應(yīng)用與發(fā)展
應(yīng)用廣泛
可以應(yīng)用在制造業(yè)、化學(xué)工業(yè)、食品業(yè)、農(nóng)業(yè)、化學(xué)工業(yè)、環(huán)保衛(wèi)生行業(yè),用于印刷、造紙、制革、油漆等行業(yè),也用作染布用的媒染劑、鞣料及膠片的硬化劑、合成氨的催化劑、制糖及水的澄清劑、選礦用的沉淀劑等等,曾作為鉀的原料(第一次世界大戰(zhàn)時)和作為氧化鋁的原料(第二次世界大戰(zhàn)時);在歐洲曾廣泛用它制作鉀明礬,而且從15世紀以來就為此進行了開采。大的礦床在烏克蘭的別烈戈沃(Beregovo)附近、西班牙的阿爾梅利亞(Almeria)和澳大利亞新南威爾士的布拉德拉(Bullah Delah)。 ⑴應(yīng)用于明礬。明礬學(xué)名是硫酸鉀鋁,又稱鉀明礬,化學(xué)式為K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O,是一種明礬石礦傳統(tǒng)化工產(chǎn)品。明礬因其有特殊的物理和化學(xué)性質(zhì),如無毒、易溶于水,其鋁鹽凈水作用基于鋁氫氧化物的凝聚作用等亦被多行業(yè)使用,約有40多個行業(yè)、200多種用途。 ①明礬在工業(yè)上用量最大,約有19個行業(yè)使用。其中以造紙、制藥、染料色淀生產(chǎn)、食品加工應(yīng)用為主。造紙中明礬作膠著劑和涂料用。制藥工業(yè)中因明礬有解毒生津、除風(fēng)殺蟲、止血鎮(zhèn)痛作用,可作中藥敷料和配料;西藥中制成藥用氫氧化鋁、核黃素、維生素B2等。明礬亦是紡織、印染工業(yè)中的媒染劑,制革、皮毛工業(yè)中鞣革劑,橡膠工業(yè)中的凝結(jié)劑,膠片的硬化劑,選礦中的沉淀劑,油漆、顏料中的充填穩(wěn)定劑。此外,還在食品工業(yè)中作腌制蜜餞和發(fā)酵粉中添加劑,環(huán)保業(yè)中的凈水劑。 ②明礬在農(nóng)牧業(yè)上一直是暢銷商品,主要用于浸種、肥田、農(nóng)活后凈手腳及焊結(jié)農(nóng)具等。畜牧業(yè)中作飼料添加劑,使牲畜健壯亦治療口蹄疫、拉肚、眼疾等病癥。 ③漁副業(yè)中明礬也廣泛使用,如腌制海蜇可使海蜇性脆、防腐敗;在淀粉制粉絲中使之透明易干、易久貯存等。 ⑵明礬石礦一次加工產(chǎn)品。明礬石礦加工可分原礦加工方法和焙燒礦加工方法。前者直接用原礦加工,后者礦石需焙燒脫水后加工。后者按脫水熟料采用的浸取試劑不同,又可分為堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法、氯化物法和水浸法等。通過后者綜合利用加工明礬石礦,可以得到一次加工產(chǎn)品:硫酸鉀、氧化鋁、氫氧化鋁及硫酸、4A沸石等。硫酸鉀可作鉀肥直接用于施肥。氧化鋁將是電解鋁的原料。氫氧化鋁因晶相純、雜質(zhì)低,經(jīng)深度加工制得鋁系精細化工產(chǎn)品,有廣闊應(yīng)用前景。硫酸亦是我國緊俏化工產(chǎn)品,用明礬石加工的硫酸不含砷硒、氟等有害元素,質(zhì)量更佳。4A 沸石用作合成洗滌劑助劑,已成為世界各國公認的三聚磷酸鈉的代用品,亦具良好的應(yīng)用前景。 ⑶明礬石礦深度加工產(chǎn)品。我國用明礬石生產(chǎn)的氫氧化鋁、氧化鋁經(jīng)深度加工制得的精細化工產(chǎn)品有:牙膏磨擦劑、阻燃劑、干燥劑、吸附劑、除氟劑、催化劑及載體等14種。它們在化工、石化、輕工、機械、電子、醫(yī)藥及科研等行業(yè)和部門中獲得廣泛應(yīng)用,取得顯著的經(jīng)濟和社會效益。此外,氧化鋁“精密陶瓷”,藥用氫氧化鋁、枯礬及鉀氮肥深加工產(chǎn)品,亦受市場歡迎。再如,我國生產(chǎn)的氫氧化鋁(α-三水鋁石)質(zhì)量已達美國商品C-330水平,產(chǎn)品用于牙膏磨擦劑、塑料阻燃劑及樹脂、造紙、橡膠、油漆等的填料中。為我國高、中檔藥物牙膏的崛起和阻燃型塑料、高分子合成材料的更新?lián)Q代提供了重要的原外,以氫氧化鋁為原料研制成的α、γ、η等活性氧化鋁催化劑及催化劑載體有20多種,有的已在石化、煉油、化肥、軍工等裝置上應(yīng)用,展示出良好的前景。 ⑷明礬石礦生產(chǎn)中廢料再加工產(chǎn)品。明礬石礦加工生產(chǎn)中排出大量的礬泥(漿)、廢渣(赤泥)、氨浸渣、礬煙和爐灰等,若不治理、既污染環(huán)境造成公害,又白白流失大量有用成分。三廢中SiO2有的高達75%~80,Al2O3可達40%。所謂廢料,卻是開發(fā)鋁鹽、多種硅系等產(chǎn)品原料。經(jīng)試驗生產(chǎn)投放市場的產(chǎn)品有硫酸鋁、銨明礬、水泥速凝劑等十多種。 ①硫酸鋁是用礬泥加硫酸后,用間接蒸汽加熱反應(yīng),壓濾料漿,濾液蒸發(fā)結(jié)晶制成的。其價格低,有用Al2O3比明礬高2/3,是60年代后發(fā)展起來的產(chǎn)品。雖然其質(zhì)量尚不如明礬,生產(chǎn)中消耗大量硫酸,但從試銷看,是較有前途的產(chǎn)品。 ②銨明礬是食品添加劑硫酸鋁銨。安徽廬江礬礦成功用礬泥生產(chǎn)銨明礬,浙江平陽礬礦利用爐灰加氨也成功生產(chǎn)出銨礬。其經(jīng)濟效益顯著。 ③水泥速凝劑也是礬泥綜合利用產(chǎn)品。由含有無機混合物和有機高分子材料組成的“粘稠Ⅰ型水泥速凝劑”具有無毒、無味、無腐蝕存放期長達22個月以上等優(yōu)點,指標優(yōu)于國內(nèi)外同類產(chǎn)品。由安徽巢湖速凝劑廠獨家生產(chǎn),是緊俏產(chǎn)品。
④聚合鋁,指聚合羥基氯化鋁或羥基硫酸鋁。通常指聚合鋁為聚合羥基氯化鋁,國內(nèi)外已生產(chǎn)使用。用明礬制成聚合鋁質(zhì)地純凈、使用后反映良好。浙江瑞安用氨浸渣制造的聚合鋁,含鐵少、活性高,獲印染行業(yè)的好評。據(jù)悉,用聚合氯化鋁取代硫酸鋁凈水亦是發(fā)展趨勢。除上述明礬石廢料加工產(chǎn)品外,尚有10多種產(chǎn)品,如:氨渣釉面磚、造紙811填料、WF型橡膠塑料填料、赤泥蒸養(yǎng)磚、氨浸渣耐火磚、礬鎵鈾提純、礬漿農(nóng)藥載體、礬煙稀硫酸、爐灰復(fù)合化肥(如液體磷酸二氫鉀銨)、分子篩(礬渣皆可作原料)及礬漿冶煉棕剛玉等等,有的已經(jīng)投產(chǎn)、經(jīng)濟效益較佳。 ⑸明礬石礦在建材工業(yè)中的應(yīng)用。明礬石礦用于水泥工業(yè)歷史悠久,如意大利托爾法礦區(qū)采明礬石2高嶺石混合礦用于水泥工業(yè),因其水泥機械性能強,受到各國重視。我國利用明礬石及其殘渣制取多種性能、多種用途的水泥制品已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。如安徽廬江生產(chǎn)的明礬石膨脹水泥,是一種省能源、省資源的抗裂防滲新型水泥,在國內(nèi)外獲得好評;浙江新昌水泥廠為解決沸石水泥早期強度偏低問題,用本地明礬石化凝灰?guī)r摻入沸石水泥中,制成雙摻水泥,調(diào)節(jié)了水泥標號,改善水泥性能,提高了水泥質(zhì)量。此外,利用明礬石和石灰石在原有生產(chǎn)硅酸鹽水泥的工藝設(shè)備上生產(chǎn)一種叫自應(yīng)力水泥,價格低、在有明礬石和灰?guī)r的地方適宜生產(chǎn)。明礬石礦除生產(chǎn)水泥外,還的膨脹劑,簡稱EA-L膨脹劑,用于建筑工程防水、防漏;生產(chǎn)早強防凍劑、簡稱為ESJ劑,使水泥適宜在戶外-5℃氣溫下施工,水泥正常凝結(jié)、硬化;生產(chǎn)ZM早強增密劑,能提高混凝土早期強度、增強抗?jié)B性強,是一種混凝土外加劑。此外,用煅燒后的明礬石為催化劑,摻合3%~5%于硬石膏中,提高硬石膏的水化速度,使硬石膏硬化后表面堅硬、光滑細膩,不收縮、不起灰,是內(nèi)墻抹灰的理想材料。 (6)硫酸鉀及其系列產(chǎn)品:硫酸鉀是一種最重要的無氯優(yōu)質(zhì)鉀肥。還原熱解法工藝可生產(chǎn)硫酸鉀、氫氧化鋁及硫酸;同時排放礬煙、礬渣和赤泥等副產(chǎn)品。
加工技術(shù)
明礬石礦綜合利用方法分為堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法3大類,3種方法具有大致相同的工序:礦石破碎磨細,焙燒,提取氧化鉀和分解三氧化硫,鋁、鐵分離,鋁、硅分離。其中,鋁硅分離一般采用堿浸或酸浸。堿浸是將氧化鋁轉(zhuǎn)化成可溶性鋁酸鈉,但也有二氧化硅轉(zhuǎn)化為可溶性硅酸鈉,因此,濾液需要進一步脫硅,這不僅工藝復(fù)雜,而且導(dǎo)致鋁酸鈉的損失。酸浸是將氧化鋁轉(zhuǎn)化成可溶性鋁鹽,為了保證氧化鋁的浸出率,就必須加過量的酸,這不僅導(dǎo)致鋁鹽中游離酸含量大,而且對設(shè)備材質(zhì)要求高。傳統(tǒng)工藝主要從熱力學(xué)角度來考慮,盡可能降低焙燒溫度,阻止氧化鋁的相變,提高熟料中氧化鋁的活性。作者從熱力學(xué)和動力學(xué)兩個角度綜合考慮,開發(fā)了熱分解法綜合利用明礬石礦工藝,使明礬石礦在高溫下快速脫水、分解,既提高了明礬石的分解率,又保證了氧化鋁的活性;并提出“酸熔法”分離鋁硅新工藝,使氧化鋁在濃硫酸的作用下于固相體系中轉(zhuǎn)化為可溶性的硫酸鋁,由于化學(xué)鈍化現(xiàn)象的存在,從而對設(shè)備材質(zhì)沒有特別要求。 采用熱分解法高溫快速脫水、分解明礬石礦,既提高了硫酸鋁的分解率,又保證了氧化鋁的活性。硫酸鉀作為單一產(chǎn)品可以在流程的前半部提取,大大簡化了明礬石礦工業(yè)生產(chǎn)流程。明礬石礦中的有價元素硫在焙燒過程中以三氧化硫的形式逸出,易于吸收制酸。采用該法,氧化鉀、氧化鋁的浸出率高,都在95%以上。 根據(jù)中國明礬石礦的加工方法,不論是水浸法、氨浸法、酸氨法和還原熱解法等均對明磯石的品位要求較高,如水浸法要求礦石品位含明礬石大于45%,氨浸法要求含明磯石為45%-50%,酸氨法除要求礦石品位高外,還要求含鐵量在1%以下,而還原熱解法要求更高為47.93%-51.81%。 工業(yè)要求
大部分工業(yè)用的明礬石要求含鉀高,因此鉀明礬比鈉明礬的工業(yè)價值大,而用于提取氧化鋁的明礬石,鉀含量的高低沒有影響,因為鉀明礬石和鈉明礬石的氧化鋁含量幾乎一樣。