CN105110359B

CN105110359B - 一种利用低品位铝土矿制备氟化铝的方法

Info

Publication number: CN105110359B
Application number: CN201510566441.2A
Authority: CN
Inventors: 张光旭; 秦传钧; 张建设; 邓军; 韩洋; 张保民; 宁站昭; 王二军; 肖郁良; 张斌; 魏俊峰
Original assignee: Luoyang Guoxing Mining Technology Co Ltd
Current assignee: Luoyang Guoxing Mining Technology Co Ltd
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: CN105110359A

Abstract

本发明提供一种利用低品位铝土矿制备氟化铝的方法，主要包括以下步骤：盐酸酸浸除铁、搅拌捏球、高温焙烧脱硅、氢氟酸超声酸洗、浓硫酸酸洗除钛。通过上述步骤解决了如何有效去除低品位铝土矿中铁元素、硅元素、钛元素等杂质来制备精品氟化铝的问题，使得低品位铝土矿中的有效成分得到了充分利用，提高了产品质量，减少了资源浪费。本发明提供的上述方法无需对低品位铝土矿进行预处理，工艺条件温和，适于大规模生产。

Description

一种利用低品位铝土矿制备氟化铝的方法

技术领域

本发明涉及一种氟化铝的制备方法，特别是一种利用低品位铝土矿制备氟化铝的方法。

背景技术

氟化铝是电解铝生产中必须的助溶剂之一，能降低Al₂O₃的熔点并且可以提高电解质的电导率。随着氧化铝工业的发展，氟化铝产品在市场上的竞争日益激烈。我国已探明的铝土矿储量为30.56亿吨，在世界上位居第四，资源充足，分布集中，但99%为一水硬铝石型铝土矿，其特点是难磨、难溶、高硅、低铝硅比，目前我国铝土矿生产氟化铝的工艺以混联法为主，生产流程长、能耗高、建设投资大、产品质量差。为减少传统方法带来的不利影响，结合实际工业化生产需求，如何从低铝硅比的低品位铝土矿中制得氟化铝产品，且制备工艺流程短、能耗低、适合大规模生产是当下亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种利用低品位铝土矿制取氟化铝的方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种利用低品位铝土矿制取氟化铝的方法，包括以下步骤：

盐酸酸浸除铁：向低品位铝土矿中加入盐酸，反应形成浆液；压滤所述浆液，得到含铁浸取液和除铁滤渣；

搅拌捏球：研磨所述除铁滤渣，加入氟化铵固体进行混合，并捏制形成多个混渣颗粒；

高温焙烧脱硅：将多个所述混渣颗粒在300℃～700℃温度下进行焙烧，得到脱硅固体残渣；

氢氟酸超声酸洗：向所述脱硅固体残渣中加入氢氟酸，在超声条件下进行酸洗，去除所述脱硅固体残渣中残留的硅元素和部分钛元素，得到粗品氟化铝；

浓硫酸酸洗除钛：采用浓硫酸酸洗所述粗品氟化铝，去除其中残留的钛元素，得到氟化铝悬浊液；然后对所述氟化铝悬浊液进行过滤、洗涤、干燥处理，得到精品氟化铝。

其中，所述低品位铝土矿中的铝硅比小于等于7。所述低品铝土矿的原矿中以氧化铝、二氧化硅等为主要成分，并含有氧化钛、氧化铁等杂质，而且所述低品铝土矿中的各元素基本上是以氧化物形式存在的，其中的氧化铝具体地主要可分为一水硬铝石、三水铝石和一水软铝石。因此，本文中的“硅脱除率”是指二氧化硅的脱除率；“铁去除率”是指氧化铁的去除率；“钛脱除率”是指二氧化钛的脱除率；“铝含量”是指氧化铝含量，“铝的回收率”是指氧化铝的回收率，“铁含量”是指氧化铁的含量，“硅含量”是指氧化硅的含量。

基于上述，所述盐酸酸浸除铁步骤包括：按照0.5～4 mL浓盐酸/1 g铝土矿的比例向所述低品铝土矿中，加入浓盐酸，并在40℃～80℃搅拌反应20～40 min，形成所述浆液，其中，所述浓盐酸的体积分数为36％～38％；稀释所述浆液，得到稀浆液，过滤所述稀浆液，得到所述浸取液和所述除铁滤渣。

所述低品位铝土矿中的铝几乎都以不溶于酸的形式存在，但是矿石中的氧化铁、少量的三水铝石和一水软铝石等可溶性物质却可以用酸溶解除去，故可用盐酸法处理铝土矿去除绝大部分的氧化铁以及一些酸溶性杂质，避免铁元素在后续工艺中因高温而转变晶格使其难溶于酸，不易去除。其反应方程式主要为：

Al₂O₃+ 6HCl = 2AlCl₃+ 3H₂O，

Fe₂O₃+ 6HCl = 2FeCl₃+ 3H₂O。

另外，由于与低品位铝土矿颗粒反应的是浓盐酸，反应后得到的所述浆液中酸的浓度仍然比较高，具有强腐蚀性和挥发性，所以要对所述浆液进行加水稀释，稀释体积倍数为1～3倍，得到所述稀浆液；那么，过滤所述稀浆液要用的压滤机也应选择耐酸、耐腐蚀材质，如聚四氟乙烯。

基于上述，所述搅拌捏球步骤包括：先将所述除铁滤渣置于烘干箱中烘干；再将干燥后的所述除铁滤渣磨碎成150～250目的颗粒，然后与氟化铵固体和少量水混合，捏制成多个混合小球，采用烘箱保温干燥所述多个混合小球去除其中的水分，形成多个所述混渣颗粒。

基于上述，所述高温焙烧脱硅步骤包括：将多个所述混渣颗粒置于流化床反应器中，在300℃～700℃对所多个述混渣颗粒进行焙烧处理，并采用真空泵抽出所述流化床反应器中的气体，使得所述流化床反应器中的真空度维持在0.6～0.8 MPa。其中，所述焙烧脱硅步骤中主要涉及的方程式有：

NH₄F = NH₃↑ + HF↑，

SiO₂+ 4HF = SiF₄ + 2H₂O，

Al₂O₃ + 6HF = 2AlF₃ + 3H₂O。

基于上述，所述氢氟酸超声酸洗步骤包括：向所述脱硅固体残渣中按照1～5 mL氢氟酸 /1 g脱硅固体残渣的比例加入氢氟酸，并在温度为40℃～70℃的条件下超声酸洗反应1.5 h～2.5 h，形成所述超声酸洗浆液，依次对所述超声酸洗浆液进行过滤、干燥处理得到超声酸洗过滤液及粗品氟化铝。该步骤中涉及的反应方程式主要为：

TiO₂ + 4HF = TiF₄ + 2H₂O，

SiO₂ + 4HF = SiF₄ + 2H₂O。

基于上述，所述浓硫酸酸洗除钛步骤包括：向所述粗品氟化铝中按照1～5 mL浓硫酸/1 g粗品氟化铝的比例加入浓硫酸，在温度为60℃～90℃的条件下酸洗反应1.5 h～2.5h，形成所述氟化铝悬浊液。依次对所述氟化铝悬浊液进行过滤、干燥处理得到氟化铝滤渣和硫酸滤液。其中所述氟化铝滤渣用水清洗至中性，再进行干燥处理，有利于提高钛元素的脱除率；该步骤中涉及的反应方程式主要为：

TiO₂ + H₂SO₄ = TiOSO₄ + H₂O。

基于上述，所述浓硫酸酸洗除钛步骤包括：稀释所述氟化铝悬浊液，得到稀悬浊液；依次对所述稀悬浊液进行过滤、干燥得到所述精品氟化铝产品，其中，所述浓硫酸的体积分数为96％～98％。由于与所述粗品氟化铝反应的是浓硫酸，反应后所得到的氟化铝悬浊液中酸的浓度仍然比较高，具有强腐蚀性和挥发性，所以要对所述氟化铝悬浊液进行加水稀释，稀释体积倍数为1～3倍，得到所述稀悬浊液；那么，过滤所述稀悬浊液要用的压滤机也应选择耐酸、耐腐蚀材质，如聚四氟乙烯。

与现有技术相比，本发明具有突出的特点和显著的进步，具体地说，本发明提供的利用低品位铝土矿制备氟化铝的工艺主要包括盐酸酸浸除铁、搅拌捏球、高温焙烧除硅、氢氟酸超声酸洗、浓硫酸酸洗除钛等步骤。其中，所述搅拌捏球步骤中，将所述除铁滤渣与氟化铵混合形成的多个混合小球，经脱水干燥后形成多个所述混渣颗粒，可以增加后续高温焙烧脱硅步骤中的气固反应物的接触时间，使得反应更加充分；在所述高温焙烧脱硅步骤中，氟化铵遇热分解生成HF气体和NH₃气体，氨气逸出不参与反应，氟化氢气体在逸出过程中与所述混渣颗粒中的SiO₂反应生成SiF₄气体逸出，到达除硅的目的，使得低品位铝土矿中的脱硅率达到95%以上；在所述氢氟酸超声酸洗步骤中，二氧化钛与浓硫酸反应生成硫酸氧钛，使得钛的脱除率达到97%。经过上述各工艺步骤，使得所述精品氟化铝的纯度达到了96.61%，达到了国际先进水平。整个工艺流程时间短，工艺条件温和，有助于节约资源，降低浪费和环境保护，其推广使用，必将产生良好的社会和经济意义。

进一步，本发明按照0.5～4mL浓盐酸/1 g铝土矿的比例加入浓盐酸，并在40℃～80℃下使得浓盐酸溶解低品位铝土矿颗粒中的可溶性物质，可以使得其中的铁的去除率达到85%以上，而且铝的回收率达到95%以上。

更进一步，本发明在形成所述多个混渣颗粒的过程中，加入少量水，可以使得所述混合小球更加密实，在氟化铵分解时，使得氟化氢气体与铝土矿有更长的接触时间，使硅元素的脱除更彻底；干燥除去所述多个混合小球中水分的目的是防止所述氟化铝产物高温下与空气中的水分发成水解反应生成Al₂O₃。

更进一步，所述氢氟酸超声酸洗步骤中，加入超声工艺的目的是为了增加所述脱硅固体残渣中的分子能量，使得所述脱硅固体残渣中难以反应或是被包裹的二氧化硅裸露出来参与反应，可以使得其中硅的脱除率达到70%。

更进一步，所述浓硫酸酸洗除钛步骤中，按照1～5 mL浓硫酸/1 g粗品氟化铝的比例加入浓硫酸，并在70℃～90℃下使得浓硫酸溶解所述粗品氟化铝中的可溶性物质，可以使得其中残留的钛的脱除率达到97%，温度控制在70℃～90℃是为了避免生成的硫酸氧钛水解。同时由于与粗品氟化铝反应的是浓硫酸，向反应后得到的所述氟化铝悬浊液中加水，稀释了所述悬浊液的浓度，从而降低了所述悬浊液的腐蚀性和挥发性。

附图说明

图1是本发明提供的利用低品位铝土矿制备氟化铝的工艺流程图。

图2是本发明实施例提供的盐酸浸取时间对所述低品位铝土矿中铁的去除率及铝回收率的影响曲线图。

图3是本发明实施例提供的盐酸浸取温度、反应物固液比对所述低品位铝土矿中铁去除率的影响曲线图。

图4是本发明实施例提供的焙烧时间对所述除铁滤渣中硅脱除率的影响曲线图。

图5是本发明实施例提供的氟化铵加入量、焙烧温度对所述除铁滤渣中硅脱除率的影响曲线图。

图6是本发明实施例提供的超声酸洗时间对所述脱硅固体残渣中硅脱除率及钛脱除率的影响曲线图。

图7是本发明实施例提供的超声酸洗反应物液固质量比和超声酸洗温度对所述脱硅固体残渣中硅脱除率及钛脱除率的影响曲线图。

图8是本发明实施例提供的浓硫酸反应物液固质量比对所述粗品氟化铝中钛脱除率的影响曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

盐酸酸浸除铁：向低品位铝土矿颗粒中加入浓盐酸，反应形成浆液；过滤所述浆液，得到含铁浸取液和除铁滤渣。具体地，按照0.5～4 mL浓盐酸/1 g低品位铝土矿的比例向低品位铝土矿颗粒中加入浓盐酸，并在40℃～80℃温度下搅拌反应20～40 min，形成所述浆液，其中，所述浓盐酸的体积分数为36％～38％。稀释所述浆液，得到稀浆液；采用压滤机过滤所述浆液，得到所述含铁浸取液和除铁滤渣。

搅拌捏球：研磨所述除铁滤渣，并加入氟化铵固体，将所述除铁滤渣及氟化铵固体加水混合捏制形成多个混渣颗粒。具体地，先将所述除铁滤渣置于烘干箱中烘干，再将干燥后的所述除铁滤渣磨碎成150～250目的颗粒，然后与所述氟化铵固体和少量水混合捏制成多个混合小球，采用烘箱保温干燥所述多个混合小球去除其中的水分形成所述多个混渣颗粒。

高温焙烧脱硅：将多个所述混渣颗粒在300℃～700℃温度进行焙烧处理，得到脱硅固体残渣。具体地，在300℃～700℃将多个所述混渣颗粒置于流化床反应器中进行焙烧，使多个所述混渣颗粒中的二氧化硅转化为氟化硅气体，得到所述脱硅固体残渣，并采用真空泵抽出所述流化床反应器中的气体，使得所述流化床反应器中的真空度维持在0.6～0.8MPa。

氢氟酸超声酸洗：对所述脱硅固体残渣进行氢氟酸超声酸洗，反应形成超声酸洗浆液，依次对所述超声酸洗浆液进行过滤、干燥处理得到超声酸洗过滤液及粗品氟化铝。具体地，向所述脱硅固体残渣中按照1～5 mL氢氟酸/1 g脱硅固体残渣的比例加入氢氟酸，并在40℃～70℃的条件下超声酸洗反应1.5 h～2.5 h形成超声酸洗浆液。采用压滤机过滤所述超声酸洗浆液，得到所述超声酸洗过滤液和粗品氟化铝。

浓硫酸酸洗除钛：采用浓硫酸酸洗所述粗品氟化铝，去除其中残留的钛元素，得到氟化铝悬浊液，稀释所述氟化铝悬浊液，得到稀悬浊液。依次对所述稀悬浊液进行过滤、干燥得到硫酸酸洗过滤液及精品氟化铝产品。具体地，向所述粗品中按照1～5 mL浓硫酸/1 g粗品氟化铝的比例加入浓硫酸，在温度为70℃～90℃的条件下酸洗反应1.5h～2.5h，形成所述氟化铝悬浊液，其中，所述浓硫酸的体积分数为96％～98％。稀释所述悬浊液，得到氟化铝混合物；采用压滤机过滤所述氟化铝混合物，得到所述硫酸酸洗过滤液和所述精品氟化铝产品。所述硫酸酸洗过滤液经蒸发浓缩得到浓缩后的硫酸酸洗过滤液，然后将所述浓缩后的硫酸酸洗过滤液通入到所述精化釜中，以回收利用浓硫酸。

由此可见，本发明提供的利用低品位铝土矿制备氟化铝工艺的影响因素比较多，比如，上述盐酸酸浸除铁步骤中的各工艺参数、上述高温焙烧脱硅步骤中的各工艺参数、上述氢氟酸超声酸洗步骤中的各工艺参数以及上述浓硫酸酸洗除钛步骤中的各工艺参数。

下面就这些影响因素，对本发明提供的利用低品位铝土矿制备氟化铝工艺作进一步的阐述。

1.盐酸酸浸除铁对低品位铝土矿除铁工艺的影响。

由于低品位铝土矿中的铁含量不是很高，部分以包裹的形式存在，故反应时间对其有很大影响，而且，低品位铝土矿中铁的去除率还与盐酸的加入量和浸取温度有关。因此需要选取一个合适的反应时间、反应物固液质量比和反应温度，使低品位铝土矿中的氧化铁尽可能多的溶解，以提高铁的去除率。其中，下面实验中，铁的去除率计算式为：

式中：m₁为低品位铝土矿的质量，g；

m₂为所述除铁滤渣的质量，g；

w₁为低品位铝土矿中氧化铁的质量分数；

w₂为所述除铁滤渣中氧化铁的质量分数；

铝回收率计算式：

式中：m₁为低品铝土矿的质量，g；

m₂为所述除铁滤渣的质量，g；

w₃为低品铝土矿中氧化铝的质量分数；

w₄为所述除铁滤渣中氧化铝的质量分数。

1.1反应时间对低品位铝土矿的除铁效果的影响。

采用单因素实验对反应时间进行探究，实验条件为：低品位铝土矿原矿20g，反应温度60℃，浓盐酸用量80ml；实验数据如下表1和图2所示。

表1低品位铝土矿原矿的组分。

组分	Al₂O₃	SiO₂	K₂O	TiO₂	Fe₂O₃	其他	烧减
								含量/%	46.14	32.42	2.48	3.21	2.72	1.31	11.70

从图2可以看出，随着低品位铝土矿原矿颗粒和浓盐酸的搅拌反应时间的增加，铁的去除率先增加，而后趋于平缓，这是因为：搅拌反应时间较短时，反应不是很充分，而随着时间的延长，铁的去除率逐渐升高，并慢慢到达一个极限，在搅拌反应时间为30 min时，铁的去除率达到89.88%。另外，随着搅拌反应时间的增加，铝的回收率先明显降低而后趋于平稳，这是因为：开始反应时，低品位铝土矿原矿中的部分三水铝石和一水软铝石参加了反应，使得铝的回收率明显下降，而后剩下的一水硬铝石不易参与反应，故铝的回收率变化不明显。考虑到实验工艺，铝的回收率自然是越高越好，但考虑到搅拌反应时间对铁的去除率的影响，搅拌反应时间应取30min为宜，此时，铝的回收率为97.06%。

1.2反应物固液质量比和浸取温度对低品位铝土矿除铁效果的影响。

取一定量如表1所示成分的低品位铝土矿颗粒，向其中分别加入不同体积的浓盐酸，调节不同反应温度，选择浸取时间为30min，考察浓盐酸加入量与浸取温度对铁去除率的影响，实验结果如图3所示。

由图3可以看出，随着浓盐酸加入量的增加，铁的去除率先增加，而后趋于平缓；另外，随着反应浸取温度的增加，铁的去除率逐渐增加，当反应浸取温度为60℃时铁的去除率达到89%，继续增加温度对铁去除率影响不大。因此，实验确定浓盐酸酸浸液的固液质量比1:1，酸浸温度为60℃，此时铁的去除率为89%。

2.高温焙烧脱硅对低品位铝土矿脱硅工艺的影响。

所述高温焙烧脱硅工艺步骤的主要影响因素包括氟化铵的用量、焙烧温度和焙烧时间。下面主要通过单因素实验确定焙烧法去除低品位铝土矿中硅元素的最佳工艺条件。下面实验中使用的所述除铁滤渣的主要成分如表2所示。

表2 所述除铁滤渣主要成分。

组分	Al₂O₃	SiO₂	K₂O	TiO₂	Fe₂O₃	其他	烧减
								含量/%	47.47	33.76	2.47	3.39	0.28	0.978	11.61

其中，在所述混渣颗粒进行高温焙烧脱硅的过程中，氟化铵受热分解，其分解产物分别与上述铝土矿中的二氧化硅和三氧化二铝反应。由于所述混渣颗粒在进行上述焙烧脱硅处理的过程中，氟化铵用量过少则会导致反应不完全，过多一方面会造成物料的浪费，另一方面则会使得和所述除铁滤渣混合后成球困难，致使气固反应不能充分进行。因此，下面的实验中，提及的氟化铵用量的计算公式是由使得上述除铁滤渣中的二氧化硅和三氧化二铝恰好完全反应时所使用的氟化铵用量，具体计算式如下：

式中：m₃为所述除铁滤渣的质量，g；

60为二氧化硅的相对分子质量；

102为三氧化二铝的相对分子质量；

37为氟化铵的相对分子质量。

实验采用X荧光分析法对所述脱硅固体残渣进行定量的元素分析，从而计算出硅的脱除率。二氧化硅脱除率计算式：

式中：m₃为所述除铁滤渣的质量，g；

m₄为所述脱硅固体残渣的质量，g；

w₅为所述除铁滤渣中二氧化硅的质量分数；

w₆为所述脱硅固体残渣中二氧化硅的质量分数。

2.1焙烧反应时间对低品位铝土矿脱硅工艺的影响。

取5份如表2所示组成成分的所述除铁滤渣20g，并磨碎成200目的颗粒，然后分别加入相同量的氟化铵固体和少量水混合，再捏成多个紧实的混合小球，干燥多个所述混合小球，形成多个所述混渣颗粒；然后分别将多个所述混渣颗粒置于流化床反应器中，在500℃下焙烧不同时间进行脱硅处理，其中实验数据如下图4所示。从图4可以看出，随着焙烧时间的增加，硅脱除率先增加而后基本保持不变，并在3h时硅的脱除率已基本达到最高，此时为96.1%。这是因为：焙烧反应时间很短时，所述混渣颗粒物料受热不均匀，氟化铵分解不完全；随着焙烧时间的增加，氟化铵完全分解，因此硅的脱除率升高。继续增加焙烧时间，反应已基本完全发生，因此硅的脱除率不会有很大变化。另外随着焙烧时间的增加，氟化铝产率先增加而后趋于下降，在焙烧时间为2h时氟化铝产率到达最高为77.87%。这是因为：随着焙烧时间的增加，由于氟化铵的分解率有所增加，同时又因为反应在高温下进行，反应生成的部分氟化铝与空气中水分发生水解反应，生成了氧化铝，因此产品的纯度有所下降。因此，当焙烧时间过长，由于氟化铝在高温下反应，则会造成大量的能源浪费，消耗人力物力，增加了成本，因此确定最佳的焙烧时间为2h，此时氟化铝的纯度为77.87%。

2.2氟化铵加入量和焙烧温度对低品位铝土矿脱硅工艺的影响。

取6份如表2组分的所述除铁滤渣20g，并分别磨碎成200目的颗粒，然后分别加入理论反应质量0.6倍、0.8倍、1.0倍、1.2倍、1.4倍、1.6倍的氟化铵固体和少量水混合，再捏成多个紧实的混合小球。干燥多个所述混合小球，形成多个所述混渣颗粒；然后分别将多个所述混渣颗粒置于流化床中，分别在300℃、400℃、500℃、600℃、700℃下焙烧2 h进行脱硅处理，最终得到焙烧后硅脱除率与氟化铵的加入量及焙烧温度的关系图，如图5所示。

由图5可以看出，随着氟化铵固体加入量的增加，硅的脱除率逐渐增加，当氟化铵固体的加入量高于理论氟化铵用量的1.4倍时，硅的脱除率不再增加。另外，随着焙烧温度的增加，硅的脱除率逐渐增加，当焙烧温度为500℃时硅的脱除率达到96%。继续增加焙烧温度，硅的脱除率有所下降，这是因为焙烧温度过高使氟化铵分解过快，硅反应不完全，从而硅脱除率降低。因此，实验确定氟化铵固体加入量为理论反应用量的1.4倍，焙烧温度为500℃，此时硅的脱除率为96%，氟化铝的纯度为90.93%。

3.氢氟酸超声酸洗步骤对低品位铝土矿制备氟化铝工艺的影响。

所述氢氟酸超声酸洗工艺的主要影响因素包括氢氟酸的用量、酸洗温度和酸洗时间。下面主要通过单因素实验确定氢氟酸超声酸洗脱硅的最佳工艺条件，下面实验中使用的所述脱硅固体残渣主要成分如表3所示。

3.1超声酸洗时间对低品位铝土矿制备氟化铝工艺的影响。

采用单因素实验对反应时间进行探究，实验条件为：所述脱硅固体残渣所述10g，氢氟酸用量30ml，反应温度40℃，实验结果见图6所示。

表3所述脱硅固体残渣的组分。

组分	Al	Si	K	Ti	Fe	O	F	其他
									含量/%	29.08	0.34	2.53	2.14	0.29	2.98	61.85	0.72

从图中我们可以看出，随着超声酸洗时间的延长，硅的脱除率先增加而后基本保持不变，这是因为超声酸洗时间短时，反应物中的硅与氟化氢气体不能充分的发生反应，随着超声酸洗时间的增加，反应物中的硅含量基本保持不变，这是因为在此条件下，反应物中硅的残余量已基本到达一个极限，再增加超声酸洗时间，对反应的影响不是很大。可以看出，在超声酸洗时间为2h时，硅的脱除率已基本达到最高，为66.72%。另外，从图中可以看出，随着反应时间的增加，钛的脱除率随之增加，随后趋于平稳。可以看出，在2h时，钛的脱除率已基本到达最高，此时为46.65%。结合上述讨论，认为超声酸洗时间以2h为宜，此时氟化铝的纯度为93.17%。

3.2超声酸洗反应物液固质量比和反应温度对低品位铝土矿制备氟化铝工艺的影响。

取5份所述脱硅固体残渣20g，并分别磨碎成200目的颗粒，然后分别加入所述焙烧固体残渣质量数值的1倍、2倍、3倍、4倍、5倍体积的氢氟酸液体，分别在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃下超声酸洗2h，最终得到超声酸洗的硅脱除率与超声酸洗反应物质量比和反应温度关系如图7所示。

由图7可以看出，随着反应物液固质量比的增加，在一定的范围内，硅的脱除率有所增加，当反应物液固质量比为3:1时，硅的脱除率不再增加，这是因为当氢氟酸用量过多时，在此条件下硅的脱除率已基本到达一个极限；另外，随着温度的增加，硅的脱除率逐渐增加，当温度为60℃时硅的脱除率达到70%，继续增加温度对硅的脱除率影响不大。这是因为，随着温度的升高，分子运动剧烈，使得原本难以反应或是被包裹的二氧化硅裸露出来参与了反应，但温度继续升高，反应物中硅元素的残余量已基本到达一个极限，升高温度对反应的影响不是很大。因此确定的氢氟酸超声酸洗脱硅的最佳工艺条件为：反应物液固质量比为3:1，反应温度为60℃，反应时间为2h,此时氟化铝的纯度为95.38%。

4.浓硫酸酸洗除钛步骤对低品位铝土矿制备氟化铝工艺的影响。

所述浓硫酸酸洗除钛工艺的主要影响因素包括浓硫酸的用量、酸洗温度和酸洗时间。下面主要通过单因素实验确定浓硫酸酸洗除钛的最佳工艺条件。

取5份所述粗品氟化铝20g，并分别磨碎成200目的颗粒，然后分别加入所述粗品氟化铝质量数值的1倍、2倍、3倍、4倍、5倍体积浓硫酸液体，在80℃下酸洗2h，最终得到酸洗后产品的钛去除率与酸洗反应物固液质量比关系图，如图8所示。

由图8可以看出，随着浓硫酸加入量的增加，钛的脱除率逐渐增加，当反应物的液固质量比为3:1时，钛的脱除率达到97%，继续增加浓硫酸的量，钛的脱除率增加不明显。因此实验确定浓硫酸的加入量为粗品氟化铝体积的3倍，此时得到的所述精品氟化铝的纯度为97.24%。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照优选实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种利用低品位铝土矿制备氟化铝的方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用低品位铝土矿制备氟化铝的方法，其特征在于，所述盐酸酸浸除铁步骤包括：按照0.5～4 mL浓盐酸/1 g低品位铝土矿的比例向所述低品位铝土矿中加入浓盐酸，并在40℃～80℃温度下搅拌反应20～40 min，形成所述浆液，其中，所述浓盐酸的体积分数为36％～38％；加水稀释所述浆液，得到稀浆液；过滤所述稀浆液，得到所述浸取液和所述除铁滤渣。

3.根据权利要求1所述的利用低品位铝土矿制备氟化铝的方法，其特征在于，所述搅拌捏球步骤包括：将所述除铁滤渣磨碎成粒度为150～250目的颗粒，然后与氟化铵固体和水混合并捏制成多个混合小球，且水占所有所述混合小球质量的0.1%～5%；采用烘箱保温干燥多个所述混合小球去除其中的水，得到多个所述混渣颗粒。

4.根据权利要求1所述的利用低品位铝土矿制备氟化铝的方法，其特征在于，所述高温焙烧脱硅步骤包括：将多个所述混渣颗粒置于流化床反应器中，在300℃～700℃和真空度维持在0.6～0.8 MPa的条件下，对多个所述混渣颗粒进行焙烧处理，得到所述脱硅固体残渣。

5.根据权利要求1所述的利用低品位铝土矿制备氟化铝的方法，其特征在于，所述氢氟酸超声酸洗步骤包括：在60℃～80℃的温度和35～45 kHz的条件下，分别用1～5倍体积的氢氟酸超声酸洗所述焙烧固体残渣2～3 h，得到所述超声酸洗混合溶液，过滤所述超声酸洗混合溶液得到所述粗品氟化铝。

6.根据权利要求1所述的利用低品位铝土矿制备氟化铝的方法，其特征在于，所述浓硫酸酸洗除钛步骤包括：将所述粗品氟化铝置于精化釜中，加入1～5倍体积的浓硫酸并在80℃～90℃的温度下反应2～3h，溶解所述粗品氟化铝中残留的氧化钛，得到所述氟化铝悬浊液，稀释所述氟化铝悬浊液，得到氟化铝混合溶液；过滤所述氟化铝混合溶液得到氟化铝滤渣和硫酸滤液；洗涤、干燥所述氟化铝滤渣，得到所述精品氟化铝产品。

7.根据权利要求6所述的利用低品位铝土矿制备氟化铝的方法，其特征在于，所述浓硫酸酸洗除钛步骤还包括：对所述硫酸滤液进行蒸发浓缩，得到浓缩后的硫酸滤液；然后将所述浓缩后的硫酸滤液通入到所述精化釜中，以回收利用浓硫酸。