CN101823742B - 一种铝土矿酸法生产氧化铝的方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝土矿酸法生产氧化铝的方法，按以下步骤进行：(1)选取铝硅比为1.5～5或氧化铁重量含量为10～50％的铝土矿为原料，粉碎后置于密闭容器浸出，浸出时吹入氯化氢气体；(2)在浸出液中加入磷酸三丁酯和磺化煤油进行萃取，萃取后获得萃取相和萃余相；(3)将上述的氯化铝溶液与萃取相分离，然后将氯化铝溶液加热分解，热解温度为400～900℃，热解时间为5～60min，获得氯化铝和氯化氢气体。萃取相经反萃取后获得氯化铁溶液，热解获得氧化铁。本发明实现了低品位矿和高铁铝土矿的有效处理，资源利用率高，实现了铝、铁、硅等有价元素的综合利用；在浸出过程中采用连续喷吹方式加入氯化氢能够加大配矿量提供生产能力。
Description
技术领域
本发明涉及氧化铝的生产方法，特别涉及一种铝土矿酸法生产氧化铝的方法。
技术背景
目前使用铝土矿资源生产氧化铝的企业几乎全部使用了碱法，其中拜耳法是生产氧化铝的最主要方法。但使用拜耳法生产氧化铝对铝土矿的品位要求较高，在矿石品位较低时，会由于矿物中的铝与含硅矿物结合生成水合硅铝酸钠而导致铝元素提取效率低、赤泥量大等问题的出现，以铝硅比为5的铝土矿为例，使用拜耳法生产氧化铝过程中其矿石中氧化铝的理论溶出率仅为80％左右，造成铝收率急剧下降，资源综合利用率低。中国铝业股份有限公司发明的一种一水硬铝石矿的溶出方法(CN101289205A)，但是并不能从根本解决中低品位铝土矿赤泥量大，资源利用率等缺点，而且大量的赤泥无法应用，占用大量的土地，并造成严重的土壤污染。
在我国铝土矿资源中，铁含量较高(＞10％)的矿物总储量超过8亿吨，在使用高铁铝土矿为原料的拜耳法氧化铝生产过程中，矿石中较高的铁含量(氧化铁含量为10％～50％)会导致溶出赤泥量大、赤泥中铁含量过高且分离难度大等问题的出现。而现有的赤泥选铁工艺中，氧化铁提取效率多在20％～30％左右，赤泥中大部分铁元素未得到有效的利用。针对拜耳法的缺点，中国长城铝业公司发明的高铁铝土矿铝铁分离综合利用方法(CN1806930A)，贵阳铝镁设计研究院发明的从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法(CN1766128A)，卢惠民等发明的一种以高铁铝土矿为原料制备得到多种产物的组合生产方法(CN101337683A)，但以上均存在着工艺复杂、有价元素综合利用率低等缺点。
发明内容
针对现有酸法生产氧化铝的技术问题，本发明提供一种铝土矿酸法生产氧化铝的方法，采用铝硅比1.5～5的低品位铝土矿或氧化铁含量为10～50％的高铁铝土矿作为原料，通过盐酸浸出、浸出矿浆固液分离，浸出液萃取分离、氯化铝和氯化铁溶液直接热解得到氧化铝，同时回收其中的铁、硅等有价元素，整个流程中盐酸实现循环利用。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、浸出
采用的铝土矿原料中铝硅比为1.5～5或氧化铁重量含量为10～50％，所述的铝硅比为原料中氧化铝与氧化硅的质量比；将铝土矿原料粉碎至粒径小于150μm，置于密闭容器中用盐酸浸出，浸出时吹入氯化氢气体并加热至温度为80～220℃，浸出时间为60～240min；采用的盐酸重量浓度为5～20％，盐酸与铝土矿的液固比为2～20∶1L/kg；当铝土矿原料为铝硅比为 1.5～5的低品位铝土矿时，氯化氢气体的吹入量为0.6～1.0t/t铝土矿；当铝土矿原料为氧化铁重量含量10～50％的高铁铝土矿时，氯化氢气体的吹入量为0.9～1.3t/t铝土矿；浸出的反应方程式为
Al(OOH)+3HCl＝AlCl3+2H2O
Al(OH)3+3HCl＝AlCl3+3H2O
Fe(OOH)+3HCl＝FeCl3+2H2O
Fe2O3+6HCl＝2FeCl3+3H2O
浸出完成后分离浸出液和浸出渣；得到含铝、铁氯化物的浸出液和含硅浸出渣，其中浸出渣中SiO2的质量含量在85％以上。
2、萃取分离
在浸出液中加入由萃取剂磷酸三丁酯和稀释剂磺化煤油组成的有机相进行萃取，有机相与水相体积比为1～7∶1，有机相中萃取剂的体积百分比为20～50％，萃取温度为25～75℃，萃取时间为0.5～10min；反应方程式为
萃取后获得萃取相和萃余相，氯化铝进入萃余相得到氯化铝溶液，氯化铁进入萃取相。
3、热解
将氯化铝溶液和萃余相分离，将氯化铝溶液加热分解，热解温度为400～900℃，热解时间为5～60min，获得氧化铝和氯化氢气体；反应方程式为
2AlCl3+3H2O＝Al2O3+6HCl
4、在萃取相中用水作为反萃取剂进行反萃取，水与萃取相的体积比为1～1.2∶1，反萃取时间为1～5min，萃取相中的氯化铁铁进入水中形成氯化铁溶液；同时实现了萃取剂的再生循环利用，将氯化铁溶液加热分解，热解温度为400～600℃，热解时间为10～60min，获得氧化铁和氯化氢气体；反应方程式为
2FeCl3+3H2O＝Fe2O3+6HCl
上述步骤3和4中热解过程中产生的氯化氢气体返回到酸浸段循环利用，而浸出渣即SiO2渣直接用来生产水泥或者SiC。
与其它使用低品位铝土矿或高铁铝土矿生产氧化铝的方法相比，本发明具有以下优点：(1)实现了低品位矿和高铁铝土矿的有效处理，资源利用率高，实现了铝、铁、硅等有价元素的综合利用；(2)流程短，操作简单，而且产能高。即为了提高产能可采用连续喷吹方式加入HCl气体，这样可成倍提高矿石处理量；(3)生产过程中酸和循环利用，浸出渣实现了综合利用，属于一种绿色短流程工艺。在浸出过程中采用连续喷吹方式加入氯化氢能够加大 配矿量提供生产能力。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体的实施方式
本发明实施例中采用的低品位铝土矿原料主要成分的重量含量为Al2O3 37.6～49.4％，铝硅比为1.5～5，SiO2 10～25％，Fe2O3＜10％，烧损10～15％，其余是杂质。
本发明实施例中高铁铝土矿主要成分按重量含量为Al2O3 18.4～35.26％，Fe2O310.7～49.2％，SiO28～20％，烧损8～15％，其余是杂质。
本发明实施例中采用的磷酸三丁酯为工业用磷酸三丁酯。
本发明实施例中的磺化煤油为工业煤油与工业浓硫酸按体积比1∶1混合浓硫酸进行磺化制备。
本发明实施例中浸出时铝元素的浸出率为91～97％，铁元素的浸出率为90～98％，浸出渣中氧化硅重量含量大于85％。
本发明采用的密闭容器为工业常用的高压浸出装置。
以下为本发明优选实施例。
实施例1
采用的铝土矿中铝硅比为1.5，将铝土矿破碎细磨至粒径小于150μm后置于密闭容器内用盐酸浸出，在浸出过程中向装置内通入氯化氢气体，氯化氢气体加入量为0.6t/t铝土矿；采用的盐酸重量浓度为5％，盐酸与铝土矿的液固比为20∶1L/kg，浸出时物料的温度为80℃，浸出时间为240min，矿石中铝元素的浸出率为91.58％，铁元素浸出率为95.42％；矿浆经固-液分离得到浸出液和浸出渣，浸出渣中二氧化硅的质量含量为88.13％。
使用磷酸三丁酯作为萃取剂、磺化煤油作为稀释剂对浸出液中的铁和铝元素进行分离，萃取过程中，有机相与水相的体积比为1∶1，有机相中磷酸三丁酯的体积分数为50％，在25℃下萃取5min，萃取后获得萃取相和萃余相，氯化铝进入萃余相得到氯化铝溶液，氯化铁进入萃取相。
萃取相用水反萃，反萃过程中水与萃取相的体积比为1∶1，反萃时间为1min，萃取相中的氯化铁铁进入水中形成氯化铁溶液。
将氯化铝溶液和氯化铁溶液分别进行热解，获得氧化铝和氧化铁产品，同时热解生成氯化氢气体，氯化铝溶液的热解温度为400℃，热解时间为60min，氯化铁溶液的热解温度为400℃，热解时间为60min。
萃取相经过反萃取后重新进入萃取阶段循环利用，热解生成的氯化氢气体返回浸出步骤循环利用。
实施例2
采用的铝土矿中铝硅比为2.5，将铝土矿破碎细磨至粒径小于150μm后置于密闭容器内用盐酸浸出，在浸出过程中向装置内通入氯化氢气体，氯化氢气体加入量为1.0t/t铝土矿；采用的盐酸重量浓度为20％，盐酸与铝土矿的液固比为2∶1L/kg，浸出时物料的温度为110℃，浸出时间为60min。矿石中铝元素的浸出率为93.15％，铁元素浸出率为93.56％；矿浆经固-液分离得到浸出液和浸出渣，浸出渣中二氧化硅的质量含量为90.75％。
使用磷酸三丁酯作为萃取剂、磺化煤油作为稀释剂对浸出液中的铁和铝元素进行分离，有机相与水相的体积比为7∶1，有机相中磷酸三丁酯的体积分数为10％，在75℃下萃取1min，
萃取后获得萃取相和萃余相，氯化铝进入萃余相得到氯化铝溶液，氯化铁进入萃取相。
萃取相用水反萃，反萃过程中水与萃取相的体积比为1.2∶1，反萃时间为1min，萃取相中的氯化铁铁进入水中形成氯化铁溶液。
将氯化铝溶液和氯化铁溶液分别进行热解，获得氧化铝和氧化铁产品，同时热解生成氯化氢气体，氯化铝溶液的热解温度为900℃，热解时间为5min，氯化铁溶液的热解温度为600℃，热解时间为10min。
萃取相经过反萃取后重新进入萃取阶段循环利用，热解生成的氯化氢气体返回浸出步骤循环利用。
实施例3
采用的铝土矿中铝硅比为5，将铝土矿破碎细磨至粒径小于150μm后置于密闭容器内用盐酸浸出，在浸出过程中向装置内连续通入氯化氢气体进行喷吹，氯化氢气体加入量为0.8t/t铝土矿；盐酸初始重量浓度为20％，盐酸与铝土矿的液固比为10∶1L/kg，浸出时物料的温度为170℃，浸出时间为30min。矿石中铝元素的浸出率为93.15％，铁元素浸出率为96.53％；矿浆经固-液分离得到浸出液和浸出渣，浸出渣中二氧化硅的质量含量为92.46％。
使用磷酸三丁酯作为萃取剂、磺化煤油作为稀释剂对浸出液中的铁和铝元素进行分离，有机相与水相的体积比为3∶1，有机相中磷酸三丁酯的体积分数为30％，在50℃下萃取3min，萃取后获得萃取相和萃余相，氯化铝进入萃余相得到氯化铝溶液，氯化铁进入萃取相。
萃取相用水反萃，反萃过程中水与萃取相的体积比为1∶1，反萃时间为5min，萃取相中的氯化铁进入水中形成氯化铁溶液。
将氯化铝溶液和氯化铁溶液分别进行热解，获得氧化铝和氧化铁产品，同时热解生成氯化氢气体，氯化铝溶液的热解温度为700℃，热解时间为15min，氯化铁溶液的热解温度为600℃，热解时间为10min。
萃取相经过反萃取后重新进入萃取阶段循环利用，热解生成的氯化氢气体返回浸出步骤循环利用。
实施例4
采用的铝土矿中氧化铁重量含量为49.2％，将铝土矿破碎细磨至粒径小于150μm后置于密闭容器内用盐酸浸出，在浸出过程中向装置内通入氯化氢气体，氯化氢气体加入量为0.9t/t铝土矿；采用的盐酸重量浓度为10％，盐酸与铝土矿的液固比为20∶1L/kg，浸出时物料的温度为220℃，浸出时间为120min。矿石中铝元素的浸出率为92.03％，铁元素浸出率为93.18％；矿浆经固-液分离得到浸出液和浸出渣，浸出渣中二氧化硅的质量含量为89.93％。
使用磷酸三丁酯作为萃取剂、磺化煤油作为稀释剂对浸出液中的铁和铝元素进行分离，有机相与水相的体积比为2∶1，有机相中磷酸三丁酯的体积分数为20％，在25℃下萃取5min，萃取后获得萃取相和萃余相，氯化铝进入萃余相得到氯化铝溶液，氯化铁进入萃取相。
萃取相用水反萃，反萃过程中水与萃取相的体积比为1.2∶1，反萃时间为5min，萃取相中的氯化铁进入水中形成氯化铁溶液。
将氯化铝溶液和氯化铁溶液分别进行热解，获得氧化铝和氧化铁产品，同时热解生成氯化氢气体，氯化铝溶液的热解温度为900℃，热解时间为10min，氯化铁溶液的热解温度为500℃，热解时间为30min。
萃取相经过反萃取后重新进入萃取阶段循环利用，热解生成的氯化氢气体返回浸出步骤循环利用。
实施例5
采用的铝土矿中氧化铁重量含量为10.7％，将铝土矿破碎细磨至粒径小于150μm后置于密闭容器内用盐酸浸出，在浸出过程中向装置内通入氯化氢气体，氯化氢气体加入量为1.2t/t铝土矿；盐酸初始重量浓度为15％，盐酸与铝土矿的液固比为20∶1L/kg，浸出时物料的温度为160℃，浸出时间为90min。矿石中铝元素的浸出率为91.98％，铁元素浸出率为94.36％；矿浆经固-液分离得到浸出液和浸出渣，浸出渣中二氧化硅的质量含量为89.64％。
使用磷酸三丁酯作为萃取剂、磺化煤油作为稀释剂对浸出液中的铁和铝元素进行分离，有机相与水相的体积比为3∶1，有机相中磷酸三丁酯的体积分数为30％，在25℃下萃取5min，萃取后获得萃取相和萃余相，氯化铝进入萃余相得到氯化铝溶液，氯化铁进入萃取相。
萃取相用水反萃，反萃过程中水与萃取相的体积比为1.2∶1，反萃时间为5min，萃取相中的氯化铁进入水中形成氯化铁溶液。
将氯化铝溶液和氯化铁溶液分别进行热解，获得氧化铝和氧化铁产品，同时热解生成氯化氢气体，氯化铝溶液的热解温度为900℃，热解时间为15min，氯化铁溶液的热解温度为500℃，热解时间为40min
萃取相经过反萃取后重新进入萃取阶段循环利用，热解生成的氯化氢气体返回浸出步骤循环利用。
Claims (1)
1.一种铝土矿酸法生产氧化铝的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)选取铝硅比为1.5～5或氧化铁重量含量为10～50％的铝土矿为原料，粉碎至粒径小于150μm，然后置于密闭容器中用盐酸浸出，浸出时吹入氯化氢气体并加热至温度为80～220℃，浸出时间为60～240min；采用的盐酸重量浓度为5～20％，盐酸与铝土矿的液固比为2～20∶1L/kg；当选取铝硅比为1.5～5的低品位铝土矿为原料时，上述氯化氢气体的吹入量为0.6～1.0t/t铝土矿；当选取氧化铁重量含量10～50％的高铁铝土矿为原料时，上述氯化氢气体的吹入量为0.9～1.3t/t铝土矿；浸出完成后分离浸出液和浸出渣；
(2)在浸出液中加入由萃取剂磷酸三丁酯和稀释剂磺化煤油组成的有机相进行萃取，有机相与水相体积比为1～7∶1，有机相中萃取剂的体积百分比为20～50％，萃取温度为25～75℃，萃取时间为0.5～10min；萃取后获得萃取相和萃余相，氯化铝进入萃余相得到氯化铝溶液，氯化铁进入萃取相；所述的萃取相用水作为反萃取剂进行反萃取，水与萃取相的体积比为1～1.2∶1，反萃取时间为1～5min，萃取相中的氯化铁进入水中形成氯化铁溶液，将氯化铁溶液加热分解，热解温度为400～600℃，热解时间为10～60min，获得氧化铁和氯化氢气体；加热分解产生的氯化氢气体返回到酸浸段循环利用；
(3)将上述的氯化铝溶液与萃取相分离，然后将氯化铝溶液加热分解，热解温度为400～900℃，热解时间为5～60min，获得氧化铝和氯化氢气体；加热分解产生的氯化氢气体返回到酸浸段循环利用。
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