CN104030331A - 一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，包括如下步骤：1)预脱硅处理；2)一次碱溶出反应；3)二次碱溶出反应；4)偏铝酸钠结晶；5)氢氧化铝的种分分解；6)氧化铝产品。本发明在对高铝粉煤灰实施预脱硅后，氧化铝的溶出过程分两步进行，两次碱溶出分别采用了不同碱浓度，能够有效解决了现有技术中只采用一次碱溶出对温度和碱浓度等反应条件要求高的问题，可以充分溶出高铝粉煤灰中的氧化铝，其溶出率达到92％以上。

Description

一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法

技术领域

本发明涉及一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，属于冶金技术领域。

背景技术

我国是世界最大的氧化铝生产国，目前每年氧化铝产量超过4000万吨。但同时我国铝土矿资源相对匮乏，铝土矿储量仅占世界总储量的7％左右，且多为难处理的一水硬铝石矿，加上近年国外优质品位铝土矿的限购政策，资源问题已经成为我国氧化铝工业可持续发展的瓶颈。

我国内蒙古中西部和山西北部等地区的煤炭发电后产生的高铝粉煤灰储量丰富，仅内蒙准格尔煤田潜在的高铝粉煤灰资源蕴藏量就达150亿吨，相当于我国目前铝土矿保有储量的8倍以上，并且部分高铝粉煤灰中氧化铝含量可达到40％-50％。近几年来，我国各大院校和科研单位积极开展了高铝粉煤灰提取氧化铝新工艺的研究，其主要工艺可分为：预脱硅-碱石灰烧结法、酸法、硫酸铵烧结法、石灰石烧结法等，其中酸法对设备腐蚀严重、产品杂质含量较高等缺点，难以生产冶金级氧化铝实现大规模工业化生产；硫酸铵烧结法存在渣相流量大、氨气回收利用难等缺点，没有应用于产业化生产的实例；石灰石烧结法与碱石灰石烧结法类似，存在渣相流量更大、能耗更高的缺点；预脱硅-碱石灰烧结法是目前唯一能够实现工业化生产的工艺方法，但该工艺却存在工艺流程长、烧结能耗较高的问题。

因此，如何开发一种低尾渣量、能耗低、易于实现工业化生产的方法，实现从高铝粉煤灰生产氧化铝大规模生产，是目前粉煤灰资源化利用中迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，该方法具有生产能耗低、废渣排放量少、能够广泛应用于工业化生产。

本发明提供了一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，该方法包括如下步骤：

1)将高铝粉煤灰进行预脱硅处理，得到脱硅粉煤灰；其中，所述预脱硅处理所使用的碱为质量分数为5-20％的氢氧化钠溶液；

2)将所述脱硅粉煤灰进行一次碱溶出，溶出后的产物经过滤、分离，得到一次溶出渣和一次溶出液；其中，所述一次碱溶出所使用的碱为质量分数为15-25％的氢氧化钠溶液；

3)将所述一次溶出渣进行二次碱溶出，溶出后的产物经过滤、分离，得到二次溶出渣和二次溶出液；其中，所述二次碱溶出所使用的碱为质量分数为25-45％的氢氧化钠溶液；

4)将所述二次溶出液蒸发浓缩后，加入偏铝酸钠晶种进行析晶，析出的晶体经洗涤、过滤，得到偏铝酸钠晶体和析晶母液；

5)将所述偏铝酸钠晶体与所述一次溶出液混合，并加入脱硅剂进行脱硅后过滤，滤液加入氢氧化铝晶种进行种分分解，得到氢氧化铝晶体和种分分解母液；

6)将所述氢氧化铝晶体经洗涤、煅烧后，得到氧化铝产品。

在上述方法中，步骤1)中，所述将高铝粉煤灰进行预脱硅处理，具体为：采用高铝粉煤灰与质量分数为5-20％的氢氧化钠溶液按质量比1:2-5混合进行预脱硅处理。本发明首先对高铝粉煤灰实施预脱硅处理工序，可以有效的将高铝粉煤灰中大部分的玻璃态二氧化硅脱除，较大幅度的提高了高铝粉煤灰的铝硅比(Al/Si)，不仅如此，还大幅度降低了生产过程中废渣的产量，经预脱硅处理后的高铝粉煤灰较易参与后续的氧化铝的溶出反应。

在上述方法中，步骤1)中，预脱硅处理的温度为60-135℃，时间为1-2h。在该反应条件下，在质量分数为5-20％的氢氧化钠溶液中，高铝粉煤灰中玻璃态的二氧化硅被充分脱除。

在上述方法中，步骤2)中，所述将脱硅粉煤灰进行一次碱溶出，具体为：采用脱硅粉煤灰与质量分数为15-25％的氢氧化钠溶液按质量比1:3-6混合进行一次碱溶出。在本发明中，对脱硅粉煤灰的一次碱溶出反应，采用的碱液浓度高于预脱硅处理中使用的碱液浓度，利用该浓度的氢氧化钠，并在一定的配比条件下与脱硅粉煤灰混合，可以达到溶出脱硅粉煤灰中氧化铝的目的，其氧化铝的一次碱溶出的溶出率可达到43％以上。

在上述方法中，步骤2)中，一次碱溶出的温度为160-220℃，时间为1-2h。该反应条件下进行脱硅粉煤灰的一次碱溶出反应，尤其是配合浓度为15-25％氢氧化钠溶液，可以更利于实现脱硅粉煤灰中氧化铝的充分溶出。

在上述方法中，步骤3)中，所述将一次溶出渣进行二次碱溶出，具体为：采用一次溶出渣、生石灰与质量分数为25-45％的氢氧化钠溶液按质量比1:0.1-0.5：6-12混合进行二次碱溶出。相比于一次碱溶出，二次碱溶出利用了较一次碱溶出浓度更高的碱，并配合二次碱溶出的反应条件，实现了对脱硅粉煤灰中氧化铝的充分溶出，其氧化铝的二次碱溶出的溶出率可达到48％以上。

在上述方法中，步骤3)中，二次碱溶出的温度为200-260℃，时间为1-2h。该反应条件，有利于脱硅粉煤灰中的氧化铝溶出。

在上述方法中，步骤4)中，所述偏铝酸钠晶种与所述二次溶出液中的偏铝酸钠的质量比为0.5-2。按该配比在二次溶出液中进行投放晶种，可以使析晶完全。

在上述方法中，步骤4)中，析晶时间为20-60h，并控制析晶过程中体系温度从60-70℃降低至40-50℃。在析晶过程中，控制温度缓慢下降有利于偏铝酸钠晶型的形成，具体地，可以控制每两小时降低1℃的速率进行降温析晶。

在上述方法中，步骤4)中，所述析晶母液经蒸发浓缩后，返回步骤3)中用于二次碱溶出。

在上述方法中，步骤5)中，所述氢氧化铝晶种与所述步骤5)滤液中的氢氧化铝的质量比为0.5-1。按该配比在步骤5)滤液中进行投放氢氧化铝晶种，可以使氢氧化铝析出晶体完全。

在上述方法中，步骤5)中，种分分解的温度为40-65℃，时间为20-30h。

在上述方法中，步骤5)中，所述种分分解母液经蒸发浓缩后，返回步骤2)中用于一次碱溶出。

相比于现有技术，本发明的技术方案具有如下有益效果：

1、本发明在生产氧化铝的过程中，采用对高铝粉煤灰进行预脱硅处理的工序，可以较大幅度的提高高铝粉煤灰的铝硅比，大幅度的降低生产过程中废渣的产量，同时经预脱硅后得到的脱硅粉煤灰较易参与后续的氧化铝溶出反应。

2、本发明在对高铝粉煤灰实施预脱硅后，氧化铝的溶出过程分两步进行，两次碱溶出分别采用了不同碱浓度，能够有效解决了现有技术中只采用一次碱溶出对温度和碱浓度等反应条件要求高的问题，可以充分溶出高铝粉煤灰中的氧化铝，其溶出率达到92％以上。

3、本发明利用高铝粉煤灰生产氧化铝的过程采用全湿法的方式，既避免了烧结法的高能耗、渣量大的弊端，又避免了酸法对设备的高腐蚀性以及酸介质难回收的缺陷，不仅如此，还有效减少了在生产氧化铝过程中碱液的循环量，有效降低了生产成本，有利于工业化生产。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

步骤1、预脱硅处理：

原料为内蒙某火电厂的高铝粉煤灰，其主要化学成分如表1所示：

表1高铝粉煤灰的化学成分

将高铝粉煤灰与质量分数为15％氢氧化钠溶液按质量比1:2混合，置于反应釜内，在110℃下保温1h，冷却至室温后过滤、分离，得到硅酸钠溶液和脱硅粉煤灰；

将脱硅粉煤灰在80℃下浆洗20min，过滤、分离，重复上述浆洗步骤两次，过滤后将脱硅粉煤灰滤饼在105℃下烘干，得到干燥的脱硅粉煤灰；

测得干燥后的脱硅粉煤灰的铝硅比为2.23。

步骤2、一次碱溶出：

将干燥后的脱硅粉煤灰与质量分数为19％的氢氧化钠溶液按质量比1:3混合，置于反应釜内，在200℃下保温2h，冷却至90℃后过滤、分离，得到一次溶出液和一次溶出渣；

经计算可知：氧化铝一次碱溶出的溶出率为43.2％。

步骤3、二次碱溶出：

将一次溶出渣、生石灰与质量分数42％的氢氧化钠溶液按质量比1:0.2:6混合，置于反应釜中，在240℃下保温2h，冷却至90℃后过滤、分离，得到二次溶出液和二次溶出渣；

经计算可知：氧化铝二次碱溶出的溶出率为52.1％。

步骤4、偏铝酸钠结晶

将二次溶出液蒸发浓缩后，加入偏铝酸钠晶种进行析晶。其中，偏铝酸钠晶种与二次溶出液中的偏铝酸钠按质量比为0.5混合析晶。在析晶过程中将温度从60℃逐渐降低至46℃，按照每两小时降低1℃缓慢降温，直至使结晶完全。析出的晶体经洗涤、过滤、分离，得到偏铝酸钠晶体和析晶母液。其产生的析晶母经蒸发浓缩后，可以返回步骤3中用于二次溶出反应。

步骤5、氢氧化铝的种分分解

将步骤4得到的偏铝酸钠晶体与一次溶出液混合，加入脱硅剂-钠硅渣在150-170℃下进行脱硅，其脱硅剂的添加量具体为每升偏铝酸钠溶液中添加5-20g钠硅渣；

脱硅处理后进行过滤、分离，向滤液中添加氢氧化铝晶种(其氢氧化铝晶种与滤液中氢氧化铝的按质量比为0.5混合)，在53℃下种分分解26h后过滤，得到氢氧化铝晶体和种分分解母液。其产生的种分分解母液经蒸发浓缩后，返回步骤2中用于一次溶出反应。

步骤6、生产氧化铝产品

将氢氧化铝晶体在900-1200℃下高温煅烧，即得氧化铝产品。

将氧化铝产品进行成分分析，分析结果如表2所示：

表2氧化铝产品的化学成分

实施例2

步骤1、预脱硅处理：

原料为内蒙某火电厂的高铝粉煤灰，其主要化学成分如表1所示：

表1高铝粉煤灰的化学成分

将高铝粉煤灰与质量分数为13.5％氢氧化钠溶液按质量比1:5混合，置于反应釜内，在97℃下保温2h，冷却至室温后过滤、分离，得到硅酸钠溶液和脱硅粉煤灰；

将脱硅粉煤灰在80℃下浆洗20min，过滤、分离，重复上述浆洗步骤两次，过滤后将脱硅粉煤灰滤饼在105℃下烘干，得到干燥的脱硅粉煤灰；

测得干燥后的脱硅粉煤灰的铝硅比为2.16。

步骤2、一次碱溶出：

将干燥后的脱硅粉煤灰与质量分数为22％的氢氧化钠溶液按质量比1:5混合，置于反应釜内，在200℃下保温2h，冷却至90℃后过滤、分离，得到一次溶出液和一次溶出渣；

经计算可知：氧化铝一次碱溶出的溶出率为47.6％。

步骤3、二次碱溶出：

将一次溶出渣、生石灰与质量分数43.5％的氢氧化钠溶液按质量比1:0.5:10混合，置于反应釜中，在250℃下保温2h，冷却至90℃后过滤、分离，得到二次溶出液和二次溶出渣；

经计算可知：氧化铝二次碱溶出的溶出率为48.3％。

步骤4、偏铝酸钠结晶

将二次溶出液蒸发浓缩后，加入偏铝酸钠晶种进行析晶。其中，偏铝酸钠晶种与二次溶出液中的偏铝酸钠按质量比为1.5混合析晶。在析晶过程中将温度从60℃逐渐降低至46℃，按照每两小时降低1℃缓慢降温，直至使结晶完全。析出的晶体经洗涤、过滤、分离，得到偏铝酸钠晶体和析晶母液。其产生的析晶母经蒸发浓缩后，可以返回步骤3中用于二次溶出反应。

步骤5、氢氧化铝的种分分解

将步骤4得到的偏铝酸钠晶体与一次溶出液混合，加入脱硅剂-钠硅渣在150-170℃下进行脱硅，其脱硅剂的添加量具体为每升偏铝酸钠溶液中添加5-20g钠硅渣；

脱硅处理后进行过滤、分离，向滤液中添加氢氧化铝晶种(其氢氧化铝晶种与滤液中氢氧化铝的按质量比为1混合)，在53℃下种分分解26h后过滤，得到氢氧化铝晶体和种分分解母液。其产生的种分分解母液经蒸发浓缩后，返回步骤2中用于一次溶出反应。

步骤6、生产氧化铝产品

将氢氧化铝晶体在900-1200℃下高温煅烧，即得氧化铝产品。

将氧化铝产品进行成分分析，分析结果如表3所示：

表3氧化铝产品的化学成分

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)将高铝粉煤灰进行预脱硅处理，得到脱硅粉煤灰；其中，所述预脱硅处理所使用的碱为质量分数为5-20％的氢氧化钠溶液；

2)将所述脱硅粉煤灰进行一次碱溶出，溶出后的产物经过滤、分离，得到一次溶出渣和一次溶出液；其中，所述一次碱溶出所使用的碱为质量分数为15-25％的氢氧化钠溶液；

3)将所述一次溶出渣进行二次碱溶出，溶出后的产物经过滤、分离，得到二次溶出渣和二次溶出液；其中，所述二次碱溶出所使用的碱为质量分数为25-45％的氢氧化钠溶液；

4)将所述二次溶出液蒸发浓缩后，加入偏铝酸钠晶种进行析晶，析出的晶体经洗涤、过滤，得到偏铝酸钠晶体和析晶母液；

5)将所述偏铝酸钠晶体与所述一次溶出液混合，并加入脱硅剂进行脱硅后过滤，滤液加入氢氧化铝晶种进行种分分解，得到氢氧化铝晶体和种分分解母液；

6)将所述氢氧化铝晶体经洗涤、煅烧后，得到氧化铝产品。

2.根据权利要求1所述的利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，步骤1)中，所述将高铝粉煤灰进行预脱硅处理，具体为：采用高铝粉煤灰与质量分数为5-20％的氢氧化钠溶液按质量比1:2-5混合进行预脱硅处理。

3.根据权利要求1或2所述的利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，步骤1)中，预脱硅处理的温度为60-135℃，时间为1-2h。

4.根据权利要求1所述的利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，步骤2)中，所述将脱硅粉煤灰进行一次碱溶出，具体为：采用脱硅粉煤灰与质量分数为15-25％的氢氧化钠溶液按质量比1:3-6混合进行一次碱溶出。

5.根据权利要求1或4所述的利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，步骤2)中，一次碱溶出的温度为160-220℃，时间为1-2h。

6.根据权利要求1所述的利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，步骤3)中，所述将一次溶出渣进行二次碱溶出，具体为：采用一次溶出渣、生石灰与质量分数为25-45％的氢氧化钠溶液按质量比1:0.1-0.5：6-12混合进行二次碱溶出。

7.根据权利要求1或6所述的利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，步骤3)中，二次碱溶出的温度为200-260℃，时间为1-2h。

8.根据权利要求1所述的利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，步骤4)中，所述偏铝酸钠晶种与所述二次溶出液中的偏铝酸钠的质量比为0.5-2。

9.根据权利要求1所述的利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，步骤4)中，控制析晶温度从60-70℃降低至40-50℃，析晶时间为20-60h。

10.根据权利要求1所述的利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，步骤4)中，所述析晶母液经蒸发浓缩后，返回步骤3)中用于二次碱溶出。

11.根据权利要求1所述的利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，步骤5)中，所述氢氧化铝晶种与所述步骤5)滤液中的氢氧化铝的质量比为0.5-1。

12.根据权利要求1所述的利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，步骤5)中，种分分解的温度为40-65℃，时间为20-30h。

13.根据权利要求1所述的利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，步骤5)中，所述种分分解母液经蒸发浓缩后，返回步骤2)中用于一次碱溶出。