向之一。采用结晶助剂(crystalgrowthmodifier，cgm)强化铝酸钠溶液分解具有操作简单、成本低等优点，结晶助剂(cgm)能够使得超细颗粒减少，颗粒强度增加，是一种值得深入研究、具有工业应用前景的强化方法。结晶助剂可以最大限度的减少过细的氢氧化铝颗粒的产生，确保产出更加均匀、大小一致的晶种颗粒，并降低拜耳法分解工艺对拜耳循环工艺参数的敏感性。
目前，我国电解铝行业电解槽大电流趋势明显，对砂状氧化铝的需求也日趋强烈，而结晶助剂是目前帮助氧化铝工厂生产砂状氧化铝最有效的手段。然而，目前国内自产的结晶助剂质量较低，主要依靠进口，因此，若能够开发出质量媲美欧美化工巨头的结晶助剂，将具有极大市场潜力。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种铝酸钠晶种分解的结晶助剂，能够减少产物细粒形成，同时增加氢氧化铝的平均粒径。
本发明还提出一种利用上述铝酸钠生产氢氧化铝的方法。
根据本发明的第一方面实施例的结晶助剂，由以下重量百分数的组分：组分a：5％～30％、组分b:5％～50％和组分c：10％～60％，三种组分的重量之和为100％；其中，组分a为酚醛树脂，组分b为聚乙二醇脂肪酸酯，组分c为生物柴油。
根据本发明的一些实施例，所述组分a的含量为10％～20％；更优选为15％。
根据本发明的一些实施例，所述组分b的含量为20％～40％；更优选为25％～35％。
根据本发明的一些实施例，所述组分c的含量为20％～50％；更优选为35％～45％。
根据本发明的一些实施例，所述组分a为甲酚-甲醛树脂；优选地，所述组分a为
根据本发明的一些实施例，所述聚乙二醇脂肪酸酯为脂肪酸的聚烷撑乙二醇酯；优选地，每摩尔聚乙二醇脂肪酸酯的制备原料中含有1至20摩尔的环氧乙烷；优选地，所述脂肪酸为油酸、妥尔油或硬脂酸；更优选地，所述聚乙二醇脂肪酸酯的单体为单酯或二酯；更优选地，所述聚乙二醇脂肪酸酯的聚合度为200～800。
根据本发明实施例的结晶助剂，至少具有如下有益效果：本发明方案的结晶助剂中的酚醛树脂能够吸附在氢氧化铝晶体表面，由于其分子缔合能大，易发生烃链缔合而形成“假象大分子”，利用“假象大分子”可以在细小的氢氧化铝颗粒间实现架桥作用，促进细小氢氧化铝颗粒附聚而长大，减少产物细粒的形成，同时增加氢氧化铝的平均粒径；本发明方案的结晶助剂中的生物柴油和聚乙二醇脂肪酸酯对a组分起分散乳化作用，进一步对a组分起增效作用；与现有技术相比，该结晶助剂更加有效、具有更加优越的性能且成本低廉。
根据本发明的第二方面实施例的氢氧化铝的制备方法，包括以下步骤：将上述的结晶助剂添加到铝酸钠溶液中通过拜耳法制备氢氧化铝，所述结晶助剂用于帮助控制氢氧化铝成核，所述结晶助剂在铝酸钠溶液中的终浓度不超过50ppm。
根据本发明的一些实施例，所述结晶助剂在铝酸钠溶液中的终浓度为(5～30)ppm；优选为(7～20)ppm；更优选为8ppm。根据本发明的一些实施例，所述结晶助剂是在铝酸钠溶液精滤之后进入分解之前加入。也可以是在分解晶种槽或分解槽中加入。
根据本发明实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：本发明方案通过在晶种分解过程中使用结晶助剂，从而有效解决铝酸钠溶液晶种分解过程帮助控制氢氧化铝成核，减少产物细粒形成，增加氢氧化铝的平均粒径。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明的实施例一为：一种铝酸钠晶种分解的结晶助剂，由以下组分组成：a：
本发明的实施例二为：一种铝酸钠晶种分解的结晶助剂，由以下组分组成：a：
本发明的实施例三为：一种铝酸钠晶种分解的结晶助剂，由以下组分组成：a：
取上述实施例1～3中的结晶助剂进行效果测试，测试过程具体如下：
取某工厂的铝酸钠溶液及该工厂的氢氧化铝晶种进行测试，其中，该铝酸钠溶液的成分如下：总碱度(nk)＝160g/l，氧化铝与苛性碱的质量比(rp)＝1.05。
使用带温控的6头125ml的钢弹试验釜进行分解实验，分解温度为65℃，分解时间为16h，分解固含为400g/l；具体地，将试验釜加热至65℃，并恒温，分别在6个烧杯中加入约100ml精液，加热至70℃时，加入结晶助剂，搅拌均匀后，加入晶种，搅拌均匀，同时，迅速转移至钢弹；启动反应釜转动装置，恒温分解16h；16h后，放出分解料浆，并用慢速滤纸过滤，分析滤饼中氢氧化铝的粒度。
作为对照，取某市售结晶助剂进行同等条件下(添加量均为30ppm)进行对照试验。
上述操作平行测试两次，统计上述实施例与对照例制得的滤饼中氢氧化铝的粒度，结果如下表1所示：
表1
从上表中可以看出，将实施例中的结晶助剂添加到铝酸钠溶液中，相对于现有市售成熟试剂均可减少产物中细粒的形成，其中，实施例2中的样品降低最多。
分别与不同剂量的市售产品和实施例2中的结晶助剂进行测试，恒温分解16h后得到的滤饼中氢氧化铝的粒度统计如下表2所示：
表2不同剂量对氢氧化铝的粒度的影响结果表
从表2中可以看出，添加不同剂量的本发明实施例结晶助剂相对于市售产品均可不同程度地降低细粒度氢氧化铝产生，其中，30ppm左右降低幅度最大。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。