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摘 要：综述了硫酸铝生产技术、除铁技术及节能技术，指出开发新技术、新工艺、新材料，并使其工业化，是硫酸铝行业今后的研究和发展方向。
关键词：硫酸铝 生产技术 除铁 节能
硫酸铝是无机盐基本品种之一，主要用于造纸和净水工业，就其生产规模而言，在我国仅次于芒硝、硅酸钠居于第三位。鉴于硫酸铝生产工艺成熟定型，有关该方面的报道近年来不多，在此仅将硫酸铝的生产方法及最新进展作以简要论述。
一、硫酸铝生产技术
目前工业硫酸铝产品按性状一般分为液体硫酸铝和固体硫酸铝，生产工艺也按此分类。
1.液体硫酸铝的生产工艺简介
液体硫酸铝的生产工艺主要有两种：氢氧化铝法和铝土矿酸浸取法。
氢氧化铝法[1]：氢氧化铝和硫酸在加热条件下反应即得到液体硫酸铝。该方法生产过程简单，不需要高温高压等苛刻条件和沉降、除铁等过程，相对能耗较低，而且生产的液体硫酸铝品质纯净，性能优良。缺点是成本高，价格贵。
铝土矿酸浸取法[2]：铝土矿生产液体硫酸铝的过程相对较复杂，首先需要将铝土矿粉碎到合适的粒度，在压力反应釜中和工业硫酸在加压、加热的条件下，经过几个小时的酸解，使铝土矿中的铝转移到酸解液中，生成硫酸铝溶液，进而生产出硫酸铝产品。铝土矿法生产的硫酸铝产品杂质含量较高，但是原料易得，虽然增加了许多工序，成本仍然较低，因此较便宜。
2..固体硫酸铝的生产工艺简介
2.1 铝矾土硫酸常压浸取 Dorr法（常压反应法）[3]
常压浸取Dorr法硫酸铝生产流程为将铝土矿磨细至80%过200目，送入料仓，将98%的硫酸打入高位槽，二者以化学计量首先连续进入1号反应器。1号反应器，2号反应器，3号反应器串连，内衬铅并用蒸汽加热。在近沸点温度下反应，并以此进入2号反应器，3号反应器，使反应趋于完全。由反应器中出来的混合物送入几个串联逆流操作的增稠器中，除去不溶残渣，同时得到充分洗涤，澄清后的硫酸铝液进出蒸发器进行浓缩，然后冷却结晶。
2.2铝土矿硫酸加压反应法[1]
将铝土矿粉碎至60目，在反应器内与55%～60%的硫酸在加压条件下反应6～8h，粗制反应液经沉降分离、蒸发浓缩、澄清液加酸中和或至微碱性，然后冷却制片状或冷却凝固后进行粉碎、筛分，制得硫酸铝产品。国内目前多采用此法。
2.3 硫酸分解氢氧化铝法[1]
氢氧化铝与硫酸反应，反应液经沉降、浓缩，再冷却固化，经破碎筛分，制得硫酸铝成品。该方法同制备液体硫酸铝一样，由于氢氧化铝的价格较贵，很少采用。
此外还有一些厂家将废物资源综合利用，化废为宝，生产硫酸铝，例如高岭土法[4]，以铝锭下脚料、废硫酸洗液等为原料生产硫酸铝[16]，为硫酸铝生产提供了新的方法，也为研究者提供一种新思路。
二、除铁工艺
1.重结晶法除铁[5]
重结晶法除铁是一个比较好的方法，其基本原理为：在较高温度下，用硫酸酸化含铁（以Fe2O3计）为约0.45%的工业硫酸铝成饱和溶液，其后冷却到一定温度使其结晶，在不分离晶体的情况下再加热到一定温度，此时晶体部分溶解，在此状态下恒温一定时间（称为重结晶时间），目的是使晶体中的杂质充分溶出。然后将含有晶体的溶液再次冷却到过饱和状态，形成重结晶晶种，根据需要重复这一过程数次，便得到含铁小于0.04%的硫酸铝晶体。
2.有机溶剂萃取法[6]
该方法工艺流程，硫酸铝溶液经过H2O2氧化后，加入含20%（质量分数）N1923的260#磺化煤油溶液萃取除铁，该溶剂对铝不萃取，经过四级逆流萃取，所得水相即为几乎不含铁的硫酸铝溶液，经浓缩得到精制硫酸铝。有机相加入稀硫酸即可反萃回收有机溶剂。
3.有机络合沉淀法[7]
该方法原理及工艺流程：将36.3g 40%（质量分数）二氨基化合物加入反应瓶中，再加入15%（质量分数）的KOH溶液86g，冷却至10～20℃，滴加另一化合物24.5g。滴加速度以控制温度不超过20℃为宜（时间大约2 h）。滴加完毕，升温至40～50℃ ，继续反应0.5～1.0 h即可。制得约30%（质量分数）的沉淀剂水溶液，此沉淀剂不必结晶分离，可直接使用。
称取100g制备好的硫酸铝，将其溶于130～150 ml水中，在室温下，加入质量分数为30% 含有机络合沉淀剂4～6g的沉淀剂水溶液，搅拌均匀，即有棕色沉淀析出，过滤除去沉淀，母液真空浓缩、结晶得白色固体Al2（SO4）3，经分析，铁离子质量分数为0.003%～0.007%。
三、节能技术
在硫酸铝生产成本构成中，硫酸和蒸汽占有较大的比例，因此多年来我们的节能主攻目标是降低酸、汽耗。硫酸的消耗基本稳定，已不是节能的方向，但蒸汽方面的节能却大有潜力可挖。下面简要介绍几种蒸汽节能途径[8]。
1.提高蒸汽利用率
生产硫酸铝所用的热源主要为蒸汽，蒸汽的热量由显热和潜热两部分组成，显热即为相态不变而温度降低到临界点所释放的热量，潜热和相态变化相联系，即为饱和蒸汽凝结成相同温度下的饱和水所释放的热量。以压力0.4 MPa的饱和蒸汽为例，总热焓2737 kJ /kg，其中显热为601 kJ /kg，仅占总热熔的22%，潜热为2136 kJ /kg，占总热熔的78%，其它各种压力下的饱和蒸汽中的热熔分配，大致都在这个比例上下浮动，也就是说“潜热”几乎占全部热量的80%。因此合理使用蒸汽较关键，蒸汽的余汽经两次或三次利用直至冷凝成水排出，提高利用率是节汽的直接方法。
2.强制进行固液分离，提高清液浓度
硫酸铝清液在30 Be′，每生产1 t产品可以蒸发出水分360 kg；经过计算每蒸发出1 kg水分需用蒸汽大约1.2 kg左右，即清液浓度如果能提高5 Be′，蒸汽单耗将在原来基础上降低0.43 t，因此提高浓度降低汽耗是既直观又见效快的好办法，浓度提高后，铝液粘度会增大，我们可通过强制分离的办法来达到目的。目前许多新型固液分离设备相继问世，强制对铝液进行固液分离将浓度提高5～10Be′已变成现实。
3.蒸发方式的改进
现浓缩工序多采用单效蒸发，如果改成双效蒸发或采用蒸汽喷射抽负压等新型浓缩设备[9] ，节汽效果将较明显。
四、结论
目前，国内外硫酸铝生产技术比较成熟，消费市场稳定，硫酸铝又是资源能耗高、附加值低的产品，为此，开发硫酸铝生产新技术、新工艺、新设备、新用途等是今后该行业发展的方向。
参考文献
[1]司徒杰生、史荣华等，化工生产流程图解（第三版），上册，化学工业出版社，1997， 242.
[2]何新秀 唐祖光等，含铝矿石生产硫酸铝的工艺[J]，矿物岩石，1966，16（2），96-99.
[3]化工生产流程图解（增订二版），上册，化学工业初版社，236-237
[4]吴高安，贺小平等，高岭土生产硫酸铝的技术经济研究，湖北化工，1995，3，42-43.
[5]贺敬明 白殿涛等，工业硫酸铝重结晶法除铁[J]，山西化工，1989，2，21-24.
[6]沈纬，王英等，硫酸铝生产过程中的萃取法除铁[J]，应用化学，2002，19（5）：465+467.
[7]刘安昌，利用工业废硫酸制备高纯度的无铁硫酸铝[J]，化工生产与技术，2002，9（4）：7-8.
[8]刘菊梅，李爱荣等. 硫酸铝生产节能技术探讨[J]，河南化工，2007. 24（8）44-45.
[9]臧金城，硫酸铝多效蒸发工艺的研究[A]，2004年全国铝盐行业年会论文集，2004.
关键词：硫酸铝 生产技术 除铁 节能
硫酸铝是无机盐基本品种之一，主要用于造纸和净水工业，就其生产规模而言，在我国仅次于芒硝、硅酸钠居于第三位。鉴于硫酸铝生产工艺成熟定型，有关该方面的报道近年来不多，在此仅将硫酸铝的生产方法及最新进展作以简要论述。
一、硫酸铝生产技术
目前工业硫酸铝产品按性状一般分为液体硫酸铝和固体硫酸铝，生产工艺也按此分类。
1.液体硫酸铝的生产工艺简介
液体硫酸铝的生产工艺主要有两种：氢氧化铝法和铝土矿酸浸取法。
氢氧化铝法[1]：氢氧化铝和硫酸在加热条件下反应即得到液体硫酸铝。该方法生产过程简单，不需要高温高压等苛刻条件和沉降、除铁等过程，相对能耗较低，而且生产的液体硫酸铝品质纯净，性能优良。缺点是成本高，价格贵。
铝土矿酸浸取法[2]：铝土矿生产液体硫酸铝的过程相对较复杂，首先需要将铝土矿粉碎到合适的粒度，在压力反应釜中和工业硫酸在加压、加热的条件下，经过几个小时的酸解，使铝土矿中的铝转移到酸解液中，生成硫酸铝溶液，进而生产出硫酸铝产品。铝土矿法生产的硫酸铝产品杂质含量较高，但是原料易得，虽然增加了许多工序，成本仍然较低，因此较便宜。
2..固体硫酸铝的生产工艺简介
2.1 铝矾土硫酸常压浸取 Dorr法（常压反应法）[3]
常压浸取Dorr法硫酸铝生产流程为将铝土矿磨细至80%过200目，送入料仓，将98%的硫酸打入高位槽，二者以化学计量首先连续进入1号反应器。1号反应器，2号反应器，3号反应器串连，内衬铅并用蒸汽加热。在近沸点温度下反应，并以此进入2号反应器，3号反应器，使反应趋于完全。由反应器中出来的混合物送入几个串联逆流操作的增稠器中，除去不溶残渣，同时得到充分洗涤，澄清后的硫酸铝液进出蒸发器进行浓缩，然后冷却结晶。
2.2铝土矿硫酸加压反应法[1]
将铝土矿粉碎至60目，在反应器内与55%～60%的硫酸在加压条件下反应6～8h，粗制反应液经沉降分离、蒸发浓缩、澄清液加酸中和或至微碱性，然后冷却制片状或冷却凝固后进行粉碎、筛分，制得硫酸铝产品。国内目前多采用此法。
2.3 硫酸分解氢氧化铝法[1]
氢氧化铝与硫酸反应，反应液经沉降、浓缩，再冷却固化，经破碎筛分，制得硫酸铝成品。该方法同制备液体硫酸铝一样，由于氢氧化铝的价格较贵，很少采用。
此外还有一些厂家将废物资源综合利用，化废为宝，生产硫酸铝，例如高岭土法[4]，以铝锭下脚料、废硫酸洗液等为原料生产硫酸铝[16]，为硫酸铝生产提供了新的方法，也为研究者提供一种新思路。
二、除铁工艺
1.重结晶法除铁[5]
重结晶法除铁是一个比较好的方法，其基本原理为：在较高温度下，用硫酸酸化含铁（以Fe2O3计）为约0.45%的工业硫酸铝成饱和溶液，其后冷却到一定温度使其结晶，在不分离晶体的情况下再加热到一定温度，此时晶体部分溶解，在此状态下恒温一定时间（称为重结晶时间），目的是使晶体中的杂质充分溶出。然后将含有晶体的溶液再次冷却到过饱和状态，形成重结晶晶种，根据需要重复这一过程数次，便得到含铁小于0.04%的硫酸铝晶体。
2.有机溶剂萃取法[6]
该方法工艺流程，硫酸铝溶液经过H2O2氧化后，加入含20%（质量分数）N1923的260#磺化煤油溶液萃取除铁，该溶剂对铝不萃取，经过四级逆流萃取，所得水相即为几乎不含铁的硫酸铝溶液，经浓缩得到精制硫酸铝。有机相加入稀硫酸即可反萃回收有机溶剂。
3.有机络合沉淀法[7]
该方法原理及工艺流程：将36.3g 40%（质量分数）二氨基化合物加入反应瓶中，再加入15%（质量分数）的KOH溶液86g，冷却至10～20℃，滴加另一化合物24.5g。滴加速度以控制温度不超过20℃为宜（时间大约2 h）。滴加完毕，升温至40～50℃ ，继续反应0.5～1.0 h即可。制得约30%（质量分数）的沉淀剂水溶液，此沉淀剂不必结晶分离，可直接使用。
称取100g制备好的硫酸铝，将其溶于130～150 ml水中，在室温下，加入质量分数为30% 含有机络合沉淀剂4～6g的沉淀剂水溶液，搅拌均匀，即有棕色沉淀析出，过滤除去沉淀，母液真空浓缩、结晶得白色固体Al2（SO4）3，经分析，铁离子质量分数为0.003%～0.007%。
三、节能技术
在硫酸铝生产成本构成中，硫酸和蒸汽占有较大的比例，因此多年来我们的节能主攻目标是降低酸、汽耗。硫酸的消耗基本稳定，已不是节能的方向，但蒸汽方面的节能却大有潜力可挖。下面简要介绍几种蒸汽节能途径[8]。
1.提高蒸汽利用率
生产硫酸铝所用的热源主要为蒸汽，蒸汽的热量由显热和潜热两部分组成，显热即为相态不变而温度降低到临界点所释放的热量，潜热和相态变化相联系，即为饱和蒸汽凝结成相同温度下的饱和水所释放的热量。以压力0.4 MPa的饱和蒸汽为例，总热焓2737 kJ /kg，其中显热为601 kJ /kg，仅占总热熔的22%，潜热为2136 kJ /kg，占总热熔的78%，其它各种压力下的饱和蒸汽中的热熔分配，大致都在这个比例上下浮动，也就是说“潜热”几乎占全部热量的80%。因此合理使用蒸汽较关键，蒸汽的余汽经两次或三次利用直至冷凝成水排出，提高利用率是节汽的直接方法。
2.强制进行固液分离，提高清液浓度
硫酸铝清液在30 Be′，每生产1 t产品可以蒸发出水分360 kg；经过计算每蒸发出1 kg水分需用蒸汽大约1.2 kg左右，即清液浓度如果能提高5 Be′，蒸汽单耗将在原来基础上降低0.43 t，因此提高浓度降低汽耗是既直观又见效快的好办法，浓度提高后，铝液粘度会增大，我们可通过强制分离的办法来达到目的。目前许多新型固液分离设备相继问世，强制对铝液进行固液分离将浓度提高5～10Be′已变成现实。
3.蒸发方式的改进
现浓缩工序多采用单效蒸发，如果改成双效蒸发或采用蒸汽喷射抽负压等新型浓缩设备[9] ，节汽效果将较明显。
四、结论
目前，国内外硫酸铝生产技术比较成熟，消费市场稳定，硫酸铝又是资源能耗高、附加值低的产品，为此，开发硫酸铝生产新技术、新工艺、新设备、新用途等是今后该行业发展的方向。
参考文献
[1]司徒杰生、史荣华等，化工生产流程图解（第三版），上册，化学工业出版社，1997， 242.
[2]何新秀 唐祖光等，含铝矿石生产硫酸铝的工艺[J]，矿物岩石，1966，16（2），96-99.
[3]化工生产流程图解（增订二版），上册，化学工业初版社，236-237
[4]吴高安，贺小平等，高岭土生产硫酸铝的技术经济研究，湖北化工，1995，3，42-43.
[5]贺敬明 白殿涛等，工业硫酸铝重结晶法除铁[J]，山西化工，1989，2，21-24.
[6]沈纬，王英等，硫酸铝生产过程中的萃取法除铁[J]，应用化学，2002，19（5）：465+467.
[7]刘安昌，利用工业废硫酸制备高纯度的无铁硫酸铝[J]，化工生产与技术，2002，9（4）：7-8.
[8]刘菊梅，李爱荣等. 硫酸铝生产节能技术探讨[J]，河南化工，2007. 24（8）44-45.
[9]臧金城，硫酸铝多效蒸发工艺的研究[A]，2004年全国铝盐行业年会论文集，2004.