CN103738989A

CN103738989A - 一种中低品位铝土矿生产氧化铝的方法

Info

Publication number: CN103738989A
Application number: CN201310687295.XA
Authority: CN
Inventors: 郭昭华; 池君洲; 王永旺; 董宏; 陈东; 刘大锐; 王珍; 胡红霞; 范培育
Original assignee: China Shenhua Energy Co Ltd
Current assignee: China Shenhua Energy Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: CN103738989B

Abstract

本发明涉及一种中低品位铝土矿生产氧化铝的方法，包括步骤：铝土矿预处理、酸溶、铝盐结晶、晶体洗涤和焙烧等。本发明的方法具有工艺流程短、工艺技术条件宽泛、能耗低、易于实现产业化、降低生产成本等优势。

Description

一种中低品位铝土矿生产氧化铝的方法

技术领域

本发明属于冶金、化工领域，涉及一种中低品位铝土矿生产氧化铝的方法。

背景技术

目前，世界上90%的氧化铝工业都是以铝土矿为原料进行生产的。不同性质和质量的矿石，其生产工艺不同。国外大多为三水铝石型矿石，铝硅比较高，主要采用拜耳法生产氧化铝；我国铝矿石主要为一水硬铝石型矿石，铝硅比较低，工业生产主要采用烧结法和联合法。

专利申请文件CN102180495A公开了一种用烧结法从铝土矿生产氧化铝的方法，将破碎后的铝土矿与氢氧化钠按一定比例混合研磨，再通过焙烧、浸取、沉淀过滤、助剂回收、洗涤和煅烧等工艺生产氧化铝。

专利申请文件CN101113001A公开了一种采用拜耳法处理中低品位铝土矿生产氧化铝的方法，在拜耳法工艺过程中，加入脱铝渣代替石灰作为添加剂进行溶出，再经洗涤、过滤、种分等工艺生产氧化铝。

相比较而言，烧结法、联合法及其改良法存在以下缺点：首先，生产过程的能耗较高，单位产品的综合能耗高达38GJ以上，是拜耳法能耗的2～4倍；其次，工艺流程复杂，建设投资费用较大。对于大中型氧化铝工程，混联法单位产品的建设投资费用比拜耳法高20%以上。

而拜耳法不能经济地处理中低品位的铝土矿，其根本原因是：铝土矿中的含硅矿物在氧化铝的溶出过程中，与溶液中的铝酸钠反应生成水合铝硅酸钠进入赤泥。铝土矿中每1Kg可反应的二氧化硅就会有1Kg的氧化铝和0.608Kg的碱进行反应而损失掉。随着铝土矿铝硅比的降低，铝矿中可提取氧化铝的比例减小，碱的损失则大幅度增加。《氧化铝厂工艺设计规范》规定，在现有建设条件下，采用拜耳法生产氧化铝的矿石铝硅比宜大于8。

因此，研究新型、经济的中低品位铝土矿生产氧化铝方法，已经成为保证我国氧化铝产业可持续发展的一个关键课题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种中低品位铝土矿生产氧化铝的方法。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

中低品位铝土矿生产氧化铝的方法包括以下步骤：

a、铝土矿预处理：将中低品位铝土矿粉碎成小于120目的细粉，加水配成固含为20～40%的料浆，过滤得滤饼；

b、酸溶：向滤饼中加入酸进行酸溶反应，得到粗的铝盐溶液，其中，滤饼与酸溶液的质量比为1:2～5，优选为1:2～3；酸溶液质量分数为10～30%，优选为15～25%；反应温度为100～200℃，优选120～150℃；反应时间1～4h，优选2～4h；反应压力为0.1～2.5MPa，优选为0.3～1.0MPa；

c、铝盐结晶：采用真空结晶工艺结晶，使铝盐溶液在真空状态下低温蒸发浓缩产生铝盐晶体，并分离铝盐晶体；

优选地，所述结晶过程分为进料期、晶核生成期和结晶期三个阶段，进料期真空度为6～12kPa，优选为8～10kPa，进料时间15～30min，优选为20～25min，优选地，该阶段中，铝盐溶液温度可降至40℃以下；晶核生成期真空度为3～5kPa，优选为4kPa，时间为10～35min，优选为25～30min，优选地，该阶段中，铝盐溶液温度可降至30℃以下，铝盐溶液浓度为40～60wt.%；结晶期真空度为1.5～2.5kPa，优选为1.8～2.2kPa，时间35～50min，优选为40～45min；

优选地，将获得的铝盐晶体加水配制成铝盐溶液，重复上述结晶、分离晶体过程；优选地，重复结晶1～3次；

d、晶体洗涤：洗涤晶体表面吸附的杂质，如铁、钾、钠、钙、镁等离子；洗涤时间为2～10s，优选为3～5s；优选地，采用喷淋方式对晶体进行快速洗涤；

e、焙烧：将铝盐晶体分段焙烧得到氧化铝和酸性烟气，低温焙烧温度为200～500℃，优选300～400℃；低温焙烧时间为30～50分钟，优选为35～45分钟；高温焙烧温度为750～1200℃，优选900～1150℃；高温焙烧时间为70～90分钟，优选为75～85分钟。

优选地，步骤b的酸是盐酸、硫酸或硝酸。

优选地，步骤b的酸溶反应在常压下进行，反应温度为80～110℃，优选100～110℃；反应时间1～4h，优选2～4h。

优选地，为了促进氯化铝结晶更彻底，可以将步骤e中得到的酸性烟气通入步骤c中，烟气中的酸性气体与铝盐溶液中的Al离子摩尔比为1:4～1:6。所述酸性气体如HCl、SO₂、SO₃、NO和/或NO₂等。

优选地，可以将c步骤重复1～3次，将分离晶体后的溶液返回铝盐溶液中继续浓缩结晶，以得到纯净的铝盐晶体。

优选地，将步骤e产生的酸性烟气回收后用于步骤b中，不但节约成本，而且环保。

优选地，步骤c分离结晶后产生的溶液含有较高的铁离子，可以经高温蒸发水解，制备铁产品。

在本发明中，中低品位铝土矿是指铝硅比（A/S）为3～7的铝土矿。

本领域技术人员已知，上述各优选技术特征可以以任何方式组合，所得到的完整实施方案和技术效果都是本领域技术人员可以预见的。

本发明的方法与目前应用较多的“碱法”工艺相比，具有如下优点：

（1）工艺流程短，工艺技术条件宽泛，能耗低，易于实现产业化。由于采用低温低压直接酸溶的方法提取其中的氧化铝，避免了“碱法”系统中需要在高温煅烧（使用碳酸钠的煅烧温度为850℃左右，石灰石煅烧的温度在1400℃左右）才能将氧化铝活化、溶出这一缺点，易于实现产业化。

（2）由于主要原料酸，如盐酸可实现完全循环使用，损耗低，避免了“碱法”工艺过程中致命的“碱耗高”的问题，从而使生产成本大幅降低。

（3）投资成本降低。该发明工艺技术条件宽泛，低温低压，故其生产设备大多可在常规化工设备基础上进行相应的改造，无特殊专用设备，使得投资成本降低。

该工艺制备的氧化铝指标满足国家规定标准，其中主要杂质指标Fe₂O₃平均含量低于0.02%，氯含量低于0.02%，Al₂O₃平均含量达98.60%。

附图说明

图1为本发明的中低品位铝土矿生产氧化铝的流程图。

具体实施方式

现结合图1和以下具体实施方式和实施例说明本发明的方法，但本发明内容不限于此。

下面实施例中的原料采用某地的中低品位铝土矿，其化学成分见表1。

表1：铝土矿化学组成（wt.%）

序号	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	A/S
									1	13.7	9.7	58.56	0.31	0.21	2.25	0.04	4

实施例1

首先，将500g中低品位铝土矿粉碎成小于120目的细粉，加水配成固含为20%的料浆，过滤得滤饼；向滤饼中加入盐酸进行酸溶反应，滤饼与盐酸溶液的质量比为1:3，盐酸溶液质量分数20%，反应温度为100℃，反应时间2h，反应压力为0.5MPa，渣浆过滤，得到氯化铝溶液。

将氯化铝溶液在真空状态下低温蒸发浓缩产生六水合氯化铝晶体。通过调节真空度、时间控制结晶过程。进料期真空度为8kPa，进料时间25min，此时氯化铝溶液温度为38℃；晶核生成期真空度为3kPa，时间为25min，此时氯化铝溶液温度为28℃，氯化铝溶液浓度为52wt.%；结晶期真空度为2.0kPa，时间45min。结晶过程中，为了促进氯化铝结晶更彻底，将焙烧过程中得到的部分氯化氢烟气通入结晶器中，烟气中的HCl与氯化铝溶液中的AlCl₃摩尔比为1:4。

将得到的六水合氯化铝晶体过滤，晶体采用喷淋方式洗涤4s，将分离的氯化铝晶体分段煅烧，低温煅烧温度为350℃，低温煅烧35分钟，高温煅烧温度1000℃，高温煅烧85分钟，得到氧化铝。煅烧后的烟气输入至酸溶步骤中以回收利用。

将过滤六水合氯化铝晶体后得到的滤液加热水解、干燥得到氧化铁产品，水解过程中产生的酸液返回酸溶系统。

对制备的氧化铝进行分析，组分含量分析结果如下：

序号	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	灼减量
									1	0.08	0.55	98.00	0.095	0.067	0.11	0.03	0.868

从实验结果可以看出，采用1次结晶，得到的氧化铝产品纯度低于国家标准。所以在以后的试验中采用2次结晶的方式，以提高产品纯度。

实施例2

如图1所示的流程，首先，将500g中低品位铝土矿粉碎成小于120目的细粉，加水配成固含为40%的料浆，过滤得滤饼；向滤饼中加入盐酸进行酸溶反应，滤饼与盐酸溶液的质量比为1:2，盐酸溶液质量分数20%，反应温度为100℃，反应时间2h，反应压力为0.5MPa，渣浆过滤，得到氯化铝溶液。

将氯化铝溶液在真空状态下低温蒸发浓缩产生六水合氯化铝晶体。通过调节真空度、时间控制结晶过程。进料期真空度为8.8kPa，进料时间20min，此时氯化铝溶液温度为39℃；晶核生成期真空度为3kPa，时间为35min，此时氯化铝溶液温度为28℃，氯化铝溶液浓度为55wt.%；结晶期真空度为2.2kPa，时间50min。将得到的六水合氯化铝晶体过滤，加水配成氯化铝浓度为40wt.%的溶液，再次进行真空结晶。结晶过程中，为了促进氯化铝结晶更彻底，将焙烧过程中得到的部分氯化氢烟气通入结晶器中，烟气中的HCl与氯化铝溶液中的AlCl₃摩尔比为1:5。

将得到的纯净六水合氯化铝晶体过滤，晶体采用喷淋方式洗涤4s。将分离的氯化铝晶体分段煅烧，低温煅烧温度为350℃，低温煅烧35分钟，高温煅烧温度1000℃，高温煅烧85分钟，得到氧化铝。煅烧后的烟气输入至酸溶步骤中以回收利用。将过滤后得到的滤液加热水解、干燥得到氧化铁产品，水解过程中产生的酸液返回酸溶系统。

对所得到的氧化铝产物进行分析，组分含量结果如下：

序号	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	灼减量
									1	0.01	0.02	98.77	0.017	0.035	0.07	0.04	1.045

实施例3

如图1所示的流程，首先，将500g中低品位铝土矿粉碎成小于120目的细粉，加水配成固含为30%的料浆，过滤得滤饼；向滤饼中加入盐酸进行酸溶反应，滤饼与盐酸溶液的质量比为1:3，盐酸溶液质量分数为20%，反应温度为100℃，反应时间2h，反应压力为0.8MPa，渣浆过滤，得到氯化铝溶液。

将氯化铝溶液在真空状态下低温蒸发浓缩产生六水合氯化铝晶体。通过调节真空度、时间控制结晶过程。进料期真空度为7kPa，进料时间20min，此时氯化铝溶液温度为37.8℃；晶核生成期真空度为3kPa，时间为35min，此时氯化铝溶液温度为28℃，氯化铝溶液浓度为57wt.%；结晶期真空度为1.8kPa，时间为35min。将得到的六水合氯化铝晶体过滤，加水配成氯化铝浓度为40wt.%的溶液，再次进行真空结晶。结晶过程中，为了促进氯化铝结晶更彻底，将后续焙烧过程中得到的部分氯化氢烟气通入结晶器中，烟气中的HCl与氯化铝溶液中的AlCl₃摩尔比为1:6。将得到的纯净六水合氯化铝晶体过滤，晶体采用喷淋方式洗涤3s。将分离的氯化铝晶体分段煅烧，低温煅烧温度为350℃，低温煅烧时间为45分钟，高温煅烧温度为1000℃，高温煅烧时间为75分钟，得到氧化铝。煅烧后的烟气返回至酸溶步骤以回收利用。将过滤氯化铝后得到的滤液加热水解、干燥得到氧化铁产品，水解过程中产生的酸液返回酸溶系统。

对所得到的氧化铝产物进行分析，组分含量结果如下：

序号	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	灼减量
									1	0.01	0.01	98.73	0.014	0.027	0.05	0.04	1.119

可见，本发明的方法能够从中低品位铝土矿中有效回收氧化铝，工艺流程短，易实施。

Claims

1.一种中低品位铝土矿生产氧化铝的方法，包括步骤：

b、酸溶：向滤饼中加入酸溶液进行酸溶反应，得到粗的铝盐溶液，其中，滤饼与酸溶液的质量比为1:2～5，优选为1:2～3；酸溶液质量分数为10～30%，优选为15～25%；反应温度为100～200℃，优选120～150℃；反应时间1～4h，优选2～4h；反应压力为0.1～2.5MPa，优选为0.3～1.0MPa；

c、铝盐结晶：使铝盐溶液在真空状态下低温蒸发浓缩产生铝盐晶体，并分离铝盐晶体；优选地，将获得的铝盐晶体加水配制成铝盐溶液，重复结晶；优选地，重复结晶1～3次；

d、晶体洗涤：洗涤晶体表面吸附的杂质，洗涤时间为2～10s，优选为3～5s；优选地，所述杂质为铁、钾、钠、钙、镁离子；优选地，采用喷淋方式对晶体进行快速洗涤；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中的酸是盐酸、硫酸或硝酸。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b的酸溶反应在常压下进行，反应温度为80～110℃，优选100～110℃；反应时间为1～4h，优选2～4h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中，所述结晶过程分为进料期、晶核生成期和结晶期，其中，进料期真空度为6～12kPa，优选为8～10kPa，进料时间15～30min，优选为20～25min，优选地，该阶段中，铝盐溶液温度可降至40℃以下；晶核生成期真空度为3～5kPa，优选为4kPa，时间为10～35min，优选为25～30min，优选地，该阶段中，铝盐溶液温度可降至30℃以下，铝盐溶液浓度为40～60wt.%；结晶期真空度为1.5～2.5kPa，优选为1.8～2.2kPa，时间为35～50min，优选为40～45min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将步骤e中得到的酸性烟气通入步骤c中，烟气中的酸性气体与铝盐溶液中的Al离子摩尔比为1:4～1:6；优选地，所述酸性气体为HCl、SO₂、SO₃、NO和/或NO₂。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将步骤c重复1～3次，分离晶体后的溶液返回铝盐溶液中继续浓缩结晶。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将步骤e中产生的酸性烟气返回至b步骤。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中低品位铝土矿是指铝硅比为3～7的铝土矿。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中，反应后过滤的滤液用于下一步结晶，过滤的滤饼洗涤后用于生产建筑材料或添加剂。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中，将分离晶体后产生的溶液高温蒸发水解，制备铁产品。