CN102936024B - 冶金氧化铝的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于氧化铝生产领域，具体涉及一种冶金氧化铝的制备方法。冶金氧化铝的制备方法，具体制备步骤为：a)在铝熔渣中添加碱性物质于1000-1250℃下焙烧改性；b)将焙烧改性的铝熔渣通过拜耳法制得冶金氧化铝；其中，铝熔渣与碱性物质的重量比为100：5～50；所述铝熔渣为采用熔融还原法制取硅钛铁合金过程中产生的尾渣。本发明利用熔融还原法制取硅钛铁合金中产生的铝熔废渣来生产冶金氧化铝，所得产品符合GB/T4294 2010的国家标准，且铝熔渣提取氧化铝后的残渣赤泥可用于生产水泥产品，不再产生尾渣，可以实现铝熔渣无害化处理，具有良好的环保效应。另外，该渣产生的过程中具有大量余热，因而有效的利用该渣可节约电耗，具有一定的经济效益。

Description

冶金氧化铝的制备方法
技术领域
本发明属于氧化铝生产领域，具体涉及一种冶金氧化铝的制备方法。
背景技术
从现有的用途来看，大体可以把氧化铝分为两大类：一类是用作电解铝生产的冶金氧化铝，占氧化铝产量的大多数；另一类为非冶金氧化铝，包括非冶金用的氢氧化铝和氧化铝，也称之为多品种氧化铝或特种氧化铝，因其作用不同而与冶金氧化铝有较大的区别，主要表现在纯度、化学成分、形貌、形态等方面。
目前世界上每年约生产7000万吨氧化铝，各氧化铝厂几乎全采用铝土矿为原料。我国是世界上最大的氧化铝生产国，2008年的氧化铝产量大约为2100万吨，约占世界总产量的30%。但我国铝土矿资源相对贫乏，铝土矿的储量仅占世界总储量的6%左右，矿石品位较低，矿石类型主要以难处理的一水硬铝石为主，处理工艺复杂，能耗较高，生产成本也较高，由于我国铝土矿资源的不足，2008年我国进口铝土矿矿石约2500万吨，占国内铝土矿使用量的50%。矿石资源的不足严重影响了我国氧化铝工业的发展，寻找新的氧化铝工业原料，研究生产氧化铝的新的工艺技术成为我国铝工业发展的当务之急。
另外，我国攀枝花地区采用熔融还原法制取硅钛铁合金的冶炼过程中，除获得相应目标合金外，还会产生大量的尾渣，从资源综合利用的角度出发，利于废弃物进行氧化铝生产对环境保护具有重大意义。
发明内容
本发明提供一种冶金氧化铝的制备方法，该方法以熔融还原法制取硅钛铁合金中产生的铝熔渣为原料，且所得产品符合GB/T4294_2010的国家标准。
本发明的技术方案为：
本发明提供了一种冶金氧化铝的制备方法，具体步骤为：
a)在铝熔渣中添加碱性物质于1000-1250℃下焙烧改性；
b)将焙烧改性的铝熔渣通过拜耳法制得冶金氧化铝；
其中，铝熔渣与碱性物质重量比为100：5～50；所述铝熔渣为采用熔融还原法制取硅钛铁合金过程中产生的渣。
优选的，上述铝熔渣的成分满足：Al2O3 50～60wt%，CaO 15～30wt%，SiO2 1～7wt%，MgO 3～10wt%，TiO2含量低于3wt%。
优选的，所述碱性物质为碳酸钠、氢氧化钠、石灰石或活性石灰。
优选的，所述步骤a中在铝熔渣中添加碱性物质于1000-1250℃下焙烧改性0.5-1小时。
优选的，所述步骤a中铝熔渣焙烧改性后铝熔渣的铝硅比为25以上。
优选的，所述步骤a中的焙烧改性利用熔融还原法制取硅钛铁合金中产生铝熔渣的过程中的热量。
优选的，所述焙烧改性在化渣炉中进行。
所述化渣炉为等离子炉、直流电弧炉、交流电弧炉或电阻炉。
优选的，所述b步骤中拜耳法制备冶金氧化铝过程中，焙烧改性后的铝熔渣通过碱溶液碱溶得铝酸钠溶液；其中，碱溶液的浓度为200~230g/L，碱溶液与铝熔渣的液固比为0.9-1.2，碱溶时间为1h-3h，碱溶温度为200-300℃。
本发明还提供了熔融还原法制取硅钛铁合金中产生的铝熔渣在制备冶金氧化铝中的用途。
本发明的有益效果：
本发明利用熔融还原法制取硅钛铁合金中产生的铝熔废渣来生产冶金氧化铝，所得产品符合GB/T4294_2010的国家标准，且铝熔渣提取氧化铝后的残渣赤泥可用于生产水泥产品，不再产生尾渣，可以实现铝熔渣综合资源化和无害化处理，具有良好的环保效应，符合国家循环经济的产业政策。另外，该渣产生的过程中具有大量余热，因而有效的利用该渣节约电耗，具有一定的经济效益。
具体实施方式
本发明提供了一种冶金氧化铝的制备方法，具体步骤为：
a)在铝熔渣中添加碱性物质于1000-1250℃下焙烧改性；
b)将焙烧改性的铝熔渣通过拜耳法制得冶金氧化铝；
其中，铝熔渣与碱性物质重量比为100：5～50；所述铝熔渣为采用熔融还原法制取硅钛铁合金的冶炼过程中产生的尾渣，其主要物相为铝酸钙和镁铝尖晶石。
优选的，上述铝熔渣的成分满足：Al2O3 50～60wt%，CaO 15～30wt%，SiO2 1～7wt%，MgO 3～10wt%，TiO2含量低于3wt%。
优选的，所述碱性物质为碳酸钠、氢氧化钠、石灰石或活性石灰；活性石灰也叫生石灰，主要成分为CaO，由石灰石(CaCO3)煅烧成的。
优选的，所述步骤a铝熔渣焙烧改性后铝硅比达25以上；按拜耳法工艺要求，铝硅比越高越有利于铝的溶出。
本发明将铝熔渣通过焙烧改性，使铝熔渣中的氧化铝活度提高，再使用拜耳法制得的氧化铝的溶出率可达85%以上；若铝熔渣不经过焙烧改性，将其直接使用拜耳法生产氧化铝时氧化铝的溶出率不到60%。
优选的，所述步骤a中的焙烧改性利用熔融还原法制取硅钛铁合金中产生铝熔渣过程中的热量；因为铝熔渣本身温度较高，利用其自身的温度直接进行焙烧改性可有效的降低焙烧过程中的能源消耗，同时降低其生产成本。
本发明也可将熔融还原法制取硅钛铁合金中产生的铝熔渣冷却后，在化渣炉中进行焙烧改性；所述化渣炉为等离子炉、直流电弧炉、交流电弧炉或电阻炉。
优选的，所述b步骤中拜耳法制备冶金氧化铝过程中，焙烧改性后的铝熔渣通过碱溶液碱溶得铝酸钠溶液；其中，碱溶液的浓度为200~230g/L，碱溶液与铝熔渣的液固比为0.9-1.2，碱溶时间为1h-3h，碱溶温度为200-300℃；其中，碱溶液为氢氧化钠或碳酸钠溶液，碱溶指焙烧改性后的铝熔渣与碱溶液混合搅拌。
本发明冶金氧化铝的制备方法为：在铝熔渣中添加碱性物质于1000-1250℃下焙烧改性；改性后的铝熔渣通过碱溶液碱溶得铝酸钠溶液；铝酸钠溶液与残渣分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种，经过搅拌，铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净，并在950～1200℃温度下煅烧，便得氧化铝成品；其中，碱溶液为氢氧化钠或碳酸钠溶液，碱溶指焙烧改性后的铝熔渣与碱溶液混合搅拌。
本发明方法中析出氢氧化铝后的溶液称为母液，蒸发浓缩后可循环使用；另外，提取氧化铝的残渣可用于生产水泥产品。该提取氧化铝后的残渣其主要物相为镁铝尖晶石，将其用作水泥掺合料可提高其耐火性能、结合性能及抗渣性能等。
拜耳法是指用苛性钠溶液加温溶出铝土矿(本发明中是焙烧改性后的铝熔渣)中的氧化铝，得到铝酸钠溶液；铝酸钠溶液与残渣（赤泥）分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种，经长时间搅拌，铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净，并在950～1200℃温度下煅烧，便得氧化铝成品。
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
熔融还原法制取硅钛铁合金过程中，从冶炼炉出来的铝熔渣的温度为1754℃，以该铝熔渣为原料(其主要成分为：Al2O3 55%、CaO 26%、MgO 8.7%，SiO2 5.6%、TiO2 1.8%)，向其中添加占铝熔渣5～20wt%的碳酸钠，在等离子炉(炉内温度保持在1200℃)中焙烧0.5小时；
向焙烧改性后的铝熔渣中加入200g/L浓度的碳酸钠溶液并在220℃条件下碱溶2小时，得铝酸钠溶液；铝酸钠溶液与残渣分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种，经长时间(12小时)搅拌，铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净，并在950～1200℃温度下煅烧，便得冶金级氧化铝；所得氧化铝符合GB/T4294_2010的国家标准。
实施例2
熔融还原法制取硅钛铁合金过程中，从冶炼炉出来的铝熔渣的温度为1654℃，以该铝熔渣为原料(其主要成分为：Al2O3 56%、CaO 27%、MgO 8.5%，SiO2 5.5%、TiO2 1.2%)，向其中添加10～30wt%的氢氧化钠，在电阻炉(炉内温度保持在1200℃)中焙烧1小时；
向焙烧改性后的铝熔渣中加入200g/L浓度的碳酸钠溶液并在260℃条件下碱溶2.5小时，得铝酸钠溶液；铝酸钠溶液与残渣分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种，经长时间(12小时)搅拌，铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净，并在950～1200℃温度下煅烧，便得冶金级氧化铝(即采用拜耳法制得氧化铝)；所得氧化铝符合GB/T4294_2010的国家标准。
实施例3：
熔融还原法制取硅钛铁合金过程中，从冶炼炉出来的铝熔渣的温度为1704℃，以该铝熔渣为原料(其主要成分为：Al2O3 58%、CaO 24%、MgO 6.7%，SiO2 4.6%、TiO2 2.2%)，向其中添加20～50wt%的碳酸钠，在等离子炉(炉内温度保持在1200℃)中焙烧0.6小时；
向焙烧改性后的铝熔渣中加入200g/L浓度的碳酸钠溶液并在300℃条件下碱溶3小时，得铝酸钠溶液；铝酸钠溶液与残渣分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种，经长时间(12小时)搅拌，铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净，并在950～1200℃温度下煅烧，便得冶金级氧化铝(即采用拜耳法制得氧化铝)；所得氧化铝符合GB/T4294_2010的国家标准。
实施例4：
熔融还原法制取硅钛铁合金过程中，从冶炼炉出来的铝熔渣的温度为1688℃，以该铝熔渣为原料(其主要成分为：Al2O3 56.8%、CaO 29%、MgO 8.5%，SiO2 5.5%、TiO2 1.3%)，向其中添加30～50wt%的氢氧化钠，在电阻炉(炉内温度保持在1200℃)中焙烧1小时；
向焙烧改性后的铝熔渣中加入200g/L浓度的碳酸钠溶液并在280℃条件下碱溶2小时，得铝酸钠溶液；铝酸钠溶液与残渣分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种，经长时间(12小时)搅拌，铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净，并在950～1200℃温度下煅烧，便得冶金级氧化铝(即采用拜耳法制得氧化铝)；所得氧化铝符合GB/T4294_2010的国家标准。

Claims (5)

1.冶金氧化铝的制备方法，其特征在于，制备步骤为：
a) 在铝熔渣中添加碱性物质于1000-1250℃下焙烧改性0.5-1小时；所述碱性物质为碳酸钠、氢氧化钠、石灰石或活性石灰；
b) 将焙烧改性的铝熔渣通过拜耳法制得冶金氧化铝；拜耳法制备冶金氧化铝过程中，焙烧改性后的铝熔渣通过碱溶液碱溶得铝酸钠溶液；其中，碱溶液的浓度为200~230g/L，碱溶液与铝熔渣的液固比为0.9-1.2，碱溶时间为1h-3h，碱溶温度为200-300℃；
其中，铝熔渣与碱性物质的重量比为100：5～50；所述铝熔渣为采用熔融还原法制取硅钛铁合金过程中产生的尾渣；所述铝熔渣的成分满足：Al2O3 50～60wt%，CaO 15～30 wt%，SiO2 1～7wt%，MgO 3～10 wt%，TiO2 含量低于3 wt%。
2.根据权利要求1所述的冶金氧化铝的制备方法，其特征在于，所述步骤a） 中铝熔渣焙烧改性后铝熔渣的铝硅比为25 以上。
3.根据权利要求1 所述的冶金氧化铝的制备方法，其特征在于，所述步骤a） 中的焙烧改性利用熔融还原法制取硅钛铁合金过程中产生的尾渣的热量。
4.根据权利要求1 所述的冶金氧化铝的制备方法，其特征在于，所述焙烧改性在化渣炉中进行。
5.根据权利要求4 所述的冶金氧化铝的制备方法，其特征在于，所述化渣炉为等离子炉、直流电弧炉、交流电弧炉或电阻炉。
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