CN104507868B - 生产氧化铝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金，具体而言涉及生产氧化铝的酸性方法，并可用于处理含铝原材料(包括那些低级含铝原材料)。所述生产氧化铝的方法包括：用盐酸处理含铝原材料；从上层氯化物溶液中分离六水合氯化铝晶体；并且将所述晶体在两个阶段中热分解以生产氧化铝。为了在实现高工艺产率的同时提高氧化铝的品质和降低能耗，在热分解的阶段II期间连续引入水蒸汽，其中引入的水蒸汽总质量与生产的氧化铝质量的比等于0.2～5.7。

Description

生产氧化铝的方法
本发明涉及冶金，具体而言涉及生产氧化铝并可用于处理低级含铝原材料的酸性方法。
已知一种通过如下方式生产氧化铝的盐酸方法：酸处理预先燃烧的原材料，通过来自六水合氯化铝(AlCl3·6H2O)澄清溶液的氯化氢进行盐析，并且其随后在水蒸汽存在下(H2O:Al2O3比在(5.8～7.2):1的区间内)以110～140℃的温度热分解为氧化物(SU，原创作者证书1258815号，C01F 7/22，1986年9月23日出版)。这种方法能够以低温进行分解并且回收主要处于γ改型中且具有低残留氯含量(0.0025％～0.0030％)的氧化铝。出于再生约20％氯化氢浓度的盐酸(其返回酸处理过程)的相关目的选择运行参数。
所述方法的缺陷包括持续时间长、产率低以及用于将蒸汽加热至所需温度的热消耗显著，因为必须在整个工艺期间供应所述蒸汽。此外，提供用于酸处理原材料的20％盐酸浓度不是最佳的，并且用更浓的酸获得将铝转移至溶液的最佳结果。
与所要求保护的方法最接近的是一种氧化铝生产方法，所述方法使通过将含铝原材料进行盐酸处理并从澄清氯化物溶液中提取六水合氯化铝晶体并且将其进行两阶段热分解来生产冶炼级氧化铝(Elsner D.,Jenkins D.H.and Sinha H.N.Alumina viahydrochloric acid leaching of high silica bauxites-process development.Lightmetals,1984,411-426页)。根据所述方法，利用间接加热将获得的六水合氯化铝晶体在阶段I内以200～250℃进行热分解直至形成铝氯氧化物，然后在阶段II中经由炉气加热至至多1000℃，生产工业氧化铝。
所述方法的缺陷包括产品中的高氯含量(0.03％)，其超出冶炼级氧化铝的允许限值约3倍。用此方法的AlCl3·6H2O分解的热能消耗达到15GJ/吨回收氧化铝。在这种条件下将材料加热至1000℃导致氧化铝中α相增加(70％以上)，其使得产品不适合于冶金目的。高工艺温度增加了对环境的热损失。
本发明的目的是开发一种同样由低级原材料生产冶炼级氧化铝的盐酸方法，从而允许处理低级的高二氧化硅矿和废物。
技术结果是提高氧化铝品质并且降低高工艺产率下的能耗。
以上技术结果如下实现：在所述生产氧化铝的方法中，包括：用盐酸处理含铝原材料；从澄清氯化物溶液中分离六水合氯化铝晶体；并且将所述晶体在两个阶段中热分解以生产氧化铝产品，在阶段II的热分解中，以供应的蒸汽总重量与生产的氧化铝重量之比为0.2～5.7来连续供应水蒸汽。
在要求保护的区间内的，于0.2的值开始显现水蒸汽引入的积极效果。其在5.7的值时达到最大，并且蒸汽消耗的进一步增加导致了非生产性的热损失。
六水合氯化铝的热分解是其水解(热水解)的变型，但在技术文献中，其通常被称为煅烧，并且由以下反应式表示
2AlCl3·6H2O＝Al2O3+6HCl+9H2O (1)
实际上，所述过程经过一系列具有不同碱度和水合程度的碱性铝氯化物(氯氧化物)的中间反应。这些中间反应中的一些(且不总是连续反应)可如下书写：
AlCl3·6H2O→Al(OH)Cl2+5H2O+HCl (2)
Al(OH)Cl2+H2O→Al(OH)2Cl+HCl (3)
2Al(OH)2Cl+H2O→Al2(OH)5Cl+HCl (4)
Al2(OH)5Cl+H2O→2Al(OH)3+HCl (5)
反应(2)伴随着水的释放进行，按照化学计量学，其应当足以完成总反应(1)且有过量。但是，根据文献数据和我们自己研究的结果，于100℃～500℃，当材料是铝氯氧化物时，所述过程终止，因为蒸汽形式的水被从反应区域中迅速去除而没有设法与反应(3)～(5)中分解的中间产物反应。进一步的反应仅在如现有技术中实施的炉气存在下温度增加至900℃～1000℃时是可能的。尤其，有机燃料燃烧产物中含有的水在此起着必不可少的作用。然而，这种水蒸汽不足以迅速且有效的完成氧化铝形成。
如果在铝氯氧化物形成阶段完成之后使蒸汽形式的水强行加入所述过程，情况将发生根本改变。之后，按照相关技术中描述的水热机理，反应(3)～(5)平稳进行并形成氧化铝。水过剩的水解继续剧烈且不可逆地进行；由于此原因，最终产物中残留的氯浓度最低(如α相含量)，因为其形成条件被极端地限制。在高温下进行阶段II的必要性不再存在。由此，实现了大约两倍的热能消耗降低。
所述生产氧化铝的方法如下进行。
用盐酸浸取含铝原材料，移除固相，并且通过蒸发澄清氯化物溶液或者用气态氯化氢盐析而分离六水合氯化铝晶体。随后将分离的晶体在110℃～250℃的任何炉中加热，直至形成铝氯氧化物，并且由于初始产物脱水期间释放的水耗尽而显著减缓进一步的化学转化(阶段I)。其后，以供应的蒸汽总重量与生产的氧化铝重量之比为0.2～5.7将水蒸汽供应至所述炉，并且完成该过程(阶段II)。将阶段II中的温度维持在150℃～450℃即已足够，其显著减少热消耗，并且所陈述的供应的蒸汽总重量与生产的氧化铝重量之比为约0.2～5.7使得能够将用于使蒸汽过热的热量最小化，这取决于所选的炉类型，因为固体材料与气态(蒸汽)相相互作用的条件不同。
仅在六水合氯化铝分解的阶段II内供应水蒸汽使得能够降低高氧化铝品质和工艺产率时的蒸汽消耗。初步评估显示此方法允许将六水合氯化铝分解期间的总热能消耗减少1.5～2倍。
通过以下实例阐明所述生产氧化铝的方法。
将称量的100g高岭土与25％盐酸溶液以L:S＝4:1的液固比混合，所述高岭土中主要物质的含量(％)如下：Al2O336.4；SiO245.3；Fe2O30.78；TiO20.51；CaO 0.96；MgO 0.49。将其置于特氟龙涂布的高压釜中，并伴随搅拌在180℃保持3小时。在过程完成后，过滤获得的浆料，并且向澄清氯化物溶液中鼓入气态氯化氢直至出现六水合氯化铝晶体；将所述晶体在过滤器上用38％盐酸漂洗。获得总计1513g的AlCl3·6H2O。将晶体置于加热至200℃的实验室管式炉中并于其中保持0.5小时，完成分解阶段I。此后，将来自容有沸水的烧瓶的水蒸汽吹过所述炉，完成分解阶段II。由蒸发的水重量测定蒸汽消耗，同时努力将所要求保护的供应的蒸汽总重量与生产的氧化铝重量之比维持在0.2～5.7范围内。阶段II的持续时间不超过0.5小时。
在连续的试验中，阶段II的条件发生变化。试验结果呈现在实施例的表中，其显示了根据冶炼级氧化铝现行要求(α相含量不超过10％，氯含量不超过0.01％)，实施例1、2和12未能生产完全优良品质的产品。其余的实施例产生了正面结果。
每种炉类型需要基于温度和材料停留时间以及要供应至所述工艺的水蒸汽的量选择最佳的运行参数，以便同时确保氧化铝品质、工艺产率和最小可能的热能消耗。应当注意，与实现了材料装填或悬浮层原理的工业炉相比，用于在汽相和固体材料之间接触的实验室管式炉的条件是最不利的，但要求保护的方法相比于现有技术的优点是显而易见的。
对于所述方法的工业实施，建议利用两个相继的炉单元，从而允许连续运行六水合氯化铝的两阶段分解，其中仅对单元II供应水蒸汽。
表.生产氧化铝的方法

Claims (1)

1.一种从含铝原材料回收氧化铝的方法，其包括以下步骤：
(i)用盐酸浸取含铝原材料，以形成六水合氯化铝上清溶液；
(ii)从步骤(i)的上清溶液中除去固体；
(iii)从所述上清溶液中提取六水合氯化铝晶体；
(iv)在第一加热阶段中于110℃～250℃加热来自步骤(iii)的六水合氯化铝晶体，直至形成铝氯氧化物，其中在第一加热阶段期间释放的水耗尽；和
(v)在150℃～450℃处理步骤(iv)的产物，并以供应的水蒸汽总重量与回收的氧化铝重量之比为0.2～5.7来将水蒸汽供应至步骤(iv)的产物，以从含铝原材料中回收氧化铝。
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