國內(nei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)鋁(lv)(lv)工(gong)(gong)(gong)藝有(you)(you)二(er)種(zhong)(zhong)。一種(zhong)(zhong)為常壓(ya)工(gong)(gong)(gong)藝生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)鋁(lv)(lv)，另一種(zhong)(zhong)為中(zhong)(zhong)壓(ya)工(gong)(gong)(gong)藝生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)鋁(lv)(lv)。常壓(ya)工(gong)(gong)(gong)藝生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)鋁(lv)(lv)能耗(hao)大(da)，廢氣排放(fang)量(liang)大(da)，環保問(wen)題突出(chu)。中(zhong)(zhong)壓(ya)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)藝能耗(hao)低(di)，廢氣排放(fang)量(liang)少(shao)，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)清潔環保，符合國家低(di)碳環保發(fa)展方向(xiang)。中(zhong)(zhong)壓(ya)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)鋁(lv)(lv)技術(shu)比較(jiao)成(cheng)熟，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)藝完全(quan)能夠滿足(zu)催(cui)化劑生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)需求。但國內(nei)中(zhong)(zhong)壓(ya)工(gong)(gong)(gong)藝生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)鋁(lv)(lv)工(gong)(gong)(gong)藝使用(yong)(yong)設備搪瓷釜(fu)(fu)、碳鋼(gang)(gang)襯鉛(qian)(qian)(qian)(qian)貼耐(nai)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)瓷磚釜(fu)(fu)、碳鋼(gang)(gang)襯鉛(qian)(qian)(qian)(qian)貼石(shi)墨(mo)(mo)板釜(fu)(fu)在(zai)工(gong)(gong)(gong)業生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)中(zhong)(zhong)有(you)(you)明顯的(de)缺陷(xian)，這些反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)釜(fu)(fu)在(zai)工(gong)(gong)(gong)業生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)中(zhong)(zhong)也有(you)(you)著明顯的(de)缺陷(xian)。搪瓷釜(fu)(fu)在(zai)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)鋁(lv)(lv)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)過程急劇的(de)熱脹冷縮(suo)下容(rong)(rong)易炸裂(lie)而脫(tuo)瓷，使用(yong)(yong)壽命大(da)約半年(nian)左右；碳鋼(gang)(gang)襯鉛(qian)(qian)(qian)(qian)貼耐(nai)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)瓷磚釜(fu)(fu)，由于鉛(qian)(qian)(qian)(qian)在(zai)高溫下產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)鉛(qian)(qian)(qian)(qian)蒸(zheng)汽，影(ying)響(xiang)人體健康，達不到環保要求；碳鋼(gang)(gang)襯鉛(qian)(qian)(qian)(qian)貼石(shi)墨(mo)(mo)板釜(fu)(fu)在(zai)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)鍋反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)過程急劇的(de)熱脹冷縮(suo)下，石(shi)墨(mo)(mo)板容(rong)(rong)易脫(tuo)層，使用(yong)(yong)‘年(nian)左右石(shi)墨(mo)(mo)板需要重新(xin)襯，而且反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)釜(fu)(fu)襯鉛(qian)(qian)(qian)(qian)，高溫下產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)鉛(qian)(qian)(qian)(qian)蒸(zheng)汽，影(ying)響(xiang)人體健康。這些反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)釜(fu)(fu)均不適合硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)鋁(lv)(lv)溶(rong)液的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)。鋯(gao)(gao)和鋯(gao)(gao)復合板制(zhi)成(cheng)的(de)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)釜(fu)(fu)進行反(fan)(fan)(fan)(fan)復的(de)論證，發(fa)現鋯(gao)(gao)復合板制(zhi)成(cheng)的(de)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)釜(fu)(fu)在(zai)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)鋁(lv)(lv)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)中(zhong)(zhong)可行。2012年(nian)寶(bao)雞(ji)寶(bao)冶鈦鎳制(zhi)造有(you)(you)限責任(ren)公司制(zhi)成(cheng)一臺(tai)鋯(gao)(gao)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)釜(fu)(fu)在(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)領域硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)鋁(lv)(lv)裝置(zhi)中(zhong)(zhong)運用(yong)(yong)，取得了較(jiao)好的(de)效果。

1鋯板反應釜的研發

1.1鋯金屬掛片(pian)試驗

在調研考察中發現，金屬鋯能耐濃度低于70%的硫酸。生產無鐵硫酸鋁制備硫酸鋁時，硫酸反應濃度均在50%以下，因此選用鋯材質可達到生產工藝要求。為了進一步確定鋯板用作硫酸鋁反應釜防腐材料的可行性，我們就純鋯板和純鋯板內包碳鋼板三種材料進行了硫酸鋁反應釜內掛片實驗，結果見表1。

從反應釜內掛片實驗(yan)看到：純(chun)(chun)鋯(gao)板(ban)和鋯(gao)板(ban)內包(bao)碳(tan)鋼(gang)(gang)板(ban)的(de)耐腐蝕(shi)性能力(li)強。其(qi)中(zhong)以鋯(gao)材料(liao)在硫酸鋁制備中(zhong)耐腐蝕(shi)性更好。陜西省寶雞市力(li)興鈦業公(gong)司、湖南博云新(xin)材有(you)限(xian)公(gong)司、青島中(zhong)捷鈦金制品廠提供純(chun)(chun)鋯(gao)板(ban)和鋯(gao)板(ban)內包(bao)碳(tan)鋼(gang)(gang)板(ban)能夠滿(man)足耐強腐蝕(shi)的(de)技術要求。

1.2鋯(gao)及鋯(gao)復(fu)合板(ban)反(fan)應釜(fu)的可行性

1.2.1鋯金屬相關背景

隨著現(xian)代(dai)化工(gong)工(gong)業發展，需要應對(dui)的(de)介(jie)質環(huan)境越來越苛刻，不銹鋼與鐵、鎳合(he)金難于(yu)勝(sheng)任，而采(cai)用鋯用作(zuo)結構(gou)材料(liao)，盡管用其制作(zuo)設(she)(she)備(bei)(bei)一次性投(tou)資(zi)很高，但從使(shi)用壽命、單元(yuan)設(she)(she)備(bei)(bei)產量的(de)增加、設(she)(she)備(bei)(bei)維修(xiu)費用以及對(dui)工(gong)藝介(jie)質無污染等(deng)綜(zong)合(he)因(yin)素去考(kao)慮(lv)，用鋯作(zuo)為(wei)化工(gong)設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)結構(gou)材料(liao)是經(jing)濟可靠的(de)，越來越受到人們的(de)青睞。

市(shi)場(chang)上的(de)(de)鋯(gao)(gao)(gao)材(cai)分(fen)為(wei)兩類：反應堆級(ji)(ji)和(he)化工(gong)級(ji)(ji)，所謂的(de)(de)反應堆級(ji)(ji)為(wei)無(wu)鉿(jia)(jia)的(de)(de)鋯(gao)(gao)(gao)合金，因為(wei)鉿(jia)(jia)的(de)(de)存在會(hui)影響(xiang)中(zhong)子(zi)輻射(she)，如2rcaloy-2，2rcaloy-4與(yu)(yu)2r-2.5Nb。化工(gong)用(yong)工(gong)業純鋯(gao)(gao)(gao)含鉿(jia)(jia)約小于(yu)(yu)4.5%，并不影響(xiang)鋯(gao)(gao)(gao)的(de)(de)耐(nai)腐蝕性與(yu)(yu)力學性能(neng)。由于(yu)(yu)鋯(gao)(gao)(gao)礦中(zhong)共存鉿(jia)(jia)，提煉時鉿(jia)(jia)難以分(fen)離(li)，無(wu)鉿(jia)(jia)鋯(gao)(gao)(gao)較昂貴，化工(gong)級(ji)(ji)鋯(gao)(gao)(gao)（含鉿(jia)(jia)）較便宜。純鋯(gao)(gao)(gao)比(bi)重～6.49g/cm3，熔點～1850℃，線膨脹系(xi)數遠遠低于(yu)(yu)鋼，鋯(gao)(gao)(gao)材(cai)與(yu)(yu)鋼不能(neng)熔化焊接，對溶液(ye)中(zhong)含Cl-、Fe3+離(li)子(zi)耐(nai)受程度較低。

1.2.2鋯鋼復合(he)的(de)層次問題(ti)

迄今(jin)為止，我(wo)國(guo)尚無(wu)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)和鋯(gao)(gao)(gao)(gao)合(he)金設(she)備(bei)的(de)(de)(de)(de)設(she)計(ji)標準(zhun)，并(bing)且缺(que)少壓(ya)(ya)力(li)容(rong)器(qi)(qi)用鋯(gao)(gao)(gao)(gao)材(cai)(cai)標準(zhun)，主要參(can)照ASME規范，同(tong)時(shi)又遵守《壓(ya)(ya)力(li)安全技術監(jian)察規程》的(de)(de)(de)(de)有關規定。通(tong)常用于制(zhi)造壓(ya)(ya)力(li)容(rong)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)材(cai)(cai)牌號為ZrR60702，采(cai)用純鋯(gao)(gao)(gao)(gao)制(zhi)造壓(ya)(ya)力(li)容(rong)器(qi)(qi)一(yi)(yi)般(ban)只(zhi)適(shi)應低壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)(de)小容(rong)器(qi)(qi)。因鋯(gao)(gao)(gao)(gao)材(cai)(cai)與鋼(gang)(gang)(gang)不能(neng)進行熔化(hua)焊(han)接(jie)，應用爆炸成型技術，加(jia)工(gong)成鋯(gao)(gao)(gao)(gao)／鋼(gang)(gang)(gang)復合(he)板用作(zuo)(zuo)容(rong)器(qi)(qi)主體(ti)材(cai)(cai)料(liao)，既耐腐(fu)(fu)蝕(shi)，成本也較低。比較通(tong)用的(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)法(fa)是(shi)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)、鈦、鋼(gang)(gang)(gang)三(san)層復合(he)，采(cai)用鈦作(zuo)(zuo)過(guo)渡層剪切強度(du)均值均很過(guo)280MPa，復合(he)板界面結合(he)率(lv)均可達(da)到A級要求，因此，采(cai)用鋯(gao)(gao)(gao)(gao)、鈦、鋼(gang)(gang)(gang)三(san)層復合(he)是(shi)生產優(you)質復合(he)板的(de)(de)(de)(de)優(you)選。鋯(gao)(gao)(gao)(gao)材(cai)(cai)有核級及化(hua)工(gong)級，因耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)相同(tong)而(er)化(hua)工(gong)級要便宜一(yi)(yi)些，制(zhi)作(zuo)(zuo)容(rong)器(qi)(qi)一(yi)(yi)般(ban)選用化(hua)工(gong)級，從我(wo)們前期采(cai)用寶雞(ji)力(li)興等廠(chang)家提(ti)供的(de)(de)(de)(de)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)板作(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)(de)掛片(pian)實驗情況(kuang)(kuang)來(lai)看(kan)，腐(fu)(fu)蝕(shi)率(lv)是(shi)非常低的(de)(de)(de)(de)（不大于0.10mm/a，折(zhe)算(suan)成硫酸鋁生產實際使用工(gong)況(kuang)(kuang)），設(she)計(ji)時(shi)如選用2.5mm厚鋯(gao)(gao)(gao)(gao)板，設(she)計(ji)壽命十(shi)年無(wu)問(wen)題。因此，單純就(jiu)防腐(fu)(fu)性(xing)(xing)能(neng)來(lai)說，國(guo)產力(li)興等廠(chang)家提(ti)供的(de)(de)(de)(de)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)板是(shi)勝任的(de)(de)(de)(de)。

2硫(liu)酸(suan)鋁帶壓反(fan)應(ying)釜的制作(zuo)

15m3硫酸制備釜由陜西省寶雞市寶雞寶冶鈦鎳制造有限責任公司制造。具體參數如下：

3反應釜工業試驗

2012年3月，鋯材反應釜投入試運行。其工藝流程為：打開硫酸鋁反應釜的排氣閥和加料口，在常壓下向反應釜先‘次性加入按投料配比計量的化學水，開攪拌，再‘次性加入按投料配比計量的氫氧化鋁粉，然后，封閉投料口，再加入按投料配比通過從計量罐計量的濃硫酸，并控制加酸時間，然后關閉硫酸鋁制備釜的排氣口閥門繼續進行密閉帶壓反應100min，反應完后，通化學水冷卻，然后加‘定量的水將濃度稀釋到90～100gAl203/1后，繼續冷卻至100℃以下，將較終反應完后的硫酸鋁放入到硫酸鋁溢流罐中。該反應進行了5次，產品質量和收率均滿足生產要求，反應時無需加熱，反應時壓力在0.2～0.3MPa，溫度在120～140℃，完全能滿足硫酸鋁生產需要。

4結論

以(yi)帶壓法制備硫(liu)酸鋁，其特(te)點是：

(1)密閉環境(jing)下利用(yong)反應(ying)自身產生的(de)熱能完成反應(ying)，可(ke)制備出合格的(de)硫酸鋁溶液，較常壓法能耗低，且廢氣排放量少；

(2)該工藝采用了(le)一種新型材質——鋯復合材料制造(zao)的反(fan)(fan)應釜，耐(nai)腐(fu)蝕能力強(qiang)，且(qie)該反(fan)(fan)應釜為國內臺大容積(ji)壓力反(fan)(fan)應釜，系國內首創。