CN101863500A - 一种含铝冶金物料生产氧化铝的方法 - Google Patents

一种含铝冶金物料生产氧化铝的方法 Download PDF

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Abstract

一种含铝冶金物料生产氧化铝的方法，本发明工艺过程包括含铝冶金物料硫酸分解、硫酸铝溶液净化、碳酸钠盐沉铝、氢氧化铝煅烧、碳酸钠盐再生、硫酸再生等主要工序，氧化铝生产工艺过程使用过的硫酸、碳酸氢钠等化工原料均能再生循环使用，具有氧化铝产品质量好，生产成本低，环境友好等优点。

Description

一种含铝冶金物料生产氧化铝的方法
技术领域
本发明涉及一种含铝冶金物料生产氧化铝的方法。
背景技术
生产氧化铝可采用碱法、酸法、酸碱联合法和热法四种工艺。碱法工艺过程为：含铝冶金物料经碱分解得铝酸钠溶液，铝酸钠溶液分解得氢氧化铝，氢氧化铝煅烧得氧化铝；酸法工艺过程为：用硝酸、硫酸或盐酸分解含铝冶金物料得酸性铝盐溶液，铝盐溶液结晶得水合铝盐晶体或碱中和得氢氧化铝，水合铝盐晶体或氢氧化铝煅烧得氧化铝；酸碱联合法工艺过程为：先用酸法从含铝冶金物料中制取含铁、钛等杂质的氢氧化铝，然后再用碱法处理不纯的氢氧化铝得到合格的氧化铝产品；热法工艺过程为：先用电炉还原高硅高铁含铝冶金物料获得硅铁合金与含氧化铝的炉渣，再用碱法从炉渣中提取氧化铝。但目前用于工业生产的几乎全属于碱法。
含铝冶金物料的种类很多，其中主要有刚玉、铝土矿、蓝晶石、霞石及粉煤灰等，目前工业上用于生产氧化铝的原料主要是铝土矿和粉煤灰。铝土矿的组成复杂，其主要成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3和TiO2。铝土矿按其组成和结构分为三水铝石和一水铝石。三水铝石铁含量较高硅含量低，即铝硅比A/S高适合用碱法。一水铝石铁含量低硅含量高，采用碱法分解矿石中杂质硅大量进入溶液，脱硅任务重，氧化铝生产成本随矿石中铝硅比A/S的降低而升高。随着氧化铝工业的快速发展，优质的三水铝石型的含铝冶金物料越来越少，铝土矿已难以满足碱法氧化铝生产工艺的要求。不仅如此，碱法氧化铝的生产过程产生的赤泥等弃渣还没有找到综合利用的方法，这些已严重威胁厂区周边的生态环境。
粉煤灰是煤燃烧后的固体废弃物，其主要的化学成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、TiO2和C以及其它多种微量元素。粉煤灰中Al2O3的质量分数可达15％～40％，是制备氧化铝的很好资源。粉煤灰虽然可用于生产氧化铝，但现有工艺得到的氧化铝生产成本高，市场竞争能力弱。目前火力发电厂产出的粉煤灰到处都堆积如山，急需寻求低成本、高效率粉煤灰制备氧化铝的综合利用新工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方法，可有效分解含铝冶金物料，并能使工艺过程使用过的硫酸、碳酸氢钠等化工原料再生循环使用的，清洁环保的氧化铝生产方法。
本发明的技术方案包括以下主要步骤：含铝冶金物料硫酸分解得硫酸铝溶液，硫酸铝溶液净化除杂，净化后液碳酸钠盐沉铝得氢氧化铝，氢氧化铝煅烧得氧化铝，碳酸钠盐再生，硫酸再生。
所述的含铝冶金物料硫酸分解是指含铝冶金物料硫酸常压浸出，或含铝冶金物料低温硫酸化焙烧后加水浸出，或含铝冶金物料硫酸压力浸出。
所述的硫酸铝溶液净化是指含铝冶金物料酸分解得到的硫酸铝溶液经冷却结晶后重溶净化，或加氢氧化铝或氢氧化钠或碳酸钠或碳酸氢钠调pH值除杂净化。
所述的碳酸钠盐沉铝是指往硫酸铝净化后液中加碳酸钠或碳酸氢钠中和沉铝，过滤得到氢氧化铝和硫酸钠溶液，沉铝过程产生的CO2用氨水吸收。
所述的氢氧化铝煅烧是指沉铝得到的氢氧化铝高温分解得氧化铝。
所述的碳酸钠盐再生是指在硫酸铝溶液中加入碳酸氢氨或同时通入氨气和CO2结晶析出碳酸氢钠，过滤，碳酸氢钠返回沉铝工序循环使用，或碳酸氢钠热分解得到的碳酸钠返回沉铝工序循环使用。
所述的硫酸再生是指碳酸氢钠再生过程得到的硫酸铵溶液通过膜电解劈裂成硫酸和氨水，硫酸返回含铝冶金物料酸分解工序循环使用，氨水吸收CO2后形成的碳酸氢氨返回碳酸氢钠再生工序循环使用；或先在硫酸铵溶液中先加氧化钙或氢氧化钙产生氨气和石膏，氨气返回碳酸钠盐再生工序循环使用，石膏则加碳高温还原分解得到石灰和SO2，石灰返回硫酸铵分解工序循环使用，SO2在触媒的作用下氧化吸收得到的硫酸返回含铝冶金物料酸分解工序循环使用。
Al2O3+3H2SO4→Al2(SO4)3+H2O
Fe2O3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+H2O
Fe2(SO4)3+6OH-→Fe(OH)3↓+3SO4 2-
Al2(SO4)3+6NaHCO3→2Al(OH)3↓+3Na2SO4+6CO2↑
Al2(SO4)3+3Na2CO3+3H2O→2Al(OH)3↓+3Na2SO4+3CO2↑
2Al(OH)3→Al2O3+3H2O↑
Na2SO4+2NH4HCO3→2NaHCO3↓+(NH4)2SO4
Na2SO4+2NH3+2H2O+2CO2→2NaHCO3↓+(NH4)2SO4
2NaHCO3→Na2CO3+CO2↑+H2O
(NH4)2SO4+CaO+H2O→CaSO4·2H2O↓+2NH3↑
(NH4)2SO4+Ca(OH)2→CaSO4·2H2O↓+2NH3↑
NH3+H2O+CO2→NH4HCO3
CaSO4·2H2O+C→CaO+SO2↑+2H2O↑+CO↑
2CaSO4·2H2O+C→2CaO+2SO2↑+4H2O↑+CO2↑
2SO2+O2→2SO3
SO3+H2O→H2SO4
本发明实施的具体工艺过程为：按含铝冶金物料中Al2O3与H2SO4化学反应计量数的1.0-2.0倍加入硫酸，50-110℃搅拌常压浸出1-8小时，或120-180℃压力浸出0.5-3小时，或200-280℃低温焙烧0.5-2.5小时后50-100℃水浸0.5-1.5小时，过滤得到粗硫酸铝溶液；粗硫酸铝溶液直接加Na2CO3或NaHCO3或NaOH或Al(OH)3调pH值至2.5-3.5，0-100℃搅拌0.5-2.5小时除杂净化得精硫酸铝溶液，或粗硫酸铝溶液先冷却析出硫酸铝晶体，过滤，母液返回含铝冶金物料酸分解工序，硫酸铝晶体加水升温搅拌溶解得精硫酸铝溶液；精硫酸铝溶液加NaHCO3或Na2CO3中和至pH值5.0-8.0，10-120℃搅拌0.5-5.5小时，铝沉淀析出，过滤得氢氧化铝和硫酸钠溶液；过滤得到的氢氧化铝经800-1250℃煅烧1-5小时得氧化铝产品；沉铝产生的硫酸钠溶液按碳酸氢钠形成化学反应计量数1.0-1.5倍加入碳酸氢铵或通入CO2和氨气，0-65℃搅拌0.5-5.5小时，结晶析出碳酸氢钠，过滤得碳酸氢钠和硫酸铵溶液；先在硫酸铵溶液中按石膏形成化学反应计量数的1.0-1.5倍加入石灰，10-100℃搅拌1-3小时赶氨，过滤得到的石膏再按硫酸根还原成SO2化学反应计量数1.0-2.0倍加石墨或焦粉或粉煤或木炭700-1350℃还原1-3小时，生成石灰并放出SO2，SO2在触媒的作用下氧化吸收得到硫酸，或以硫酸铵溶液作阳极液，以0.1-1.0mol/L的硫酸溶液作阴极液，用阴离子膜将阴极液和阳极液隔开45-75℃电解，电流密度为800-1600A/m2，阴极得到氨水，阳极产生硫酸。
本发明与已有的技术相比具有以下优点及效果：
1、本发明提供的氧化铝生产方法，既能处理优质的铝土矿，也能处理杂质含量高铝硅比A/S低的非铝土矿的含铝冶金物料，氧化铝产品质量好，工艺适应性强。
2、氧化铝生产工艺过程使用过的硫酸、碳酸氢钠等化工原料均能再生循环使用，清洁环保，经济高效。
3、含铝冶金物料与硫酸作用属酸碱中和放热反应，分解速度快，分解能耗低，资源利用率高。
4、含铝冶金物料采用酸法分解，硅等酸性杂质留在渣中，不产生赤泥等的有害废渣，环境友好。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步描述，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1
三水铝石1000g按化学反应计量数的1.2倍加入硫酸，液固比L/S 3∶1mL/g，95℃搅拌3小时，过滤；粗硫酸铝溶液搅拌加氢氧化钠调pH至2.6，85℃净化1小时，过滤；精硫酸铝溶液加入碳酸钠中和至pH值5.5，95℃搅拌1小时沉淀析出氢氧化铝，过滤洗涤；氢氧化铝850℃煅烧2小时得纯度99.1％的Al2O3产品；沉铝得到的硫酸钠滤液按碳酸氢钠形成化学反应计量数1.4倍加入碳酸氢铵，55℃搅拌1小时，过滤得碳酸氢钠和硫酸铵溶液；以硫酸铵溶液作阳极液，以0.2mol/L硫酸溶液作阴极液，用阴离子膜将阴极液和阳极液隔开55℃电解，电流密度为1000A/m2，阴极得到氨水，阳极产生硫酸。
实施例2
含Al2O330％的粉煤灰2000g按化学反应计量数的1.4倍加入硫酸拌和，250℃焙烧2小时后；焙砂一分为二，液固比L/S 2∶1mL/g，100℃水浸1小时，过滤；滤液冷却结晶，母液用于下一批焙砂浸出，硫酸铝晶体加水搅拌100℃溶解；硫酸铝重溶液加入实施例1得到的碳酸氢钠中和至pH 6.0，80℃搅拌1.5小时，过滤洗涤得氢氧化铝和硫酸钠溶液；氢氧化铝1000℃煅烧2小时得纯度99.6％的Al2O3产品；硫酸钠滤液按碳酸氢钠形成化学反应计量数1.2倍加入碳酸氢铵，50℃搅拌1小时，过滤得碳酸氢钠和硫酸铵溶液；硫酸铵溶液按形成石膏化学反应计量数的1.1倍加入石灰，90℃搅拌1小时，过滤得石膏；硫酸铵分解产生的氨气与碳酸氢钠沉铝产生的二氧化碳混合水吸收得碳酸氢铵。
实施例3
一水软铝石800g按化学反应计量数的1.1倍加入硫酸拌和，220℃焙烧1小时后；焙砂液固比L/S 4∶1mL/g，90℃水浸1小时，过滤；滤液冷却结晶，母液用于下一批焙砂浸出，硫酸铝晶体加水搅拌95℃溶解；硫酸铝重溶液加入实施例2得到的碳酸氢钠中和至pH 6.2，85℃搅拌1小时，过滤洗涤得氢氧化铝和硫酸钠溶液；氢氧化铝950℃煅烧2小时得纯度99.7％的Al2O3产品；硫酸钠滤液按碳酸氢钠形成化学反应计量数1.2倍加入碳酸氢铵，50℃搅拌1小时，过滤得碳酸氢钠和硫酸铵溶液；硫酸铵溶液按形成石膏化学反应计量数的1.2倍加入石灰，75℃搅拌1.5小时，过滤得石膏。
实施例4
一水硬铝石1000Kg按化学反应计量数的1.1倍加入硫酸，液固比L/S 2.5∶1mL/g，160℃压力浸出2小时，过滤得粗硫酸铝溶液；粗硫酸铝溶液搅拌加氢氧化钠调pH至2.8，95℃净化1小时，过滤得精硫酸铝溶液；精硫酸铝溶液加入碳酸氢钠中和至pH值至6.5，95℃搅拌1小时，过滤洗涤得氢氧化铝和硫酸钠溶液；氢氧化铝1150℃煅烧2小时得纯度99.5％的Al2O3产品；硫酸铝分解产生的二氧化碳用氨水吸收生产碳酸氢铵；硫酸钠滤液按碳酸氢钠形成化学反应计量数1.2倍加入碳酸氢铵，60℃搅拌1小时，过滤得碳酸氢钠和硫酸铵溶液；硫酸铵溶液按石膏形成化学反应计量数的1.1倍加入石灰，80℃搅拌2小时，过滤得石膏；硫酸铵石灰分解产生的氨气用于生产碳酸氢铵；石膏按按硫酸根还原成SO2化学反应计量数1.5倍加石油焦粉950℃还原2小时，得到工业石灰；还原产生的SO2送硫酸车间生产硫酸。

Claims (6)

1.一种含铝冶金物料生产氧化铝的方法，其特征在于包括以下步骤：含铝冶金物料按Al2O3与H2SO4化学反应计量数的1.0-2.0倍加入硫酸分解，分解产生的粗硫酸铝溶液加碱调pH值至2.5-3.5除杂净化，或粗硫酸铝溶液冷却析出硫酸铝晶体重溶净化，净化后的硫酸铝溶液加碳酸钠盐调pH值至5.0-8.0铝沉淀析出，沉淀析出的氢氧化铝经800-1250℃煅烧得氧化铝产品，沉铝产生的硫酸钠溶液加碳酸氢铵回收碳酸钠盐，碳酸钠盐回收过程产生的硫酸铵溶液分解得硫酸，氧化铝生产工艺过程使用过的硫酸、碳酸钠盐经再生后循环使用。
2.根据权利要求1所述的含铝冶金物料生产氧化铝的方法，其特征在于，所述的含铝冶金物料硫酸分解是指含铝冶金物料加入硫酸经50-110℃搅拌常压浸出1-8小时，或120-180℃压力浸出0.5-3小时，或200-280℃低温焙烧0.5-2.5小时后50-100℃水浸0.5-1.5小时。
3.根据权利要求1所述的含铝冶金物料生产氧化铝的方法，其特征在于，粗硫酸铝溶液加碱调pH值所用的碱为Na2CO3或NaHCO3或NaOH或Al(OH)3，除杂净化温度为0-100℃，搅拌0.5-2.5小时。
4.根据权利要求1所述含铝冶金物料生产氧化铝的方法，其特征在于，所述的碳酸钠盐沉铝是指在硫酸铝净化后液中加NaHCO3或Na2CO3调pH值至5.0-8.0，10-120℃搅拌0.5-5.5小时，沉淀析出氢氧化铝。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳酸钠盐回收是指在沉铝过程产生的硫酸钠溶液中按碳酸氢钠形成化学反应计量数1.0-1.5倍加入碳酸氢铵或通入CO2和氨气，0-65℃搅拌0.5-5.5小时，结晶析出，过滤得到的碳酸氢钠返回沉铝工序循环使用，或将过滤得到的碳酸氢钠热解得到的碳酸钠返回沉铝工序循环使用。
6.根据权利要求1所述含铝冶金物料生产氧化铝的的方法，其特征在于，所述的硫酸铵溶液分解是指以硫酸铵溶液作阳极液，以0.1-1.0mol/L硫酸溶液作阴极液，用阴离子膜将阴极液和阳极液隔开，45-75℃电解，电流密度为800-1600A/m2，阴极得到氨水，阳极产生硫酸，或先在硫酸铵溶液中按石膏形成化学反应计量数的1.0-1.5倍加入氧化钙或氢氧化钙，10-100℃搅拌1-3小时赶氨，氨气返回碳酸钠盐回收工序循环使用，过滤得到的石膏再按硫酸根还原成SO2化学反应计量数1.0-2.0倍加石墨或焦粉或粉煤或木炭，700-1350℃还原煅烧1-3小时，生成石灰并放出SO2，SO2在触媒的作用下氧化吸收得到硫酸，石灰返回硫酸铵溶液分解工序循环使用。
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