CN104649305A

CN104649305A - 一种氧化镁焙烧提铝的方法

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Publication number: CN104649305A
Application number: CN201310594879.2A
Authority: CN
Inventors: 赵利军; 孙琦; 王宝冬; 禹耕之; 刘晓婷; 肖永丰; 王晓欢
Original assignee: Shenhua Group Corp Ltd; National Institute of Clean and Low Carbon Energy
Current assignee: China Energy Investment Corp Ltd; National Institute of Clean and Low Carbon Energy
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2033-11-21
Also published as: CN104649305B

Abstract

本发明公开了一种氧化镁焙烧提铝的方法，包括：（1）按照生料配方准备生料，生料包括含铝原料、氧化钠前驱体和氧化镁前驱体，以及任选的氧化钙前驱体；（2）将生料在800-1300℃进行焙烧，得到烧结熟料；（3）将烧结熟料经溶出、脱硅、碳分和焙烧，得到氧化铝；其中，生料配方满足其组分氧化物的摩尔比为([MgO]+[CaO])/([SiO₂]+[TiO₂])=0.9-1.1。本发明方法能够保持较高的氧化铝标准溶出率，极大降低消耗性物料的量和固体排放物的量，且以硅酸镁为主要成分的脱碱赤泥，可用于生产高附加值产品。

Description

一种氧化镁焙烧提铝的方法

技术领域

本发明涉及一种氧化镁焙烧提铝的方法。

背景技术

氧化铝碱法生产，历史由来已久，主要分为拜耳法、烧结法及其联合方法。

碳酸钠烧结法于1858年被最早提出，因碱耗大，氧化铝品质差，流程复杂和耗热量大等原因，在1889年拜耳法出现以后就被淘汰了。在1880年后人们发现用石灰石和碳酸钠按一定比例掺烧含铝原料，可以减少碱耗和提高氧化铝提取率，经进一步发展，形成了传统的碱石灰烧结法。在处理高硅铝土矿时，碱石灰烧结法比拜耳法优越。在20世纪50年代还出现了石灰石烧结法，用高铝粉煤灰生产氧化铝和水泥。由于资源所限，我国在烧结提铝工艺的开发上也做了大量工作，传统的碱石灰烧结法工艺技术已达到当前最佳水平。此外，针对我国资源禀赋的特点，还开发了富矿烧结法。最近，在专利CN102107895A中还提出了一种改良碱石灰烧结法，与传统方法相比，在减少物料消耗和固体排放物方面都取得了显著进步。

在我国氧化铝行业广泛应用的碱石灰烧结法，其基本配方为：以摩尔计，[Na₂O]/([Al₂O₃]+[Fe₂O₃])≈1.0，[CaO]/([SiO₂]+0.5×[TiO₂])≈2.0。在烧结过程中，含铝原料中的氧化铝、氧化铁与碳酸钠分别生成铝酸钠（Na₂O·Al₂O₃）和铁酸钠（Na2O·Fe₂O₃），二氧化硅与氧化钙生成硅酸二钙（2CaO·SiO₂），二氧化钛与氧化钙生成钛酸钙（CaO·TiO₂）。在溶出过程中，铝酸钠进入溶液，得到适合提铝的浸出液。在专利CN102107895A中提出的改良碱石灰烧结法，其基本配方为：以摩尔计，([Na₂O]+[K₂O])/([Al₂O₃]+[Fe₂O₃]+[SiO₂])=1.0±0.1，[CaO]/([SiO₂]+[TiO₂])=1.0±0.1。在烧结过程中，含铝原料中的氧化铝、氧化铁与碳酸钠分别生成铝酸钠（Na₂O·Al₂O₃）和铁酸钠（Na₂O·Fe₂O₃），二氧化硅与氧化钙生成硅酸钙二钠(Na₂O·CaO·SiO₂)，二氧化钛与氧化钙生成钛酸钙（CaO·TiO₂）。在溶出过程中，铝酸钠进入溶液，得到适合提铝的浸出液。硅酸钙二钠脱碱后得到硅酸钙(CaO·SiO₂)。与传统碱石灰烧结法相比，改良碱石灰烧结法消耗性物料石灰的添加量减少一半，固体排放物赤泥也相应减少。此外，熟料的焙烧温度也从1200-1300℃以上降低到1000-1200℃。传统石灰石烧结法以硅酸二钙为主要成分的赤泥产出量大，可以作为水泥的原料，附加值较低，市场消纳有难度。改良碱石灰烧结法以硅酸钙为主要成分的赤泥产出量相对减少，可以作为轻质墙体材料以及造纸原料，具有一定的附加值。

但无论是传统的碱石灰烧结法，还是改良碱石灰烧结法，以及前述的石灰石烧结法和富矿烧结法，都要消耗大量的消耗性物料，且固体排放物量大，附加值低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中提铝消耗大量的消耗性物料，且固体排放物量大，附加值低的缺陷，提供一种氧化镁焙烧提铝的方法。

本发明的发明人在研究中意外发现，用氧化镁前驱体代替部分或全部氧化钙前驱体进行焙烧提铝，可以在保持较高氧化铝标准溶出率的情况下，极大降低消耗性物料的量和固体排放物的量，且以硅酸镁为主要成分的脱碱赤泥，还可用于生产硅酸镁纤维和保温隔热材料等高附加值产品，可极大提高提铝的附加值。

此外，在处理含铝原料的烧结法提铝过程中，将生料焙烧成熟料的能耗是最大的。本发明人经过大量实验研究发现，用氧化镁前驱体代替部分或全部氧化钙前驱体进行焙烧提铝，在节省能耗方面也有很大的优势。当碳酸镁完全替代碳酸钙时，焙烧生成氧化物的过程中可节能30%以上，同时焙烧温度比现有烧结法也可降低200度以上，将带来能耗的进一步大幅降低，并且降低了焙烧工艺的保温要求，可采用较廉价的耐火材料。

因此，为了实现上述目的，本发明提供了一种氧化镁焙烧提铝的方法，所述方法包括：

（1）按照生料配方准备生料，所述生料包括含铝原料、氧化钠前驱体和氧化镁前驱体，以及任选的氧化钙前驱体；

（2）将所述生料在800-1300℃进行焙烧，得到烧结熟料；

（3）将所述烧结熟料经溶出、脱硅、碳分和焙烧，得到氧化铝；

其中，所述生料配方满足其组分氧化物的摩尔比为([MgO]+[CaO])/([SiO₂]+[TiO₂])=0.9-1.1。

优选地，步骤（1）中，所述生料配方满足其组分氧化物的摩尔比为[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.1-1.0。

优选地，步骤（1）中，含铝原料、氧化钠前驱体和氧化镁前驱体以及任选的氧化钙前驱体的用量使混合得到的生料配方还满足其组分氧化物的摩尔比为([Na₂O]+[K₂O])/([Al₂O₃]+[Fe₂O₃]+[SiO₂])=0.9-1.1。

优选地，所述生料配方满足其组分氧化物的摩尔比为[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.5-1.0时，步骤（2）中，焙烧温度为800-1200℃，更优选为850-1050℃；所述生料配方满足其组分氧化物的摩尔比为[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.1-0.5时，步骤（2）中，焙烧温度为900-1300℃，更优选为950-1150℃。

本发明方法能够在保持较高氧化铝标准溶出率的情况下，极大降低消耗性物料的量和固体排放物的量，且以硅酸镁为主要成分的脱碱赤泥，还可用于生产硅酸镁纤维和保温隔热材料等高附加值产品，可极大提高提铝的附加值。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种氧化镁焙烧提铝的方法，该方法包括：

（1）按照生料配方准备生料，生料包括含铝原料、氧化钠前驱体和氧化镁前驱体，以及任选的氧化钙前驱体；

（2）将生料在800-1300℃进行焙烧，得到烧结熟料；

（3）将烧结熟料经溶出、脱硅、碳分和焙烧，得到氧化铝；

其中，生料配方满足其组分氧化物的摩尔比为([MgO]+[CaO])/([SiO₂]+[TiO₂])=0.9-1.1。

本领域技术人员应该理解的是，上述配方中的二氧化硅和二氧化钛一般主要来自于含铝原料本身的组成。上述配方中的氧化镁和氧化钙，一般少部分来自于含铝原料本身的组成，大部分分别来自于步骤（1）中加入的氧化镁前驱体和氧化钙前驱体。

本发明的上述配方中，对于氧化镁和氧化钙的摩尔比无特殊要求，只要整体满足上述配方即可，可根据赤泥及脱碱赤泥的用途，对氧化钙和/或氧化镁的比例进行适当调整，例如，[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.1-1.0。

本发明步骤（1）中，含铝原料、氧化钠前驱体和氧化镁前驱体以及任选的氧化钙前驱体的用量使混合得到的生料配方优选还满足其组分氧化物的摩尔比为([Na₂O]+[K₂O])/([Al₂O₃]+[Fe₂O₃]+[SiO₂])=0.9-1.1。

本领域技术人员应该理解的是，上述配方中的氧化铝、氧化钾和氧化铁一般主要来自于含铝原料本身的组成。上述配方中的氧化钠一般少部分来自于含铝原料本身的组成，大部分来自于步骤（1）中加入的氧化钠前驱体。

本发明的发明人在研究中发现，当生料配方满足其组分氧化物的摩尔比为[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.5-1.0时，步骤（2）中，焙烧温度为800-1200℃，优选为850-1050℃，可进一步提高氧化铝的标准溶出率；当生料配方满足其组分氧化物的摩尔比为[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.1-0.5时，步骤（2）中，焙烧温度为900-1300℃，优选为950-1150℃，可进一步提高氧化铝的标准溶出率。因此，生料配方满足其组分氧化物的摩尔比为[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.5-1.0时，步骤（2）中，焙烧温度优选为800-1200℃，更优选为850-1050℃；生料配方满足其组分氧化物的摩尔比为[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.1-0.5时，步骤（2）中，焙烧温度优选为900-1300℃，更优选为950-1150℃。本发明步骤（2）中，焙烧时间优选为0.25-8h；更优选为0.5-4h。

本领域技术人员应该理解的是，本发明步骤（3）中将烧结熟料经溶出、脱硅、分解和焙烧，得到氧化铝成品，即为将烧结熟料进行溶出，固液分离得到赤泥和溶出液；将溶出液进行脱硅、碳分后，得到氢氧化铝，焙烧制得氧化铝。上述工艺均为提取氧化铝行业中的常规工艺，可以采用本领域的各种常规方法和工艺条件，此为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

本发明中，含铝原料可以是天然矿物，如铝土矿、煤矸石，也可以是工业矿物，如粉煤灰、脱硅粉煤灰、脱硅煤矸石，以及其他含铝工业固体废弃物。

本发明中，氧化钠前驱体即是指能够在焙烧中获得氧化钠的物质，例如，氧化钠前驱体可以选自氧化钠、碳酸钠和氢氧化钠中的至少一种，本发明中，氧化钠前驱体可以为固体，也可以为溶液。

本发明中，氧化镁前驱体即是指能够在焙烧中获得氧化镁的物质，例如，氧化镁前驱体可以选自氧化镁、碳酸镁和氢氧化镁中的至少一种，本发明中，氧化镁前驱体可以为固体，也可以为乳液。

本发明中，氧化钙前驱体即是指能够在焙烧中获得氧化钙的物质，例如，氧化钙前驱体可以选自氧化钙、碳酸钙和氢氧化钙中的至少一种，本发明中，氧化钙前驱体可以为固体，也可以为乳液。

实施例

以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。

在以下实施例中：

氧化铝标准溶出率的测定方法：按Na₂O_K（以Na₂O计的NaOH）15g/L、Na₂O_C（以Na₂O计的Na₂CO₃）5g/L配置抽出液。称取熟料8.00g，置于已加有100mL抽出液和20mL水并预热到90℃左右的300mL烧杯中，用玻璃棒将熟料搅散，放入磁棒，在电热电磁搅拌器上搅拌，控制在85±5℃，溶出15min。然后进行减压过滤。并用沸水洗净烧杯和洗涤滤饼8次，每次洗水用量为25mL，将洗好后的滤饼连同滤纸烘干，冷却。测定赤泥中氧化铝、氧化钠、氧化钙的含量，按下式计算氧化铝的标准溶出率。

ηAl₂O₃(%)=[1-(A赤/A熟)×(MC熟/MC赤)]×100

式中：ηAl₂O₃：氧化铝的标准溶出率，%；A熟：熟料中Al₂O₃的含量，%；MC熟：熟料中MgO和CaO的含量，%；A赤：赤泥中Al₂O₃的含量，%；MC赤：赤泥中MgO和CaO的含量，%。

实施例1

含铝原料1：一种高铝粉煤灰，化学成分如表1

表1、高铝粉煤灰的化学组成分析（重量百分比）

SiO₂	Al₂O₃	TFe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	TiO₂	MnO	LOI	总量
											40.92	49.21	1.91	0.47	2.85	0.12	0.5	1.57	0.03	1.81	99.39

取100g表1组成的高铝粉煤灰，按照([Na₂O]+[K₂O])/([Al₂O₃]+[Fe₂O₃]+[SiO₂])=1.0（摩尔比），([MgO]+[CaO])/([SiO₂]+[TiO₂])=1.0（摩尔比），[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.93（摩尔比），添加碳酸钠和氧化镁。用小型球磨机细磨混合并通过200目标准筛制备生料。之后装入坩埚，在850℃下焙烧4h，冷却后细磨并通过200目标准筛得到熟料。实验测得焙烧熟料的氧化铝标准溶出率为98.5%。

实施例2

取100g表1组成的高铝粉煤灰，按照([Na₂O]+[K₂O])/([Al₂O₃]+[Fe₂O₃]+[SiO2])=1.1（摩尔比），([MgO]+[CaO])/([SiO₂]+[TiO₂])=0.9（摩尔比），[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.50（摩尔比），添加碳酸钠、氧化钙和氧化镁。用小型球磨机进行细磨混合并通过200目标准筛制备生料。之后装入坩埚，在1050℃下焙烧1h，冷却后细磨并通过200目标准筛得到熟料。实验测得焙烧熟料的氧化铝标准溶出率为96.3%。

实施例3

含铝原料2：一种铝土矿，化学成分如表2

表2、铝土矿的化学组成分析（重量百分比）

SiO₂	Al₂O₃	TFe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	TiO₂	MnO	LOI	总量
											11.03	68.77	1.69	0.02	3.57	0.71	0.18	0.14	0.01	13.59	99.71

取100g表2组成的铝土矿，按照([Na₂O]+[K₂O])/([Al₂O₃]+[Fe₂O₃]+[SiO₂])=1.05（摩尔比），([MgO]+[CaO])/([SiO₂]+[TiO₂])=0.95（摩尔比），[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.33（摩尔比），添加碳酸钠、氧化镁和氧化钙。用小型球磨机进行细磨混合并通过200目标准筛制备生料。之后装入坩埚，在980℃下焙烧2h，冷却后细磨并通过200目标准筛得到熟料。实验测得焙烧熟料的氧化铝标准溶出率为97.9%。

实施例4

按照实施例1的方法制备熟料，不同的是，焙烧温度为800℃。实验测得焙烧熟料的氧化铝标准溶出率为91.9%。

实施例5

按照实施例3的方法制备熟料，不同的是，焙烧温度为900℃。实验测得焙烧熟料的氧化铝标准溶出率为92.9%。

对比例1

按照实施例1的方法制备熟料，不同的是，按照([Na₂O]+[K₂O])/([Al₂O₃]+[Fe₂O₃]+[SiO₂])=1.0（摩尔比），[CaO]/([SiO₂]+[TiO₂])=1.0（摩尔比），添加碳酸钠和氧化钙。实验测得焙烧熟料的氧化铝标准溶出率为81.7%。

将实施例1与对比例1进行比较可以看出，本发明方法能够保持较高的氧化铝标准溶出率，且由于氧化镁的分子量低于氧化钙的分子量，因此，可极大降低消耗性物料的量和固体排放物的量，且以硅酸镁为主要成分的脱碱赤泥，可用于生产硅酸镁纤维和保温隔热材料等高附加值产品，可极大提高提铝的附加值。

将实施例1与实施例4进行比较可以看出，生料配方中[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.5-1.0时，焙烧温度为850-1050℃，可进一步提高氧化铝的标准溶出率；将实施例3与实施例5进行比较可以看出，生料配方中[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.1-0.5时，焙烧温度为950-1150℃，可进一步提高氧化铝的标准溶出率。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种氧化镁焙烧提铝的方法，其特征在于，所述方法包括：

（2）将所述生料在800-1300℃进行焙烧，得到烧结熟料；

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（1）中，所述生料配方满足其组分氧化物的摩尔比为[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.1-1.0。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤（1）中，含铝原料、氧化钠前驱体和氧化镁前驱体以及任选的氧化钙前驱体的用量使混合得到的生料配方还满足其组分氧化物的摩尔比为([Na₂O]+[K₂O])/([Al₂O₃]+[Fe₂O₃]+[SiO₂])=0.9-1.1。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述生料配方满足其组分氧化物的摩尔比为[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.5-1.0时，步骤（2）中，焙烧温度为800-1200℃，优选为850-1050℃；所述生料配方满足其组分氧化物的摩尔比为[MgO]/([MgO]+[CaO])=0.1-0.5时，步骤（2）中，焙烧温度为900-1300℃，优选为950-1150℃。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤（2）中，焙烧时间为0.25-8h，优选为0.5-4h。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述含铝原料选自铝土矿、煤矸石、粉煤灰、脱硅粉煤灰和脱硅煤矸石中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述氧化钠前驱体选自氧化钠、碳酸钠和氢氧化钠中的至少一种。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述氧化镁前驱体选自氧化镁、碳酸镁和氢氧化镁中的至少一种。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述氧化钙前驱体选自氧化钙、碳酸钙和氢氧化钙中的至少一种。