CN102180495A - 用铝土矿生产氧化铝的方法 - Google Patents
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- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用铝土矿生产氧化铝的方法。该方法主要工艺过程为，将破碎后的铝土矿与NaOH按一定比例混合研磨后，再通过焙烧、循环浸取、沉淀过滤、助剂回收、洗涤与煅烧等步骤，提取到高纯氧化铝。整个生产工艺过程中，使用的助剂原料可回收并实现循环利用。该方法与拜耳法等现有其它各种生产氧化铝的方法相比，具有对铝土矿的氧化铝品位要求低、铝硅比(A/S)要求低、矿物成分类型无限制，以及氧化铝提取率高、能耗低、工艺过程更加简捷、对设备无特殊要求和成本更低等优点，因此容易实现工业化。
Description
技术领域：
本发明属于冶金、化工综合生产技术领域，特别涉及一种利用铝土矿生产氧化铝的方法。
技术背景：
伴随人类社会对铝资源需求的不断增加，已经充分显现出对铝土矿资源，尤其是优质铝土矿资源的严重短缺。目前，我国的铝土矿资源的供需矛盾十分突出，绝大多数矿山不同程度出现了矿石品位严重贫化的局面，且绝大多数主力矿区的高品位或高铝硅比的优质铝土矿甚至濒临枯竭。面对优质铝土矿资源日益匮乏这一现状，现有氧化铝生产技术面临严重挑战，如何利用其他类型的低品位或低铝硅比的铝矿资源和节能新工艺等问题，成为当前氧化铝生产技术领域研究、开发的重要方向。
目前，能够大量生产氧化铝的方法主要包括石灰石烧结法、硫酸铵烧结法、碱石灰烧结法、酸浸法、氟化铵助溶法、微波助溶法、联合法、拜耳法及所谓的非高温法等，并不断有新的专利产生。上述现有各类方法中，除了拜耳法之外，均存在严重缺陷：要么能耗过高，难以获取效益(碱石灰烧结法、石灰烧结法和微波助溶法等工艺)；要么氧化铝浸取率过低，同样难以获取效益(非高温法)；要么排渣量过大，导致过多固体废弃物的排放，严重污染环境，从根本上，仍然难以获取效益；要么工艺流程长而复杂、设备繁多、很多作业过程互相牵制，同时存在高能耗高成本等问题(联合法等)；要么所用助剂对设备腐蚀性太强、且助剂酸回收困难和其对环境易造成污染等一系列致命缺点，严重影响了其产业化的推广(酸浸法、氟化铵助溶法、硫酸铵烧结法等)。
与已有的其他方法相比，拜尔法虽然流程相对简单、投资和能耗相对最低，目前有90％以上的氧化铝是用拜耳法生产的，但该方法的严重缺点是主要适用于高铝硅比的三水铝石型铝土矿的处理。而我国的各类铝土矿资源中，一水硬铝石占到总储量的98％以上，尤其是绝大部分同时具有高SiO2含量的突出特点，对拜尔法使用受到极大限制。
除上之外，最早由法国化学家萨特里在1858年发明的用纯碱与铝土矿原料进行碱熔来提取Al2O3的技术——纯烧碱结法，由于碱熔过程中，SiO2和Al2O3与Na2CO3反应产生大量的不溶解的铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·2SiO2)固体，不仅使得Al2O3提取率大幅度下降、提取的氧化铝品质差，而且大量的原料纯碱Na2CO3变为Na2O·Al2O3·2SiO2固体中的Na2O，不能被释放出来循环利用，从而Al2O3提取成本大幅度升高。
综上所述，目前需要解决的关键问题是如何降低能耗及生产成本、减少废弃物的排放问题。本发明目的就是寻求到一种既能适用于不同原料又能够降低能耗及生产成本、减小废弃物的排放的生产氧化铝的方法。
发明内容：
本发明较目前已有的方法相比，其不同之处在于：本发明通过选择合适的煅烧温度和煅烧时间，使得烧结过程中不产生铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·2SiO2)，从而实现了对硅和铝的选择性活化，即将原料中的铝活化为可溶于水和碱溶液的铝酸钠，而矿石中的硅质成分仍然为不溶于水和碱溶液的物质。这样，既解决了以前的纯烧碱结法中烧结温度高、Al2O3提取率低、以及氧化铝品质差的关键问题，同时又克服了拜耳法对原料中氧化铝品位、铝硅比(A/S)和矿石矿物类型的苛刻要求。同时还实现了烧结温度低、烧结时间短、能有效控制铝和硅的活化比，最终使得生产氧化铝过程中，能耗和生产成本得到有效降低，为本发明的技术推广和实现产业化坚定了坚实的基础。预计本方法的推广，对目前氧化铝生产方法将是一次根本性变革，可有效改善氧化铝资源的匮乏状况。
本发明提供的一种用铝土矿生产氧化铝的方法，目的在于克服已有的氧化铝生产技术方法中存在工艺过程繁杂、设备要求高、生产成本高等缺点。本发明的基本技术途径是：将破碎后的铝土矿与烧碱(NaOH)按一定比例混合研磨后，再经焙烧、循环浸取、沉淀过滤、助剂回收、洗涤与煅烧等步骤，得到高纯氧化铝。整个工艺过程中，所使用的助剂(NaOH)可回收和循环利用。本发明包括下列步骤：
(1)混合研磨：将破碎后的铝土矿与NaOH固体按照质量百分比按1∶0.5-1∶3.0的比例混合并研磨成100目-250目的混合物料；
(2)焙烧活化：将步骤(1)获得的混合物料在520℃-1000℃温度条件下焙烧5分钟-60分钟，得到焙烧熟料；
(3)循环浸取：向步骤(2)获取的焙烧熟料中按一定的固液比条件加入水进行浸取。浸取条件为：固液质量比1∶10-1∶120、浸取温度10℃-100℃、浸取时间5分钟-60分钟。浸取后过滤，分别得到滤渣和滤液。该滤液可被循环用于对步骤(2)所得焙烧熟料的浸取，浸取条件不变。循环浸取后过滤得到滤渣和循环滤液；
(4)沉淀过滤：当步骤(3)中循环滤液中见白色沉淀(Al(OH)3)析出后停止循环浸取，并将循环滤液加热至温度60℃-100℃、保温30分钟-120分钟后进行过滤，分别得到氢氧化铝和循环滤液。所得循环滤液继续被用于步骤(3)的循环浸取，浸取条件不变。
(5)NaOH及水回收：当步骤(4)循环滤液中NaOH过饱和，并有白色半透明结晶析出时，对滤液负压蒸发结晶并烘干，即可回收NaOH，并可直接用于步骤(1)。蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水，并可用于氢氧化铝洗涤或步骤(3)的浸取。
(6)洗涤与煅烧。用步骤(5)回收的蒸馏水洗涤步骤(4)得到的氢氧化铝，获得高纯氢氧化铝，进一步煅烧得到氧化铝产品产品。
本发明既不要求铝土矿中氧化铝的矿物类型，又可以有效降低原料中氧化铝的品位要求和铝硅比(A/S)要求，因此可有效解决高品位或高铝硅比(A/S)铝土矿资源的严重不足问题。此外，整个工艺过程中使用的NaOH助剂和水均可回收并实现循环利用，减少了废弃物的排放量。整个工艺过程中，氧化铝损失率低、能耗低、工艺过程简捷，对设备无特殊要求，因此容易实现工业化。
附图说明：
图1是一种用铝土矿生产氧化铝的方法的工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述∶
图1是本发明的一个实施例，即一种用铝土矿生产氧化铝的工艺流程图。具体包括下列步骤。
(1)将破碎后的铝土矿与NaOH固体按质量百分比1∶0.5-1∶3.0的比例混合并研磨成100目-250目的混合物料；
(2)将步骤(1)获得的混合物料在520℃-1000℃温度条件下焙烧5分钟-60分钟，得到焙烧熟料；
烧结过程中发生的主要化学反应如下：
Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O
(3)向步骤(2)获取的焙烧熟料中加入水进行浸取。浸取条件为：固液质量比1∶10-1∶120、浸取温度10℃-100℃、浸取时间5分钟-60分钟。浸取后过滤，分别得到滤渣和滤液；所得滤液可被循环用于对步骤(2)所得焙烧熟料的浸取，浸取条件不变。循环浸取后过滤得到滤渣和循环滤液；
按照如下公式计算Al2O3浸取率G
G＝(滤液中Al2O3量/铝土矿中所含Al2O3总量)×100％；其中G是Al2O3浸取率；
(4)当步骤(3)中循环滤液中见白色沉淀(Al(OH)3)析出后停止循环浸取，然后将该滤液加热至温度60℃-100℃、保温30分钟-120分钟后进行过滤，分别得到氢氧化铝和循环滤液。循环滤液继续被用于步骤(3)的循环浸取，浸取条件不变。
(5)当步骤(4)循环滤液中NaOH过饱和后，有白色半透明NaOH结晶析出时，对滤液负压蒸发结晶并烘干，即可回收NaOH，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水。回收的NaOH可直接用于步骤(1)。
(6)用步骤(5)回收的蒸馏水洗涤步骤(4)得到的氢氧化铝，获得高纯氢氧化铝，进一步煅烧得到氧化铝产品。
以下是发明人给出的实施例，需要说明的是，这些实施例是一些较优的实例，本发明不限于这些实施例。
实施例1
(1)将破碎后的铝土矿与NaOH固体按1∶0.5的比例混合并研磨成100目的混合物料。
(2)将步骤(1)获得的混合物料在550℃温度条件下焙烧60分钟，得到焙烧熟料。焙烧熟料等分为质量相同的若干等份备用；
(3)在第一份焙烧熟料中加入适量的水，并使固液质量比为1∶10，在10℃温度条件下浸取60分钟。浸取后过滤，分别得到滤渣和滤液。经测定，氧化铝浸取率71％，二氧化硅、氧化铁等其他成分浸取率均为零。
将第2份焙烧熟料置入所得滤液中继续进行浸取，浸取条件不变。浸取后过滤，分别得到滤渣和循环滤液；经测定，氧化铝浸取率73％，二氧化硅、氧化铁等其他成分浸取率均为零。
(4)循环浸取至第8份焙烧熟料之后，循环滤液见Al(OH)3析出，停止循环浸取并加热该滤液至温度60℃保持120分钟，过滤后分别得到氢氧化铝和循环滤液。经分析计算，物料中80％的氧化铝已被提取出来。
(5)将步骤(4)所得的过饱和NaOH循环滤液负压蒸发结晶并烘干，回收到NaOH。NaOH循环滤液蒸发回收过程中，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水。
(6)用步骤(5)回收的蒸馏水洗涤步骤(4)得到的氢氧化铝，获得高纯氢氧化铝，进一步煅烧后得到氧化铝产品。
实施例2：
(1)、将破碎后的铝土矿与NaOH固体按1∶3.0的比例混合并研磨成250目的混合物料。
(2)、将步骤(1)获得的混合物料在1000℃温度条件下焙烧10分钟，得到焙烧熟料。焙烧熟料等分为质量相同的若干等份备用；
(3)、在第一份焙烧熟料中加入适量的水，并使固液质量比为1∶120，在100℃温度条件下浸取5分钟。浸取后过滤，分别得到滤渣和滤液。经测定，氧化铝浸取率75％，二氧化硅、氧化铁等其他成分浸取率均为零。
将第2份焙烧熟料置入所得滤液中继续进行浸取，浸取条件不变。浸取后过滤，分别得到滤渣和循环滤液；经测定，氧化铝浸取率77％，二氧化硅、氧化铁等其他成分浸取率均为零。
(4)循环浸取至第20份焙烧熟料之后，循环滤液见Al(OH)3析出后停止循环浸取，并将循环滤液加热至温度100℃保持30分钟，过滤后分别得到氢氧化铝和循环滤液。所得循环滤液继续被用于步骤(3)的循环浸取，浸取条件不变。经分析计算，物料中约80％的氧化铝已被提取出来。
(5)、将步骤(4)所得的过饱和NaOH循环滤液负压蒸发结晶并烘干，回收到NaOH。NaOH循环滤液蒸发回收过程中，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水。
(6)用步骤(5)回收的蒸馏水洗涤步骤(4)得到的氢氧化铝，获得高纯氢氧化铝，进一步煅烧后得到氧化铝产品。
实施例3：
(1)、将铝土矿破碎后与NaOH固体按1∶2.8的比例混合并研磨成200目的混合物料。
(2)、将步骤(1)获得的混合物料在550℃温度条件下焙烧40分钟，得到焙烧熟料。焙烧熟料等分为质量相同的若干等份备用；
(3)、在第一份焙烧熟料中加入适量的水，并使固液质量比为1∶60，在65℃温度条件下浸取50分钟。浸取后过滤，分别得到滤渣和滤液。经测定，氧化铝浸取率75％，二氧化硅、氧化铁等其他成分浸取率均为零。
将第2份焙烧熟料置入所得滤液中继续进行浸取，浸取条件不变。浸取后过滤，分别得到滤渣和循环滤液；经测定，氧化铝浸取率79％，二氧化硅、氧化铁等其他成分浸取率均为零。
(4)循环浸取至第18份焙烧熟料之后，循环滤液见Al(OH)3析出后停止循环浸取，并将该滤液加热至温度60℃保持70分钟，过滤后分别得到氢氧化铝和循环滤液。经分析计算，物料中约80％的氧化铝已被提取出来。
(5)、将步骤(4)所得的过饱和NaOH循环滤液负压蒸发结晶并烘干，回收到NaOH。NaOH循环滤液蒸发回收过程中，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水。
(6)用步骤(5)回收的蒸馏水洗涤步骤(4)得到的氢氧化铝，获得高纯氢氧化铝，进一步煅烧后得到氧化铝产品。
实施例4：
(1)将破碎后的高岭土与NaOH固体按1∶0.5的比例混合并研磨成100目的混合物料。
(2)将步骤(1)获得的混合物料在550℃温度条件下焙烧60分钟，得到焙烧熟料。焙烧熟料等分为质量相同的若干等份备用；
(3)在第一份焙烧熟料中加入适量的水，并使固液质量比为1∶10，在10℃温度条件下浸取60分钟。浸取后过滤，分别得到滤渣和滤液。经测定，氧化铝浸取率73％，二氧化硅、氧化铁等其他成分浸取率均为零。
将第2份焙烧熟料置入所得滤液中继续进行浸取，浸取条件不变。浸取后过滤，分别得到滤渣和循环滤液；经测定，氧化铝浸取率74％，二氧化硅、氧化铁等其他成分浸取率均为零。
(4)循环浸取至第9份焙烧熟料之后，循环滤液见Al(OH)3析出，停止循环浸取并加热该滤液至温度60℃保持120分钟，过滤后分别得到氢氧化铝和循环滤液。经分析计算，物料中83％的氧化铝已被提取出来。
(5)将步骤(4)所得的过饱和NaOH循环滤液负压蒸发结晶并烘干，回收到NaOH。NaOH循环滤液蒸发回收过程中，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水。
(6)用步骤(5)回收的蒸馏水洗涤步骤(4)得到的氢氧化铝，获得高纯氢氧化铝，进一步煅烧后得到氧化铝产品。
实施例5：
(1)、将破碎后的高岭土与NaOH固体按1∶3.0的比例混合并研磨成250目的混合物料。
(2)、将步骤(1)获得的混合物料在1000℃温度条件下焙烧10分钟，得到焙烧熟料。焙烧熟料等分为质量相同的若干等份备用；
(3)、在第一份焙烧熟料中加入适量的水，并使固液质量比为1∶120，在100℃温度条件下浸取5分钟。浸取后过滤，分别得到滤渣和滤液。经测定，氧化铝浸取率76％，二氧化硅、氧化铁等其他成分浸取率均为零。
将第2份焙烧熟料置入所得滤液中继续进行浸取，浸取条件不变。浸取后过滤，分别得到滤渣和循环滤液；经测定，氧化铝浸取率78％，二氧化硅、氧化铁等其他成分浸取率均为零。
(4)循环浸取至第20份焙烧熟料之后，循环滤液见Al(OH)3析出后停止循环浸取，并将循环滤液加热至温度100℃保持30分钟，过滤后分别得到氢氧化铝和循环滤液。所得循环滤液继续被用于步骤(3)的循环浸取，浸取条件不变。经分析计算，物料中约85％的氧化铝已被提取出来。
(5)、将步骤(4)所得的过饱和NaOH循环滤液负压蒸发结晶并烘干，回收到NaOH。NaOH循环滤液蒸发回收过程中，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水。
(6)用步骤(5)回收的蒸馏水洗涤步骤(4)得到的氢氧化铝，获得高纯氢氧化铝，进一步煅烧后得到氧化铝产品。
实施例6：
(1)、将高岭土破碎后与NaOH固体按1∶2.8的比例混合并研磨成200目的混合物料。
(2)、将步骤(1)获得的混合物料在550℃温度条件下焙烧40分钟，得到焙烧熟料。焙烧熟料等分为质量相同的若干等份备用；
(3)、在第一份焙烧熟料中加入适量的水，并使固液质量比为1∶60，在65℃温度条件下浸取50分钟。浸取后过滤，分别得到滤渣和滤液。经测定，氧化铝浸取率76％，二氧化硅、氧化铁等其他成分浸取率均为零。
将第2份焙烧熟料置入所得滤液中继续进行浸取，浸取条件不变。浸取后过滤，分别得到滤渣和循环滤液；经测定，氧化铝浸取率79％，二氧化硅、氧化铁等其他成分浸取率均为零。
(4)循环浸取至第18份焙烧熟料之后，循环滤液见Al(OH)3析出后停止循环浸取，并将该滤液加热至温度60℃保持70分钟，过滤后分别得到氢氧化铝和循环滤液。经分析计算，物料中约81％的氧化铝已被提取出来。
(5)、将步骤(4)所得的过饱和NaOH循环滤液负压蒸发结晶并烘干，回收到NaOH。NaOH循环滤液蒸发回收过程中，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水。
(6)用步骤(5)回收的蒸馏水洗涤步骤(4)得到的氢氧化铝，获得高纯氢氧化铝，进一步煅烧后得到氧化铝产品。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (7)
1.一种用铝土矿生产氧化铝的方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)混合研磨：将铝土矿与NaOH固体按照质量百分比1∶0.5-1∶3.0的比例混合并研磨成100目-250目的混合物料；
(2)焙烧：将步骤(1)获得的混合物料在520℃-1000℃温度条件下焙烧10分钟-60分钟，得到焙烧熟料；
(3)循环浸取：向步骤(2)获取的焙烧熟料中加入水进行浸取；浸取条件为：固液质量比1∶10-1∶120、浸取温度10℃-100℃、浸取时间5分钟-60分钟；浸取后过滤，分别得到滤渣和滤液；所得滤液被循环用于对步骤(2)所得焙烧熟料的浸取，浸取条件不变；循环浸取后过滤得到滤渣和循环滤液；
(4)沉淀过滤：当步骤(3)中循环滤液中见白色沉淀析出后停止循环浸取，并将循环滤液加热至温度60℃-100℃、保温30分钟-120分钟后进行过滤，分别得到氢氧化铝和循环滤液；所得循环滤液再继续被用于步骤(3)的循环浸取，浸取条件不变；
(5)NaOH及水回收：当步骤(4)循环滤液中NaOH过饱和后，对滤液负压蒸发结晶并烘干，回收NaOH，并直接用于步骤(1)；蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水，并可用于氢氧化铝洗涤或步骤(3)的浸取；
(6)洗涤与煅烧：用步骤(5)回收的蒸馏水洗涤步骤(4)得到的氢氧化铝，获得高纯氢氧化铝，进一步煅烧得到高纯氧化铝产品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的铝土矿包括不同铝硅比的铝土矿、高岭土。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)的混合研磨条件：将破碎后的铝土矿与NaOH按1∶0.5-1∶4的比例混合并研磨至150目-250目。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)的焙烧条件：将步骤(1)获得的混合物料，在520℃-1000℃温度条件下焙烧10分钟-60分钟。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)所述的循环浸取方法及其浸取条件：向步骤(2)获取的焙烧熟料中加入水进行浸取；浸取条件为：固液质量比1∶10-1∶120、浸取温度10℃-100℃、浸取时间5分钟-60分钟；浸取后过滤，分别得到滤渣和滤液；所得滤液可被循环用于对步骤(2)所得焙烧熟料的浸取，浸取条件不变。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)沉淀过滤获取氧化铝的方法与条件：当步骤(3)中循环滤液中见白色沉淀析出后，循环滤液加热至温度60℃-100℃、保温30分钟-120分钟后进行过滤，分别得到氢氧化铝和循环滤液。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)的Na0H及水回收方法：循环滤液中Na0H过饱和后，对滤液负压蒸发结晶并烘干，即可回收NaOH，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水。
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