本发明涉及化工产品制备领域，尤其涉及一种以铝土矿为原料生产氧化铝的工艺，特别涉及一种拜耳法种分生产砂状氧化铝的方法。
背景技术：
铝土矿中提取氧化铝有多种方法，例如：拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法等。拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法，其产量约占全世界氧化铝总产量的95%左右。拜耳法的优点突出：流程简单、投资省和能耗较低，最低者每吨氧化铝的能耗仅3×106千卡左右。目前拜耳法生产氧化铝技术又分为美铝法和法铝法，美铝法又称两段法，是有效利用附聚和结晶长大的机理，一般采用较高的分解初温和较低的晶种比条件。法铝法又称一段法，分解过程主要为结晶长大机理，是在较低的分解温度和较高晶种比条件。现我国生产氧化铝晶种分解工艺大部分采用低能耗低成本的一段拜耳法，然而这种氧化铝生产技术用于我国以一水硬铝石型铝土矿为原料的氧化铝生产工艺中有较大的局限性：我国现有一段拜耳法晶种分解采用高浓度的铝酸钠溶液加入氢氧化铝晶种，以60℃左右的分解初温，分解40～60小时，终温达到45～50℃，所产出的氢氧化铝和氧化铝产品强度低、粒度细，达不到高质量砂状氧化铝要求。
申请号为200610127175.4专利采用两种浓度精液“高温低浓度附聚、低温高浓度长大”相结合的两段拜耳法种分生产工艺生产高强度氧化铝，虽其解决了申请号为200410049746专利高浓度精液氧化铝的相对过饱和度低，附聚推动力小，附聚效果不明显，产品中-20μm含量高达不到现代电解工艺要求的缺陷，和申请号为200410100973专利技术中精液分流附聚段精液浓度高附聚作用受到遏止等缺陷，但其两种精液浓度和两段法种分分解工艺却有一个突出的致命问题：流程复杂、能耗高、成本高。具体表现两个方面：1）两种精液浓度和两段法种分分解工艺细种子和粗种子，分别制备需配备相应两套设备和流程，设备多投入大，工艺参数多，操作控制难度增加；2）两段法种分分解工艺相比一段法多一套晶种分解设备和流程，运行设备多，能耗高，同时分解温度控制较高，分解时间短，分解率低，消耗高产能低，工序加工成本高。原中铝河南分公司70万吨氧化铝生产线ab组晶种分解系统设计采用两段法生产砂状氧化铝，由于其运行成本高，运行仅4年，2010年由两段法改为一段法，随着氧化铝市场竞争加剧，氧化铝生产成本压力增加，两段法种分分解工艺推广意义不大，未得到广泛应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有两段法生产氧化铝的技术中存在的流程复杂、能耗高、成本高的缺点而提供一种适合我国铝土矿资源特点以及生产条件特点、工艺流程简单、操作方便、能耗低、成本低的一段拜耳法种分生产砂状氧化铝的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种一段拜耳法种分生产砂状氧化铝的方法，根据晶种中细颗粒含量及其变化趋势的准确预判，调整晶种分解条件和活性添加剂，改变晶种中细颗粒的附聚量使晶种粒度-45μm含量稳定在要求的10～20%范围内，选取晶种成核频数f3.55、粒度-14μm含量作为衡量细粒子多少的参照标准，并分别确立其标准控制范围：颗粒计数仪器使用小孔管50μm检测时阀值设定为1.5μm，晶种成核频数f3.55控制范围设定为0.56～1.11×105；颗粒计数仪器使用小孔管280μm检测时阀值设定为9.5μm，晶种粒度-14μm含量控制范围设定为0.3%～0.6%，选定晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量作为晶种调控指标；
取样检测频次为每八小时一个点样，根据上述标准范围进行调整晶种分解条件和活性添加剂的方法如下：晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量在上述给出的标准范围内波动时，各项分解条件和结晶助剂添加量保持不动；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量均在上述给出的标准范围内，但连续48小时均呈上升趋势，上调结晶助剂添加量5ppm；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量超出上述给出的标准范围的上限值，且仍呈上升趋势，结晶助剂添加量再上调5～10ppm，同时上调分解槽首槽温度1～2℃；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量超出上述给出的标准上限值，但连续48小时呈下降趋势，下调分解槽首槽温度0.5～1℃；晶种成核频数f3.55和-14μm粒度均降至上述给出的标准范围上限值，且仍呈下降趋势时，下调结晶助剂添加量5ppm；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量均降至上述给出的标准范围中心值，且仍呈下降趋势时，再下调结晶助剂添加量5ppm；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量均降至上述给出的标准范围下限值，且仍呈下降趋势时，下调结晶助剂添加量10ppm；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量低于上述给出的标准范围的下限值，且仍呈下降趋势时，停止添加结晶助剂，缓慢下调分解槽首槽温度0.5～1℃；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量低于上述给出的标准范围的下限值，两指标变化趋势由从下降变成稳定，恢复结晶助剂添加或小幅上调结晶助剂添加量5ppm；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量均升至要求标准范围下限时，上调结晶助剂添加量5～10ppm减缓晶种成核频数和晶种粒度的上升速度直至晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量在要求标准范围内波动。
晶种分解控制条件：高浓度铝酸钠精液nk浓度≥155g/l，苛性比值≤1.55，精液ncnt≤15%，分解首槽温度58～62℃，尾槽温度45～50℃，分解槽固含500～1000g/l，分解时间40～50h，在以上分解条件控制范围内，一段拜耳法种分的晶种粒度-45μm含量10～20%，分解率≥50%。
本发明的上述技术方案产生的积极效果如下：本发明的方法，在专利200410049746的基础上提出低温条件下人为干预调控晶种细颗粒附聚量，稳定一段拜耳法种分晶种粒度。用特有的颗粒计数仪器检测出晶种中≤15μm细颗粒的数量，建立晶种中几项细颗粒指标控制标准范围，由晶种粒度中细颗粒的含量及变化趋势，指导调整某些分解条件和改变活性结晶助剂添加量，人为干预细颗粒的附聚程度，通过改变细颗粒的附聚调整，使细粒子含量控制在标准范围，便可实现晶种粒度-45μm含量的稳定控制。在氧化铝生产中，要想获得粒度指标稳定的砂状氧化铝产品，必须稳定控制种分晶种粒度。晶种粒度-45μm百分含量的高低，是由前期细粒子含量控制高低决定，控制好了晶种中细粒子含量，使后期的晶种粒度-45μm含量得到较好控制，达到生产出粒度稳定的砂状氧化铝产品的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的阐述和说明。
一段拜耳法种分生产砂状氧化铝的方法，根据晶种中细颗粒含量及其变化趋势的准确预判，调整晶种分解条件和活性添加剂，改变晶种中细颗粒的附聚量使晶种粒度-45μm含量稳定在要求的10～20%范围内，选取晶种成核频数f3.55、粒度-14μm含量作为衡量细粒子多少的参照标准，并分别确立其标准控制范围：颗粒计数仪器使用小孔管50μm检测时阀值设定为1.5μm，晶种成核频数f3.55控制范围设定为0.56～1.11×105；颗粒计数仪器使用小孔管280μm检测时阀值设定为9.5μm，晶种粒度-14μm含量控制范围设定为0.3%～0.6%，选定晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量作为晶种调控指标。
晶种粒度-45μm含量控制范围设定依据：根据冶金级砂状氧化铝粒度-45μm含量≤18%要求，和一般平盘氢铝粒度-45μm含量与产品氧化铝粒度-45μm含量差值≤8%，确定平盘氢铝粒度-45μm含量控制范围≤10%，再由水力旋流器粒度分级缩减系数2.0，则确定分解晶种粒度-45μm含量≤20%，为确保分解率指标，晶种粒度控制不宜过粗，因此分解晶种粒度-45μm含量控制范围设定为10～20%。
晶种粒度-14μm含量控制范围设定依据：根据固体颗粒质量与体积呈正比的关系，可由晶种粒度-45μm含量10～20%的控制范围推算晶种粒度-14μm含量控制范围：上限=20%÷（45÷14）3=0.60%；下限=10%÷（45÷14）3=0.30%。故本发明中分解晶种粒度-14μm含量控制范围设定为0.3%～0.6%。
晶种成核频数f3.55是指1g晶种样品中晶种粒度2.62μm～3.55μm区间平均0.1μm步长颗粒数。晶种氢铝比重2.42g/cm3。
晶种成核频数f3.55控制范围设定依据：同样根据固体颗粒质量与体积呈正比的关系，可由晶种粒度-45μm含量10～20%的控制范围推算晶种粒度2.62μm～3.55μm区间颗粒含量控制范围：上限=20%÷（（45÷3.55）3－（45÷2.62）3）=0.00587%；下限=10%÷（（45÷3.55）3－（45÷2.62）3）=0.00294%。晶种成核频数f3.55控制范围：上限=0.00587%×1÷（2.42×4/3×3.14×(3.55/20000)3）×0.1÷(3.55-2.62)=1.11×105；下限=0.00294%×1÷（2.42×4/3×3.14×(3.55/20000)3）×0.1÷(3.55-2.62)=0.56×105。故本发明中分解晶种成核频数f3.55控制范围设定为0.56～1.11×105。
根据上述标准范围进行调整晶种分解条件和活性添加剂的方法如下：
晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量在要求标准范围内波动时，各项分解条件和结晶助剂添加量保持不动；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量均在上述给出的标准范围内，但连续48小时均呈上升趋势，上调结晶助剂添加量5ppm；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量超出上述给出的标准，且仍呈上升趋势，结晶助剂添加量再上调5～10ppm，最大上调添加量30ppm，同时上调分解槽首槽温度1～2℃；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量超出上述给出的标准，但连续48小时呈下降趋势，下调分解槽首槽温度0.5～1℃；晶种成核频数f3.55和-14μm粒度均降至上述给出的标准范围上限值，且仍呈下降趋势时，下调结晶助剂添加量5ppm；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量均降至上述给出的标准范围中心值，且仍呈下降趋势时，再下调结晶助剂添加量5ppm；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量均降至上述给出的标准范围下限值，且仍呈下降趋势时，下调结晶助剂添加量10ppm；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量低于上述给出的标准范围，且仍呈下降趋势时，停止添加结晶助剂，缓慢下调分解槽首槽温度0.5～1℃；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量低于上述给出的标准范围，两指标变化趋势由从下降变成稳定，恢复结晶助剂添加或小幅上调结晶助剂添加量5ppm；晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量均升至要求标准范围下限时，上调结晶助剂添加量5～10ppm减缓晶种成核频数和晶种粒度的上升速度直至晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量在要求标准范围内波动。晶种成核频数f3.55和晶种粒度-14μm含量如能得到稳定调控，后期晶种-45μm粒度必定会得到稳定控制，分解后的晶种浆液按照常规分级后经洗涤过滤出氢氧化铝产品，或再经焙烧后产出合格的砂状氧化铝产品。
晶种粒度检测分析仪器：贝克曼库尔特颗粒计数分析仪multisizer3，小孔管50μm和280μm。晶种成核f3.55要求控制范围在0.56～1.11×105，-14μm粒度含量要求控制范围在0.3～0.6%。
某组分解槽2017年3月1日至12月31日，精液nk浓度1.60～165g/l，精液ak0.45～1.5，精液ncnt14～14.5%，分解槽首槽温度60～62℃，分解槽固含500～700g/l，分解时间40～43小时，分解率指标控制在49～51%，平均50.12%。晶种成核f3.55实际控制范围在0.6～1.0×105，平均0.73×105，-14μm粒度含量控制范围在0.3～0.55%，平均0.50%，晶种-45μm粒度含量控制范围在13～18%，平均16.7%；氢氧化铝产品-45μm粒度含量控制范围在4～10%，平均8.5%；氧化铝产品粒度-45μm含量控制范围在10～17%，平均15%。