CN106048226A - 一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法 - Google Patents

一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法 Download PDF

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Abstract

一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,具体包括以下步骤:将高铝粉煤灰中加入碳,混合均匀,通入氯气,采用微波流化床加热5~60min,达到300~1200℃,恒温10~60min,将高铝粉煤灰充分分解,得到含氯化铝的多种氯化混合气体,然后,经除杂和精制,制得纯度大于99%的无水氯化铝;向其加入氢氧化钠溶液,制得中间产物,经过沉淀,过滤,固液分离,得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液;将氢氧化铝沉淀,在800~1200℃,煅烧,分解生成氧化铝;将氧化铝,电解,得到金属铝。该方法工艺流程简单、能耗低的清洁工艺,系统所产生的氯气和氢氧化钠全部循环利用,并能实现全元素有效分离利用,整个系统无废水、废酸、废碱液排放,基本达到了“三废”零排放。

Description

一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法
技术领域
本发明属于铝生产技术领域,特别涉及一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法。
背景技术
粉煤灰是煤炭燃烧后的固体废弃物,粉煤灰中的氧化铝含量与我国中低品位铝土矿中的氧化铝含量相当,高铝粉煤灰是我国氧化铝工业可替代铝土矿的潜在资源。粉煤灰是悬浮颗粒物的主要来源,造成区域性空气污染,危害人体的健康。粉煤灰的长期堆存还会污染土壤和水体,在威胁人类的健康同时也浪费大量的水资源。在粉煤灰的应用研究在技术上基本分为低、中、高三个层次:低层次是指用于路坝修筑等;中层次是指用作建筑材料;高层次是指对废弃物矿物质的分选利用等。
目前,从粉煤灰中提取氧化铝的方法大致可分为碱法和酸法两大类。其中碱法又可以分为石灰石烧结法和碳酸钠烧结法。
石灰石烧结法是将粉煤灰与石灰石混合后,在高温煅烧活化后的产物用碳酸钠溶液浸取、过滤后,铝酸钙以偏铝酸钠的形式进入溶液,经脱硅、碳分(或种分)后得到氢氧化铝,最后煅烧得到氧化铝产品;而过滤后硅酸二钙形成硅钙渣,可以用作生产水泥的原料。如专利CN101070173、CN101306826A、CN101049935A、CN10284668A、CN101302021A等都采用石灰石烧结法,但该法在生产1吨氧化铝要产生8~10吨左右的硅钙渣,造成新的、堆放量更大的废弃物排放。
碳酸钠烧结法是将粉煤灰与碳酸钠在高温下煅烧。在煅烧过程中粉煤灰中的氧化铝和氧化硅同时被活化,因此需要进一步酸化(通过碳酸化反应或与盐酸反应)对硅铝进行分离,由于采用了先碱后酸的工艺,此方法也被称为混合法。如专利CN101041450A、CN101200298A、CN101172634A等,与石灰石烧结法相比渣量较小,但能耗较高,工艺过程较复杂。
酸法是将粉煤灰直接与酸溶液反应,得到铝盐溶液,然后将铝盐煅烧分解制备氧化铝。粉煤灰与酸的反应通常在低于300℃下的温度进行。如专利CN1923695A、CN1920067A、CN101045543A、CN101397146A等,但生产过程中先酸溶后碱溶的方法使生产工艺复杂化,也增加了生产成本。
现有的粉煤灰生产氧化铝技术中存在很多缺点:石灰石烧结法烧结原料成本低。但生产过程中,硅钙渣量过大,造成新的、堆放量更大的废弃物排放;生产流程长,能耗过高,碱溶过程碱的回收率降低,造成成本上升。与石灰石烧结法相比,碳酸钠烧结法产生的残渣量较小,但也存在能耗较高,工艺过程较复杂的问题。与烧结法的高温煅烧相比,酸法能耗大大降低。但酸法的缺陷在于酸溶的过程中,杂质难以去除。而且生产工艺复杂,对设备要求较高,生产成本较高。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,该方法是利用含氧化铝质量分数大于25%的高铝粉煤灰制备氧化铝的工艺方法,该方法工艺流程简单、能耗低的清洁工艺,系统所产生的氯气和氢氧化钠全部循环利用,并能实现全元素有效分离利用,整个系统无废水、废酸、废碱液排放,基本达到了“三废”零排放。
一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,包括以下步骤:
步骤1,粉煤灰微波加热氯化分解:
将粉煤灰中加入碳,混合均匀,通入氯气,压力为常压,采用微波流化床加热5~60min,达到300~1200℃,恒温10~60min,将粉煤灰充分分解,得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中,按质量比,粉煤灰∶碳=(1∶1)~(1∶5),粉煤灰∶氯气=(1∶2)~(1∶7);
步骤2,分离净化,沉降氯化铝:
(1)含氯化铝的多种氯化混合气体,经除杂和精制,制得纯度大于99%的无水氯化铝;
(2)向99%的无水氯化铝中,加入氢氧化钠溶液,在30~100℃,搅拌20~40min,搅拌速率为200~300rpm,制得中间产物;其中,氢氧化钠溶液的浓度为100~150g/L,按质量比,100-150g/L氢氧化钠溶液:99%的无水氯化铝=(5∶1)~(7∶1);
(3)将中间产物,固液分离,得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液;
(4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气和氢气,将氯气返回步骤1循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用;
步骤3,煅烧分解:
将氢氧化铝沉淀,在800~1200℃,煅烧20~60min,分解生成冶金级氧化铝;
步骤4,电解:
将冶金级氧化铝,电解,得到金属铝。
所述步骤1中,粉煤灰是指含氧化铝质量分数大于25%的高铝粉煤灰,高铝粉煤灰中,氧化铝和氧化硅含量之和大于75%。
所述步骤1中,将粉煤灰与碳混和均匀是指将粉煤灰、碳按比例混合后一并粉碎。
所述步骤1中,碳理论添加量是根据粉煤灰原料中Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO组分加碳氯化反应所需计算得到的,其中,按质量比,粉煤灰∶碳=1∶2。
所述步骤1中,微波流化床的微波频率为2.3~2.5GHz;流化床采用微波加热方式,改善传统流态化反应器的动力条件。
所述步骤1中,微波流化床加热优选5~10min,达到800℃,恒温优选20min。
所述步骤2(1)中,除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体,经三级冷凝回收装置去除杂质,得到纯度大于99%的无水氯化铝产品,采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用隔板干式收尘器或旋风除尘器,控制冷却温度为180~250℃,使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在150~170℃,使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为80~120℃,使TiCl4以固体形式除去,同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制,得到纯度大于99%的无水氯化铝。
所述的步骤2(1)中,通过三级冷凝回收装置,在第二级冷凝后,得到的气态物质中,AlCl3质量百分含量大于等于10%时,进行二次捕集得到AlCl3,然后进行真空升华精制,得到纯度大于99%的无水氯化铝产品。
所述步骤2(1)中,通过三级冷凝回收装置,无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中,排放的气体含有SiCl4、CO、CO2、Cl2、COCl2,经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后,得到四氯化硅产品,尾气最后排入大气,排放满足国家环保标准。
本发明的粉煤灰进行微波加热氯化发生的主要反应如下:
Al2O3+1.5C+3Cl2=2AlCl3+1.5CO2 (1.1)
SiO2+C+2Cl2=SiCl4+CO2 (1.2)
AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl (1.3)
2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑ (1.4)
与现有技术相比,本发明的优势在于:
1、本发明的装置采用微波流化床,改变原有加热方式,微波加热具有加热速度快、反应灵敏、加热均匀、热效率高、设备占地面积小、自动化程度高和环保节能等优点。微波加热具有选择性,吸波的矿与一些不吸波脉石之间在微波场中会产生较大温度梯度,使矿石间产生内应力,从而产生裂缝促进碳热还原反应的进行;同时裂纹的产生强化了矿物的解离;
2、采用氯化铝溶液与氢氧化钠溶液反应,将氯化铝碱化,沉淀,过滤后,固液分离,得到氢氧化铝和氯化钠溶液;其中,氯化钠经电解生产氢氧化钠、氯气和氢气,氯气作为原料返回粉煤灰微波加热氯化分解工序中,氢氧化钠作为原料返回分离净化,沉降氯化铝工序中,实现氢氧化钠和氯气的循环利用,达到整个工序零排放的目的,同时提供清洁能源-氢气;
3、本发明的方法以高铝粉煤灰为原料,原料价廉易得,极大地降低生产成本,解决了粉煤灰堆存产生的大气,水及土壤污染的问题,有较高的经济效益和社会效益;
4、本发明可以处理高铝粉煤灰,实现了粉煤灰的优化利用,同时可得到满足国家标准的无水氯化铝、氢氧化铝、活性氧化铝及铝锭。解决了我国铝土矿资源不足及粉煤灰污染问题;
5、本发明中,高铝粉煤灰的其它元素,如:硅、钛、铁、稼等,可以得到有效分离和利用,无水氯化钙、氯化镁等经过氧化反应可以转化为氧化钙和氧化镁等产品;
6、本发明中,采用相同的流程及方法,在煅烧阶段,可以通过调整煅烧温度获得不同的品级的氧化铝,当煅烧温度为100~350℃,煅烧分解生成化学品氧化铝;煅烧温度800~1200℃,煅烧分解生成冶金级氧化铝。
附图说明
图1为本发明的粉煤灰微波氯化制备金属铝的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实施例中,粉煤灰微波氯化制备金属铝的工艺流程图如图1所示。
实施例1
一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,包括以下步骤:
步骤1,粉煤灰微波加热氯化分解:
向含氧化铝质量分数为25%的高铝粉煤灰中加入碳,混合后一并粉碎,然后通入氯气,压力为常压,采用微波频率为2.5GHz微波流化床加热10min,达到800℃,恒温20min,将粉煤灰充分分解,得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中,按质量比,粉煤灰∶碳=1∶2,粉煤灰∶氯气=1∶4;
步骤2,分离净化,沉降氯化铝:
(1)除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体,经三级冷凝回收装置去除杂质,得到纯度大于99%的无水氯化铝产品,采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用旋风除尘器,控制冷却温度为200℃,使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在160℃,使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为100℃,使TiCl4以固体形式除去,同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制,得到纯度大于99%的无水氯化铝;
通过三级冷凝回收装置,无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中,排放的气体含有SiCl4、CO、CO2、Cl2、COCl2,经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后,得到四氯化硅产品,尾气最后排入大气;
(2)向99%的无水氯化铝中,加入氢氧化钠溶液,在70℃,搅拌20min,搅拌速率为200rpm,制得中间产物;其中,氢氧化钠溶液的浓度为100g/L,按质量比,100g/L氢氧化钠溶液:99%的无水氯化铝=7∶1;
(3)将中间产物,沉淀,过滤后,固液分离,得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液;
(4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气,将氯气返回步骤1循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用;
步骤3,煅烧分解:
将氢氧化铝沉淀,在950℃,煅烧50min,分解生成冶金级氧化铝;
步骤4,电解:
将冶金级氧化铝,电解,得到金属铝。
实施例2
一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,包括以下步骤:
步骤1,粉煤灰微波加热氯化分解:
向含氧化铝质量分数为30%的高铝粉煤灰中加入碳,混合后一并粉碎,然后通入氯气,压力为常压,采用微波频率为2.3GHz微波流化床加热30min,达到900℃,恒温10min,将粉煤灰充分分解,得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中,按质量比,粉煤灰∶碳=1∶1.5,粉煤灰∶氯气=1∶3;
步骤2,分离净化,沉降氯化铝:
(1)除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体,经三级冷凝回收装置去除杂质,得到纯度大于99%的无水氯化铝产品,采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用隔板干式收尘器,控制冷却温度为200℃,使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在160℃,使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为100℃,使TiCl4以固体形式除去,同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制,得到纯度大于99%的无水氯化铝;
通过三级冷凝回收装置,无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中,排放的气体含有SiCl4、CO、CO2、Cl2、COCl2,经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后,得到四氯化硅产品,尾气最后排入大气;
(2)向99%的无水氯化铝中,加入氢氧化钠溶液,在40℃,搅拌40min,搅拌速率为300rpm,制得中间产物;其中,氢氧化钠溶液的浓度为100g/L,按质量比,100g/L氢氧化钠溶液∶99%的无水氯化铝=7∶1;
(3)将中间产物,沉淀,过滤后,固液分离,得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液;
(4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气,将氯气返回步骤1循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用;
步骤3,煅烧分解:
将氢氧化铝沉淀,在1000℃,煅烧30min,分解生成冶金级氧化铝;
步骤4,电解:
将冶金级氧化铝,电解,得到金属铝。
实施例3
一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,包括以下步骤:
步骤1,粉煤灰微波加热氯化分解:
向含氧化铝质量分数为30%的高铝粉煤灰中加入碳,混合后一并粉碎,然后通入氯气,压力为常压,采用微波频率为2.5GHz微波流化床加热5min,达到700℃,恒温30min,将粉煤灰充分分解,得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中,按质量比,粉煤灰∶碳=1∶3,粉煤灰∶氯气=1∶5;
步骤2,分离净化,沉降氯化铝:
(1)除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体,经三级冷凝回收装置去除杂质,得到纯度大于99%的无水氯化铝产品,采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用隔板干式收尘器,控制冷却温度为200℃,使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在160℃,使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为90℃,使TiCl4以固体形式除去,同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制,得到纯度大于99%的无水氯化铝;
通过三级冷凝回收装置,无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中,排放的气体含有SiCl4、CO、CO2、Cl2、COCl2,经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后,得到四氯化硅产品,尾气最后排入大气;
(2)向99%的无水氯化铝中,加入氢氧化钠溶液,在60℃,搅拌30min,搅拌速率为300rpm,制得中间产物;其中,氢氧化钠溶液的浓度为150g/L,按质量比,150g/L氢氧化钠溶液∶99%的无水氯化铝=5∶1;
(3)将中间产物,沉淀,过滤后,固液分离,得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液;
(4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气,将氯气返回步骤1循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用;
步骤3,煅烧分解:
将氢氧化铝沉淀,在1200℃,煅烧20min,分解生成冶金级氧化铝;
步骤4,电解:
将冶金级氧化铝,电解,得到金属铝。
实施例4
一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,包括以下步骤:
步骤1,粉煤灰微波加热氯化分解:
向含氧化铝质量分数为40%的高铝粉煤灰中加入碳,混合后一并粉碎,然后通入氯气,压力为常压,采用微波频率为2.5GHz微波流化床加热10min,达到800℃,恒温30min,将粉煤灰充分分解,得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中,按质量比,粉煤灰∶碳=1∶3,粉煤灰∶氯气=1∶5;
步骤2,分离净化,沉降氯化铝:
(1)除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体,经三级冷凝回收装置去除杂质,得到纯度大于99%的无水氯化铝产品,采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用隔板干式收尘器,控制冷却温度为200℃,使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在160℃,使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为100℃,使TiCl4以固体形式除去,同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制,得到纯度大于99%的无水氯化铝;
通过三级冷凝回收装置,无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中,排放的气体含有SiCl4、CO、CO2、Cl2、COCl2,经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后,得到四氯化硅产品,尾气最后排入大气;
(2)向99%的无水氯化铝中,加入氢氧化钠溶液,在60℃,搅拌30min,搅拌速率为300rpm,制得中间产物;其中,氢氧化钠溶液的浓度为150g/L,按质量比,150g/L氢氧化钠溶液∶99%的无水氯化铝=5∶1;
(3)将中间产物,沉淀,过滤后,固液分离,得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液;
(4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气,将氯气返回步骤1循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用;
步骤3,煅烧分解:
将氢氧化铝沉淀,在1200℃,煅烧20min,分解生成冶金级氧化铝;
步骤4,电解:
将冶金级氧化铝,电解,得到金属铝。
实施例5
一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,包括以下步骤:
步骤1,粉煤灰微波加热氯化分解:
向含氧化铝质量分数为30%的高铝粉煤灰中加入碳,混合后一并粉碎,然后通入氯气,压力为常压,采用微波频率为2.3GHz微波流化床加热5min,达到300℃,恒温60min,将粉煤灰充分分解,得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中,按质量比,粉煤灰∶碳=1∶5,粉煤灰∶氯气=1∶7;
步骤2,分离净化,沉降氯化铝:
(1)除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体,经三级冷凝回收装置去除杂质,得到纯度大于99%的无水氯化铝产品,采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用隔板干式收尘器,控制冷却温度为180℃,使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在150℃,使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为80℃,使TiCl4以固体形式除去,同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制,得到纯度大于99%的无水氯化铝。
通过三级冷凝回收装置,无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中,排放的气体含有SiCl4、CO、CO2、Cl2、COCl2,经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后,得到四氯化硅产品,尾气最后排入大气;
(2)向99%的无水氯化铝中,加入氢氧化钠溶液,在30℃,搅拌40min,搅拌速率为200rpm,制得中间产物;其中,氢氧化钠溶液的浓度为150g/L,按质量比,150g/L氢氧化钠溶液∶99%的无水氯化铝=5∶1;
(3)将中间产物,沉淀,过滤后,固液分离,得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液;
(4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气,将氯气返回步骤1循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用;
步骤3,煅烧分解:
将氢氧化铝沉淀,在1200℃,煅烧20min,分解生成冶金级氧化铝;
步骤4,电解:
将冶金级氧化铝,电解,得到金属铝。
实施例6
一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,包括以下步骤:
步骤1,粉煤灰微波加热氯化分解:
向含氧化铝质量分数为40%的高铝粉煤灰中加入碳,混合后一并粉碎,然后通入氯气,压力为常压,采用微波频率为2.3GHz微波流化床加热60min,达到1200℃,恒温10min,将粉煤灰充分分解,得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中,按质量比,粉煤灰∶碳=1∶1,粉煤灰∶氯气=1∶2;
步骤2,分离净化,沉降氯化铝:
(1)除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体,经三级冷凝回收装置去除杂质,得到纯度大于99%的无水氯化铝产品,采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用隔板干式收尘器,控制冷却温度为250℃,使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在170℃,使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为120℃,使TiCl4以固体形式除去,同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制,得到纯度大于99%的无水氯化铝。
通过三级冷凝回收装置,无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中,排放的气体含有SiCl4、CO、CO2、Cl2、COCl2,经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后,得到四氯化硅产品,尾气最后排入大气;
(2)向99%的无水氯化铝中,加入氢氧化钠溶液,在100℃,搅拌20min,搅拌速率为300rpm,制得中间产物;其中,氢氧化钠溶液的浓度为150g/L,按质量比,150g/L氢氧化钠溶液∶99%的无水氯化铝=7∶1;
(3)将中间产物,沉淀,过滤后,固液分离,得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液;
(4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气,将氯气返回步骤1循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用;
步骤3,煅烧分解:
将氢氧化铝沉淀,在800℃,煅烧60min,分解生成冶金级氧化铝;
步骤4,电解:
将冶金级氧化铝,电解,得到金属铝。

Claims (9)

1.一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤1,粉煤灰微波加热氯化分解:
将粉煤灰中加入碳,混合均匀,通入氯气,压力为常压,采用微波流化床加热5~60min,达到300~1200℃,恒温10~60min,将粉煤灰充分分解,得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中,按质量比,粉煤灰∶碳=(1∶1)~(1∶5),粉煤灰∶氯气=(1∶2)~(1∶7);
步骤2,分离净化,沉降氯化铝:
(1)含氯化铝的多种氯化混合气体,经除杂和精制,制得纯度大于99%的无水氯化铝;
(2)向99%的无水氯化铝中,加入氢氧化钠溶液,在30~100℃,搅拌20~40min,搅拌速率为200~300rpm,制得中间产物;其中,氢氧化钠溶液的浓度为100~150g/L,按质量比,100-150g/L氢氧化钠溶液:99%的无水氯化铝=(5∶1)~(7∶1);
(3)将中间产物,沉淀,过滤后,固液分离,得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液;
(4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气,将氯气返回步骤1循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用;
步骤3,煅烧分解:
将氢氧化铝沉淀,在800~1200℃,煅烧20~60min,分解生成氧化铝;
步骤4,电解:
将冶金级氧化铝,电解,得到金属铝。
2.如权利要求1所述的粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,其特征在于,所述步骤1中,粉煤灰是指含氧化铝质量分数大于25%的高铝粉煤灰,高铝粉煤灰中氧化铝和氧化硅含量之和大于75%。
3.如权利要求1所述的粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,其特征在于,所述步骤1中,将粉煤灰与碳混和均匀是指将粉煤灰、碳按比例混合后一并粉碎。
4.如权利要求1所述的粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,其特征在于,所述步骤1中,其中,按质量比,粉煤灰∶碳=1∶2。
5.如权利要求1所述的粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,其特征在于,所述步骤1中,微波流化床的微波频率为2.3~2.5GHz。
6.如权利要求1所述的粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,其特征在于,所述步骤1中,微波流化床加热5~10min,达到800℃,恒温20min。
7.如权利要求1所述的粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,其特征在于,所述步骤2(1)中,除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体,经三级冷凝回收装置去除杂质,得到纯度大于99%的无水氯化铝产品,采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用隔板干式收尘器或旋风除尘器,控制冷却温度为180~250℃,使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在150~170℃,使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为80~120℃,使TiCl4以固体形式除去,同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制,得到纯度大于99%的无水氯化铝。
8.如权利要求7所述的粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,其特征在于,所述的步骤2(1)中,通过三级冷凝回收装置,在第二级冷凝后,得到的气态物质中,AlCl3质量百分含量大于等于10%时,进行二次捕集得到AlCl3,然后进行真空升华精制,得到纯度大于99%的无水氯化铝产品。
9.如权利要求7所述的粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法,其特征在于,所述步骤2(1)中,通过三级冷凝回收装置,无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中,排放的气体含有SiCl4、CO、CO2、Cl2、COCl2,经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后,得到四氯化硅产品,尾气最后排入大气。
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