浅谈铝酸钠溶液分析现状

浅谈铝酸钠溶液分析现状

崔晓霞*1,，李智勇1，王伟1

山东省淄博市经济开发区中铝山东有限公司. 山东 255051

摘要：本文介绍了拜耳法生产氧化铝的原理、实质。着重论述了铝酸钠溶液的成分组成、分类以及全碱、氧化铝、苛性碱化学成分的分析方法并介绍了其优缺点。

关键词：铝酸钠溶液、全碱、苛性碱、氧化铝

Analysis of sodium aluminate solution

CUI Xiaoxia*1, LI Zhiyong1,WANG Wei1

(1.Chalco Shandong Co., Ltd. Shandong 255051, China)

Abstract:This paper introduces the principle and essence of alumina production by Bayer process. The composition and classification of sodium aluminate solution as well as the analytical method of chemical composition of total alkali, alumina and caustic alkali are emphatically discussed.

Keywords:sodium aluminate solution;total alkali, alumina;caustic alkali

现大多数氧化铝厂采用拜耳法生产氧化铝。拜耳法基本原理是用氢氧化钠溶液溶出铝土矿中的氧化铝制得铝酸钠溶液，采用降温、加晶种和不断搅拌，从溶液中析出氢氧化铝；分解母液经蒸发用来溶出新铝土矿[1]。生产工序主要包括矿浆制备、高压溶出、矿浆稀释、赤泥分离洗涤、粗液精制、晶种分解，氢氧化铝分级洗涤、焙烧、蒸发等工序。原理实质可用下列反应式表示：

Al(OH)3·nH2O+2NaOH+aq↔2NaAL(OH)4 +aq

铝酸钠溶液是氧化铝生产的中间产物。主要可分为如下几种[2]：溶出后的铝酸钠赤泥浆液；分解过程中含氢氧化铝的铝酸钠溶液；另外，还有经过沉降分离过滤洗涤后含少量悬浮物的铝酸钠溶液。

铝酸钠溶液主要由NaAL(OH)4、NaOH和Na2CO3等化合物组成。其中还含有SiO2、Na2SO4和Na2S有机物以及含铁、稼、钒、氟、氯等化合物状态存在的杂质[1]。铝酸钠溶液中未化合碱（NaOH）、铝酸钠[NaOH·Al(OH)3]、硅酸钠（Na2SiO3）等存在的碱称苛性碱，以Na2CO3形式存在的称为碳酸碱，苛性碱和碳酸碱合称为全碱。据估算种分过程分解率每提高 1%将带来上千万的经济效益[3]。因此对铝酸钠溶液化学成分的准确分析，对整个氧化铝工业的科学研究和生产过程精确控制都具有重要的意义。

目前铝酸钠溶液中全碱、氧化铝、及苛性碱浓度的测定方法主要可以有[4]：人工化学分析、光度滴定法、电位滴定法、热滴定法、流动注射分析法、温度电导法。

（1）人工化学分析[5]

1. 全碱、氧化铝测定

采用 EDTA 络合滴定测定氧化铝，酸碱滴定测定全碱。试样溶液中先加入过量的 EDTA 及盐酸，加热使反应完全。而后用氢氧化钠回滴过量的盐酸以测定全碱，再用醋酸锌回滴过量的EDTA 以测定氧化铝。

2. 苛性碱测定

在铝酸钠溶液中加入氯化钡，使碳酸钠生成碳酸钡沉淀，以绿

光-酚酞作指示剂，用盐酸标准溶液直接滴定铝酸钠溶液中的苛性碱。

（2）光度滴定法

该法是在滴定过程中用光度计记录吸光度的变化（即颜色变化）。德国Benscht[5]于1967年提出一种方法利用二羟基酒石酸2.4-二硝基本基苯铩作为显色剂，用盐酸在波长560nm下进行光度滴定。

（3）电位滴定法

该法是采用pH玻璃电极作为指示电极，根据电位变化指示终点的方法。1982年，Z.Kowalski[6]等提出了采用快速连续加入盐酸的滴定方式，借助于自制的配有玻璃电极、参比电极、自动滴定管的数字电位滴定仪。这种方法的优点是只用一种试剂对一份试样进行自动连续滴定，即可得到三种组分的含量，操作简便，分析效率高。缺点是由于受到离子强度的影响，需预先将试样稀释，受到温度的影响稳定性较差。

（4）热滴定法[6]

该法的原理是与铝酸钠溶液发生中和反应放出热量引起温度变化，根据温度变化与所加入盐酸体积的关系确定过程终点，达到测定目的。1973年Eric等先用酒石酸钠将试样稀释，使试样中NaOH和Al2O3含量控制在0.1-0.6g/L和0.06-0.26g/L。在热滴定池中用盐酸进行自动滴定，先得到全碱量，再加KF溶液，使AlOH3(C4H4O6)n2-中的OH-释放出来，继续用盐酸滴定得到氧化铝的含量。热滴定法对氧化铝生产过程实现仪表分析具有借鉴意义。

（5）流动注射分析法

该法是一项微量化学技术和自动化溶液处理技术，在非热力学平衡条件下，获取待测物定量信息的非色谱流动分析法。它通过信号峰形式与式样带梯度对应关系建立峰宽信号与浓度之间的关系。具有试样和试剂消耗量少、易实现自动化、仪器简单、操作简便、快速、重现性较好等特点，在分析自动化和工业过程在线分析领域得到了日益广泛的应用。谭爱民

[7]等将传统滴定分析原理与流动注射分析仪器相结合，提出了新的自动微量滴定分析方法，并结合双波长检测实现了快速测定苛性碱。陈秋影[8]等进行了优化，釆用两次滴定并差减的方法实现了苛性碱、全碱的自动快速分析。

（6）温度电导法[9]

该法直接通过测定铝酸钠溶液的物理参数—温度和电导率的检测方法。而匈牙利铝业研制出了多种不同用途的仪器，已应用于铝酸钠溶液的自动检测。他们研制出一系列用于检测和分析拜尔法氧化错生产过程的溶液和赤泥的分析仪如：强碱液分析仪，精液分析仪等。

综上，氧化铝生产过程铝酸钠溶液组分浓度滴定分析方法种类繁多，大都属于离线测量。自动滴定分析仪自动化程度较高，管路较细，且由于基于化学反应过程，精密度高。但铝酸钠溶液具有碱度高、粘度大、产生沉淀等特性，易结疤堵塞，导致精度逐渐下降，使用环境要求严格，维护成本较髙，难以在国内氧化行业推广。目前国内氧化铝生产中，铝酸钠溶液组分浓度的检测基本上还用传统的试剂滴定分析对溶液各组分进行化学分析测定，根据检测结果，计算出各组分的浓度。人员成本高，未来继续开展这方面的研究，以自动分析方法代替手工方法依然是一种发展趋势。

参考文献

[1]毕诗文,于海燕,杨毅宏,赵福辉. 拜耳法生产氧化铝[M]. 冶金工业出版社, 2007.

[2]刘艳玲.氧化铝化验技术[M]. 化学工业出版社, 2021.

[3]周俊. 铝酸钠溶液高精度连续滴定化学分析新方案[J]. 轻金属, 2013(11):7.

[4]孙占海, 晁晓艳. 氧化铝生产过程铝酸钠溶液组分浓度软测量方法的研究[J]. 工业B:00241-00242.

[5]李月平. 浅谈氧化铝生产工艺及拜耳法铝酸钠溶液分析[J]. 科技信息, 2011(19):2.

[6]张心英. 铝酸钠溶液中苛性碱、碳酸碱和氧化铝的流动注射同时测定分析方法研究[D]. 中南大学.2000

[7]谭爱民，马万培，许亚舂. 一种自动微量滴定新方法[J].分析化学，1994.22：482

[8]陈秋影，张志军，毛暗章.铝酸钠溶液中苛性碱、全碱的自动分析[J].分析实验室，1996，15,42

[9]Ferenc FARKAS, 刘叶冰. 氧化铝生产过程中铝酸钠溶液分析方法及仪表[J]. 轻金属, 1986(04):22-28.