本发明涉及氧化铝生产装置，尤其涉及一种铝酸钠溶液中碳酸钠的苛化装置及其应用。
背景技术：
1、氧化铝(al2o3)是一种重要的无机化合物，具有高硬度和高熔点的特点。氧化铝在工业和科学领域有广泛的应用，主要包括耐火材料、陶瓷、催化剂和吸附剂、电子和电气绝缘材料以及研磨和抛光材料等领域。氧化铝的多种晶型(如α-al2o3、γ-al2o3等)使其在不同的温度和条件下表现出不同的物理和化学性质。
2、工业上制备氧化铝的方法主要有三种：拜耳法、碱石灰烧结法和拜耳-烧结联合法。拜耳法利用苛性钠溶液在高温下溶解铝土矿中的氧化铝，生成铝酸钠溶液，通过冷却和添加氢氧化铝晶种，使氢氧化铝重新析出，最后焙烧得到氧化铝。碱石灰烧结法适用于处理高硅铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰混合烧结生成铝酸钠等熟料，再用稀碱溶液溶出铝酸钠，经过脱硅和分解过程，最终得到氢氧化铝，再焙烧成氧化铝。拜耳-烧结联合法结合拜耳法和烧结法的优点，通过串联、并联或混联的方式，提高了原料的利用率和经济效益。与其他两种方法相比，拜耳法制备氧化铝中的工艺流程相对简单，易于操作和控制。但是拜耳法生产氧化铝过程中存在反苛化，即铝酸钠溶液中的苛性碱转化为碳酸钠的过程。反苛化不仅包括矿石及石灰添加剂中各种碳酸盐与铝酸钠溶液形成碳酸钠的过程，也包括腐植酸钠等有机物的分解和空气搅拌过程中带入co2造成苛性碱转化为碳酸钠的过程。而在实际生产过程中各种原料中的碳酸盐是引起反苛化作用的主要原因。
3、在拜耳法生产氧化铝的过程中，碳酸盐的反苛化会带来多方面的危害，具体包括：使溶液部分苛性碱转化为碳酸钠，不利于矿石中氧化铝的溶出；溶液中碳酸钠浓度的升高，会引起溶液黏度升高导致赤泥沉降分离困难，并使种分过程分解率降低，碳酸钠在母液蒸发时析出还会降低蒸发换热器的传热效率，增加蒸发能耗，最为严重的是碳酸盐在溶出析出，会在设备表面和内部形成结垢，影响系统的整体运行和热能传递，导致系统能耗升高，增加设备的维护和清理成本，甚至造成生产中断。因此拜耳法生产氧化铝的生产过程必须设置碳酸钠排除与苛化工艺，以维持生产循环过程碳酸钠平衡。
4、公开号为cn 1868880 a的发明专利公开了一种拜耳法氧化铝生产的侧流苛化方法用来代替蒸发排盐—苛化工艺。该方法的侧流苛化所用苛化原液为赤泥洗涤工序来的二次洗液。该方法比蒸发排盐—苛化工艺具有流程短、能耗低等优点。但是该方法只能在二次/三次洗液等低浓度溶液中应用，苛化原液中碳酸钠量较少，不能满足氧化铝的生产需要。而且随着反应的进行，ca(oh)2颗粒表面会覆盖析出的na2co3颗粒，这会阻碍苛化反应的进行，苛化残渣中含量高，石灰效率低，并且该方法的苛化率较低，约为25％～35％。
5、公开号为cn 1323278 a的发明专利公开了一种氧化铝精炼厂拜耳液苛化的改进工艺，该工艺包括在一级反应器内，在受控的低至中温(70～80℃)和搅拌条件下，将石灰与铝酸盐离子在拜耳液中反应；以及二级反应器在温度100～180℃的受控条件下使水铝钙石与拜耳液反应形成碳酸钙，从而获得苛化了的拜耳液。该方法大幅提高石灰利用效率并尽量减少氧化铝损失。但是该方法需要对氧化铝工艺溶液进行降温(一级反应)和升温(二级反应)，造成氧化铝生产能源消耗增加。
6、由此可见，现有技术中存在的拜耳液苛化方法不能同时兼顾较高的苛化率和较低的能耗，导致这些方法存在较大的局限性，很难应用于实际的工业化生产中。因此，有必要提供一种苛化率高、能耗低的拜耳液苛化方法来解决上述问题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明提供了一种铝酸钠溶液中碳酸钠的苛化装置，所述苛化装置包括预苛化槽3和苛化槽6，所述预苛化槽3的顶部和底部分别设有入口ⅰ和出口ⅰ，所述苛化槽6的顶部和底部分别设有入口ⅱ和出口ⅱ；
2、其中，所述入口ⅰ分别与苛化原液ⅰ管道、石灰乳槽ⅰ连通，所述出口ⅰ通过预苛化过滤机5与所述苛化槽6连通；所述预苛化过滤机5设有滤液ⅰ出口和滤饼ⅰ出口，所述滤液ⅰ出口与氧化铝生产工段连通，所述滤饼ⅰ出口与苛化原液ⅱ管道合并后连接至所述入口ⅱ，所述出口ⅱ与苛化过滤机8连接，所述苛化过滤机8设有滤液ⅱ出口和滤饼ⅱ出口，所述滤液ⅱ出口与氧化铝生产工段连通，所述滤饼ⅱ出口外排赤泥堆场或转移至其他地方综合利用。
3、进一步地，所述预苛化槽3、苛化槽6的数量分别为n个，所述n为≥1的整数。
4、进一步地，所述石灰乳槽1与所述预苛化槽3之间设有石灰乳泵2，所述预苛化槽3与所述预苛化过滤机5之间设有预苛化泵4，所述苛化槽6与所述苛化过滤机8之间设有苛化泵7。
5、进一步地，所述铝酸钠溶液中碳酸钠的苛化装置还包括苛化助剂槽9，所述入口ⅰ和所述入口ⅱ分别与所述苛化助剂槽9连通。
6、进一步地，在所述入口ⅱ与所述苛化助剂槽9之间设有苛化助剂泵10。
7、进一步地，所述铝酸钠溶液中碳酸钠的苛化装置还包括热水管道，所述滤饼ⅰ出口和所述滤饼ⅱ出口分别与热水管道连接。
8、所述铝酸钠溶液中碳酸钠的苛化装置的使用方法为：
9、s1、预苛化：先将拜耳法氧化铝生产流程中的铝酸钠溶液作为所述苛化原液ⅰ加入预苛化槽3，然后加入石灰乳，搅拌反应，得到所述料浆ⅰ，过滤得所述滤液ⅰ和所述滤饼ⅰ，所述滤液ⅰ返回氧化铝生产流程，所述滤饼ⅰ进入步骤s2；
10、s2、预苛化：将所述滤饼ⅰ与所述苛化原液ⅱ混合后加入苛化槽6，搅拌反应，得到料浆ⅱ，进入步骤s3；所述苛化原液ⅱ与苛化原液ⅰ的重量的相等；
11、s3、苛化渣处理：将所述料浆ⅱ经过滤得所述滤液ⅱ和所述滤饼ⅱ，所述滤液ⅱ返回氧化铝生产流程，所述滤饼ⅱ经洗涤后直接外排赤泥堆场或综合利用。
12、进一步地，步骤s1中，所述苛化原液ⅰ为赤泥洗涤n次洗液、分解晶种洗涤的洗液、或产品氢氧化铝洗涤的洗液，所述n为≥1的整数，所述产品氢氧化铝洗涤的洗液为强滤液或弱滤液。
13、进一步地，步骤s1中，所述石灰乳中有效cao的含量为14wt.％～16wt.％。
14、进一步地，步骤s1中，所述搅拌反应温度为90℃～110℃，反应时间为5～60min。优选的，所述搅拌反应时间为10～50min。更优选的，所述搅拌反应时间为10～30min。
15、进一步地，步骤s1中，所述搅拌转速＞30r/min，优选的，所述搅拌转速＞80r/min。更优选的，所述搅拌转速＞200r/min。
16、本发明搅拌反应的温度控制主要由所述苛化原液ⅰ决定，无需特别调控，因此无需额外进行升温或降温。同时，本发明通过搅拌和反应温度加快苛化反应速度，提高苛化效率，减少能源消耗。
17、进一步地，步骤s1中，所述石灰乳的添加量为所述苛化原液ⅰ和所述苛化原液ⅱ中碳酸钠总摩尔量的0.5～1倍。优选的，所述石灰乳的添加量为所述苛化原液ⅰ和所述苛化原液ⅱ中碳酸钠总摩尔量的0.7～0.9倍。更优选的，所述石灰乳的添加量为所述苛化原液ⅰ和所述苛化原液ⅱ中碳酸钠总摩尔量的0.8倍。
18、进一步地，步骤s1中，加入所述石灰乳的同时添加苛化助剂，所述苛化助剂为硼酸盐ph缓冲剂。
19、进一步地，所述硼酸盐为偏硼酸钠或四硼酸钠。
20、进一步地，所述苛化助剂的添加量为100～1000ppm。优选的，苛化助剂的添加量为200～700ppm。更优选的，苛化助剂的添加量为300～500ppm。
21、进一步地，步骤s1中，滤饼所述ⅰ进入所述步骤s2之前先利用95℃热水进行洗涤处理，洗水用于赤泥洗涤。
22、进一步地，步骤s2中，所述苛化原液ⅱ为赤泥洗涤n次洗液或蒸发排盐工序的碳酸钠溶解液，所述n为≥1的整数。
23、进一步地，步骤s2中，所述搅拌反应温度为90～110℃，搅拌反应时间为30～120min。优选的，所述搅拌反应时间为40～90min，更优选的，所述搅拌反应时间为50～70min。
24、本发明搅拌反应的温度的控制主要由苛化原液ⅱ决定，无需特别调控，因此无需额外进行升温或降温。同时，本发明通过反应时间的控制使得ca(oh)2反应完全，石灰效率较高。
25、进一步地，步骤s2中，所述搅拌转速＞30r/min。优选的，所述搅拌转速＞80r/min，更优选的，所述搅拌转速＞200r/min。
26、进一步地，步骤s2中，搅拌反应之前还向苛化反应槽中添加苛化助剂，所述苛化助剂的添加量为100～1000ppm。优选的，所述苛化助剂的添加量为200～700ppm。更优选的，所述苛化助剂的添加量为300～500ppm。
27、进一步地，步骤s3中，所述滤饼ⅱ利用热水洗涤，过滤得所述滤液ⅲ和所述滤饼ⅲ，前者送往赤泥洗涤作为洗水，后者直接外排赤泥堆场，或作为电厂脱硫用脱硫剂实现综合利用，避免碳酸钙返回赤泥洗涤时发生反苛化。
28、进一步地，苛化渣处理时采用两台转鼓过滤机作为过滤分离设备，分别用于过滤分离或洗涤。
29、进一步地，苛化渣处理时采用一台平盘过滤机作为过滤分离设备，其平盘盘面分为分离区和洗涤区，分别实现过滤分离或洗涤。
30、在常规苛化反应装置中，石灰与碳酸钠(na2co3)水溶液反应再产生氢氧化钠，该反应不可能趋向完全，而是达成平衡，可由以下等式来描述：
31、k＝[oh-]2/[co32-]
32、k为表观平衡常数，由碳酸钠转化为氢氧化钠受化学平衡和反应动力学控制，反应通常在开始时快速进行，然后在20～30分钟后反应就变得非常慢，主要原因有两点：其一，由于[oh-]浓度增加，苛化反应平衡向左移动；其二，随着反应的进行，ca(oh)2颗粒表面会覆盖析出的na2co3的颗粒，这阻碍了co32-离子由溶液向ca(oh)2颗粒的核进行扩散。
33、为了消除ca(oh)2表面覆盖碳酸钙薄膜的不利影响，必要时添加苛化助剂，所述苛化助剂可以抑制ca(oh)2颗粒表面或附近的羟基离子浓度，使苛化反应平衡向右移动，从而提高苛化效率。
34、目前普遍认为，氧化铝生产系统中反苛化反应主要是游离naoh与caco3作用的结果，该反应仅在高温(＞150℃)的条件下方可显著进行；而在低温(＜100℃)条件下，caco3的反苛化反应则比较微弱，一直被忽略。因此，在氧化铝生产企业中，以caco3为主要组成的苛化渣直接混入赤泥洗涤系统中经沉降分离后随赤泥外排。但是，即使在低温铝酸钠溶液中，caco3反苛化也十分明显，又造成碳酸根重溶回流程且伴随着氧化铝的损失。据此对苛化渣进行洗涤后直接外排，对避免碳酸根反苛化非常有益。
35、本发明将一部分苛化原液ⅰ(铝酸钠溶液)进入预苛化(第一段)反应槽与石灰乳在剧烈搅拌条件下反应，必要时添加苛化助剂，然后过滤分离[oh-]浓度增加的苛化后液，滤饼送入苛化段(第二段)作为苛化剂，苛化后液返回氧化铝生产流程。本段苛化反应的苛化效率约为25～45％。
36、预苛化后分离的滤饼与新鲜的苛化原液ⅱ混合进入苛化段(第二段)反应槽搅拌反应。本发明通过提高co32-离子的浓度，降低[oh-]浓度推动苛化反应向右进行，同时利用剧烈的搅拌将ca(oh)2颗粒表面会覆盖析出的caco3的颗粒，消除co32-离子由溶液向ca(oh)2颗粒的核扩散阻碍，必要时可以添加苛化助剂。这样在预苛化后未反应的ca(oh)2颗粒可以完全反应，达到充分利用石灰的效果。本段苛化反应的苛化效率约40～65％。
37、苛化完成后的料浆送往苛化渣处理段(第三段)，经过滤分离后，滤液返回氧化铝工艺流程，滤饼用热水洗涤，然后进行过滤分离，洗液送往赤泥洗涤作为洗水，滤饼电厂脱硫作脱硫剂综合利用或直接外排赤泥堆场，避免碳酸钙返回赤泥洗涤时发生反苛化。
38、石灰乳经过二段苛化反应，同时对苛化渣洗涤处理，最终苛化渣中残余ca(oh)2几乎为0，石灰效率可以提高至80％以上，总苛化效率可以达到80％及以上。同时避免苛化产物caco3又反苛化造成co32-离子重回氧化铝生产流程。
39、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
40、本发明苛化装置的石灰效率可以提高至80％以上，总苛化效率可以达到80％及以上，且本发明不需要进行升温或降温操作，大大降低了装置的能源消耗。
1.一种铝酸钠溶液中碳酸钠的苛化装置，其特征在于，所述苛化装置包括预苛化槽(3)和苛化槽(6)，所述预苛化槽(3)的顶部和底部分别设有入口ⅰ和出口ⅰ，所述苛化槽(6)的顶部和底部分别设有入口ⅱ和出口ⅱ；所述入口ⅰ分别与苛化原液ⅰ管道、石灰乳槽ⅰ连通，所述出口ⅰ通过预苛化过滤机(5)与所述苛化槽(6)连通；所述预苛化过滤机(5)设有滤液ⅰ出口和滤饼ⅰ出口，所述滤液ⅰ出口与氧化铝生产工段连通，所述滤饼ⅰ出口与苛化原液ⅱ管道合并后连接至所述入口ⅱ，所述出口ⅱ与苛化过滤机(8)连接，所述苛化过滤机(8)设有滤液ⅱ出口和滤饼ⅱ出口，所述滤液ⅱ出口与氧化铝生产工段连通，所述滤饼ⅱ出口外排赤泥堆场或转移至其他地方综合利用；所述预苛化槽(3)、苛化槽(6)的数量分别为n个，所述n为≥1的整数。
2.根据权利要求1所述的一种铝酸钠溶液中碳酸钠的苛化装置，其特征在于，所述铝酸钠溶液中碳酸钠的苛化装置还包括苛化助剂槽(9)，所述入口ⅰ和所述入口ⅱ分别与所述苛化助剂槽(9)连通。
3.根据权利要求1所述的一种铝酸钠溶液中碳酸钠的苛化装置，其特征在于，在所述入口ⅱ与所述苛化助剂槽(9)之间设有苛化助剂泵(10)。
4.根据权利要求1所述的一种铝酸钠溶液中碳酸钠的苛化装置，其特征在于，所述铝酸钠溶液中碳酸钠的苛化装置还包括热水管道，所述滤饼ⅰ出口和所述滤饼ⅱ出口分别与热水管道连接。
5.权利要求1～4任一项所述铝酸钠溶液中碳酸钠的苛化装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，步骤s1中，所述苛化原液ⅰ为赤泥洗涤n次洗液、分解晶种洗涤的洗液、或产品氢氧化铝洗涤的洗液，所述n为≥1的整数，所述产品氢氧化铝洗涤的洗液为强滤液或弱滤液。
7.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，步骤s1中，所述搅拌反应温度为90℃～110℃，反应时间为5～60min，所述搅拌转速＞30r/min。
8.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，步骤s2中，所述搅拌反应温度为90～110℃，搅拌反应时间为30～120min，所述搅拌转速＞30r/min。
9.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，所述苛化渣处理时采用两台转鼓过滤机作为过滤分离设备，分别用于过滤分离或洗涤。
10.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，所述苛化渣处理时采用一台平盘过滤机作为过滤分离设备，其平盘盘面分为分离区和洗涤区，分别实现过滤分离或洗涤。
