摘要：为破解传统烧结法生产高白氢氧化铝能耗高、碳排放量大的行业痛点，开发绿色低碳替代工艺，本文以拜耳法氢氧化铝为原料，经液碱/循环母液重溶制备铝酸钠溶液，构建氧化脱色—循环种分耦合工艺，重点解决重溶铝酸钠溶液呈黄色、导致产品白度不达标的核心难题，系统研究脱色剂选型、工艺参数优化、循环种分机制及母液循环对产品性能的影响。通过系统开展脱色剂筛选、工艺参数优化、循环种分试验及产品性能检测，明确最优技术方案。结果表明，优选GL溶液为最佳脱色剂，研发验证最优脱色工艺条件，溶液脱色效果显著，采用循环种分工艺，可稳定制备出白度92.5%～95%、粒度D50=40μm～100μm的高白氢氧化铝产品，该工艺能耗及碳排放远低于传统烧结法和溶液燃烧法。

　　关键词：重溶铝酸钠；高白氢氧化铝；氧化脱色；脱色剂筛选；循环种分

　　1引言

　　1.1研究背景与意义

　　高白氢氧化铝作为高端阻燃材料、电子封装材料及人造大理石填料的核心原料，市场需求持续攀升，在欧美享有“中国白”美誉。目前高白氢氧化铝采用烧结法氧化铝工艺，存在煤炭消耗量大、碳排放偏高的突出问题，在“双碳”目标推进背景下，该工艺已经受环保掣肘。因此，开发低能耗、低排放的替代工艺，成为企业转型升级的迫切需求。

　　拜耳法因工艺流程简单、能耗较低的优势，成为氧化铝生产的主导工艺之一。本研究提出以普通拜耳法氢氧化铝为原料，采用“种分母液重溶拜耳法氢铝制备铝酸钠溶液—除杂精制—种分制备高白氢氧化铝”的耦合工艺，该工艺理论上具备能耗低、碳排放少的特点。但核心技术瓶颈在于，拜耳法氢铝重溶时会带入有机物，导致铝酸钠溶液呈明显黄色，直接种分得到的氢氧化铝白度普遍低于90%，无法满足高白产品标准。因此，铝酸钠溶液脱色净化极为关键，筛选适配性强、脱色效率高且不影响溶液体系及产品质量的脱色剂，是本研究的核心目标。

　　1.2研究内容与技术路线

　　本研究核心内容包括：①明确试验原料基本特性，建立铝酸钠溶液制备标准流程；②系统筛选HL、LD、CL、GL等4种脱色剂，评估其脱色效果及对溶液体系的影响；③优化脱色工艺参数（脱色剂加量、反应温度、反应时间），确定最优脱色条件；④开展循环种分试验，考察晶种类型、循环轮次对产品白度、粒度及杂质含量的影响；⑤分析脱色剂作用机理，验证工艺稳定性及产业化可行性。

　　技术路线：普通拜耳法氢氧化铝+液碱/循环种分母液→加热沸腾制备铝酸钠溶液（苛性比1.4～1.45）→加入稀释后脱色剂进行脱色反应→过滤精制得到脱色铝酸钠溶液→加入晶种进行循环种分→固液分离→滤饼洗涤烘干得到高白氢氧化铝产品；种分母液经蒸发浓缩后回用至氢铝重溶工序，形成闭环工艺。

　　2实验材料与方法

　　2.1实验原料

　　（1）拜耳法氢氧化铝。粒度D50=84.26μm，白度73.6%，SiO2含量0.01%，Fe2O3含量0.008%，Na2O含量0.262%。

　　（2）液碱。NaOH含量32.58%。

　　（3）循环铝酸钠溶液。循环蒸发母液（g/l）（NT=208.12、AO=105、NK=171.5）及普通氢氧化铝重溶拜耳法铝酸钠溶液（g/l）（NT=197.42、AO=213、NK=190）。

　　（4）脱色剂。HL溶液、LD溶液、CL溶液、GL溶液，均为工业级试剂。

　　（5）晶种。高白种分氢铝（白度＞92%，粒度D50=78.8μm）。

　　2.2实验设备

　　实验所用主要设备及详细参数如下。恒温水浴锅（型号HH-S4，控温精度±0.5℃)、可调速搅拌器（型号JJ-1，转速范围0～1000r/min）、数显电炉（型号DL-1，功率1000W）、电子天平（型号FA2004，精度0.1mg）、白度仪（型号WSB-3Y，测量范围0～100%）、激光粒度仪（型号Mastersizer3000，测试范围0.01μm～1000μm）、ICP-OES检测仪（型号iCAP7400）、扫描电子显微镜（SEM，型号FEISirion200）等。

　　2.3实验方法

　　2.3.1铝酸钠溶液制备

　　采用两种制备方式如下。①液碱溶解法。根据目标溶液体积及苛性比1.4～1.45的要求，计算拜耳法氢氧化铝和液碱用量，混合后加热至沸腾，待溶液澄清后过滤，检测成分待用。②种分蒸发母液溶解法。取工业生产用循环蒸发种分母液，检测成分后按苛性比1.4～1.45计算氢氧化铝添加量，混合加热至沸腾，澄清后过滤备用。

　　2.3.2脱色剂筛选与工艺优化

　　脱色剂预处理。固体类脱色剂经去离子水溶解后，采用定性滤纸过滤去除不溶杂质；溶液状脱色剂直接加水稀释，统一控制预处理后浓度为30%～50%。

　　脱色试验操作。取5l待脱色铝酸钠溶液置于恒温搅拌反应槽中，升温至设定温度后，匀速滴加稀释后的脱色剂，持续搅拌反应；初始加量控制为0.05%（基于溶液质量），若溶液颜色改善不显著，可逐步将加量提升1倍～3倍；常规反应温度设定为85℃~95℃,反应时间30min～60min。脱色效果评估采用“直观观察+定量检测”结合方式：直观对比反应前后溶液黄色深浅变化，同步采用ICP-OES检测脱色后溶液中NT、AO、NK等关键成分变化，排查脱色剂对溶液体系的干扰。

　　工艺参数优化试验以GL溶液为核心研究对象，采用单因素变量法设计实验。固定反应时间60min、GL溶液加量0.03%，考察不同脱色温度对脱色效果的影响；固定脱色温度90℃、反应时间60min，考察不同GL溶液加量的作用效果；固定脱色温度90℃、GL溶液加量0.03%，考察不同反应时间下溶液色度的变化规律，最终确定最优工艺参数组合。

　　2.3.3循环种分试验

　　①铝酸钠溶液浓度调控。前8轮循环试验中，脱色后精制铝酸钠溶液AO浓度为150g/l。②晶种体系控制。采用高白种分氢铝（白度92%，粒度D50=78.8μm）作为晶种开展循环试验；控制晶种固含为300g/l。③分解工艺条件。采用梯度降温方式提升分解效率，分解初温控制为70℃~72℃,终温控制为58℃~90℃,梯度降温速率控制为2℃/h～3℃/h。

　　循环操作流程为，每轮分解反应结束后，采用真空抽滤进行固液分离，取25%滤饼经去离子水洗涤（洗涤至滤液pH值为7～8）烘干后，检测白度、粒度等核心指标；剩余75%滤饼作为循环晶种，直接投入下一轮分解反应。种分母液经板式蒸发器蒸发浓缩后，回用至拜耳法氢铝重溶工序，形成“重溶—脱色—种分—母液回用”的闭环工艺体系。累计开展21轮循环分解试验，全程追踪各轮次产品指标及溶液成分变化趋势，验证工艺在连续生产中的稳定性。

　　2.3.4辅助试验

　　为进一步验证工艺可靠性，分别开展以下三类辅助试验。①有机物脱除效能验证。以GL溶液为脱色剂，采用TOC分析仪检测脱色前后溶液中有机碳（TOC）、总碳（TC）含量变化，明确有机杂质脱除效率。②工艺适配性验证。取山东公司拜耳法南线、西线生产铝酸钠溶液，采用最优脱色工艺参数进行GL溶液脱色试验，观察溶液颜色变化，评估工艺适用范围。③间断分解条件验证。设计多组平行试验，考察不同脱色温度、不同GL溶液加量条件下，分解氢铝的白度、粒度及杂质（Na2O、SiO2）含量变化，为工业化参数微调提供依据。

　　2.4检测与表征方法

　　（1）溶液指标检测。NT（总碱）、AO（氧化铝）、NK（苛性碱）含量采用ICP-OES检测仪测定，样品无需额外前处理。

　　（2）产品指标检测。白度采用白度仪测定，平行测定3次取平均值；粒度采用激光粒度仪测定；SiO2、Fe2O3、Na2O含量采用ICP-OES检测仪测定；色度（L、a、b值）采用色度仪（型号CR-400）检测。

　　（3）异常数据处理。试验过程中，对超出正常波动范围的数据，结合平行试验结果进行剔除或修正。

　　3结果与讨论

　　3.1脱色剂筛选结果

　　在固定温度90℃、反应时间2h条件下，系统对比4种脱色剂的脱色效果。

　　第一，将HL溶液加入到重溶拜耳法溶液中后，溶液表面反应剧烈，冒出大量气泡，溶液表面呈沸腾状态，但溶液颜色基本没有变化，继续加大用量溶液颜色也无明显改变，说明脱色剂效果不好，针对性不强。

　　第二，将LD稀释溶液加入到重溶拜耳法循环蒸发母液中后，溶液表面无明显反应现象，将溶液继续慢速搅拌观察溶液变化，反应2h后溶液颜色不仅没有变浅，反而有加深变化，继续加大用量溶液颜色也无明显改变，脱色效果不好。

　　第三，将CL稀释溶液加入到重溶拜耳法循环蒸发母液中后，溶液表面无明显反应现象，将溶液继续慢速搅拌观察溶液变化，随反应时间的延长溶液颜色逐渐变浅至基本无色，说明脱色剂效果好，针对性强。但CL脱色剂会带入杂质元素，会对设备造成不可逆伤害，同时影响产品质量，故尽管该脱色剂脱色效果较好，但因带入的杂质元素对铝酸钠溶液体系及设备有害而无法使用。

　　第四，将GL稀释溶液加入到重溶拜耳法循环蒸发母液中后，溶液表面也无明显反应现象，反应平缓，将溶液继续慢速搅拌观察溶液变化，随反应时间的延长溶液颜色逐渐变浅至基本无色，说明该脱色剂效果好，优选该脱色剂为最佳脱色剂用于后续试验。

　　实验研究表明，GL溶液脱色反应过程温和安全性高，脱色效果最佳，且不会增加溶液元素种类，确定为最优脱色剂。

　　3.2 GL溶液脱色机理与体系影响分析

　　GL溶液脱色机理，通过与铝酸钠溶液中的有色有机盐发生氧化反应，使有色有机物转化为无色物质或固体析出，从而实现溶液脱色。从产业化适配性分析，为避免可溶性产物在溶液中的富集，可通过蒸发析盐等工艺排出溶液体系。经过检测脱色前后溶液，脱色后溶液TOC含量降低由0.87g/l降低至0.36g/l。

　　为考察脱色剂是否适配各种铝酸钠溶液的脱色，取中铝山东有限公司两条生产线拜耳法精液进行脱色试验。加脱色剂脱色后两条线铝酸钠溶液颜色虽均有变浅迹象，但脱色后仍呈较深颜色，无法达到高白氢氧化铝生产的溶液质量要求，表明该工艺仅适用于拜耳法氢铝重溶溶液的脱色处理，对拜耳法铝酸钠溶液脱色仅有轻微效果。

　　3.3脱色工艺参数优化结果

　　为确定合理的脱色剂加量和脱色温度，进行了普通氢氧化铝重溶拜耳法铝酸钠溶液脱色对比试验，铝酸钠溶液AO浓度为215.4g/l，未进行稀释。脱色温度选择室温28℃、60℃、90℃三个温度。脱色剂GL的加量分别为溶液质量的0.01%、0.03%。

　　（1）加量影响。在相同温度下，0.03%加量的脱色速度显著快于0.01%加量，60min内颜色变化更明显；随加量增加，溶液最终颜色更浅，脱色效果更优。

　　（2）温度影响。在60min内，温度越高脱色速度越快（90℃>60℃>28℃)；但在60min后，高温条件下溶液颜色变浅速度放缓；在120min后各温度下溶液颜色基本稳定，无明显变化。

　　（3）综合能耗与脱色效果。建议工业化生产中优先采用“高温+适宜减量”的工艺方案，提高生产效率，具体参数可根据实际溶液颜色调整。

　　3.4循环种分试验结果与分析

　　经过21轮次种分循环试验，循环试验分解的氢铝白度基本在93%～95%之间，未随循环轮次增加、粒度变粗而明显降低。为确定添加脱色剂对分解氢铝产品的微量元素含量是否会有影响，取采用拜耳法氢铝重溶生产的微粉氢铝与循环分解氢铝进行微量元素含量对比，除Si因晶种循环试验采用玻璃容器进行分解，玻璃容器中的硅进入铝酸钠溶液而使分解氢铝硅含量偏高外，其他元素含量没有明显差异，Fe含量＜15ppm，优于高白氢铝。说明脱色剂的加入对分解氢铝质量无明显影响，且氧化反应更利于高价金属离子滤除。

　　4结论

　　第一，通过脱色剂筛选试验，确定GL溶液为拜耳法氢铝重溶铝酸钠溶液的最优脱色剂，其脱色效果显著，可使溶液颜色从淡黄色变为基本无色，且不会增加溶液元素种类，对体系稳定性和产品质量无不良影响；HL、LD溶液脱色效果差，CL溶液脱色效果好但带入有害杂质，均不适合工业化应用。

　　第二，GL溶液脱色工艺参数规律。加量越多，脱色速度越快、效果越好；温度越高，脱色速度越快；建议工业化控制反应温度85℃~95℃、时间30min～60min，加量根据溶液颜色调整（0.05%～0.15%）。

　　第三，拜耳法铝酸钠溶液经GL脱色后仍无法达到高白氢铝生产要求，该脱色工艺仅适用于拜耳法氢铝重溶溶液的处理。

　　第四，循环种分试验表明，经21轮循环可稳定制备出白度92.5%～95.1%、粒度D50=40μm～100μm的高白氢氧化铝产品；产品白度未随循环轮次增加而降低，证明“拜耳法氢铝重溶—脱色—循环种分”工艺可行。

　　第五，该脱色工艺能耗及碳排放远低于传统烧结法和溶液燃烧法，为中铝山东烧结法工艺替代提供了可靠的技术方案，具备显著的经济效益和环境效益。