CN1072656A - 氢氧化铝的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可用低铝硅比的矿料，如高岭 土，粘土等生产氢氧化铝的方法。本发明是将经粉 碎、焙烧的矿料在加热条件下与硫酸铵反应，反应后 的物料用水浸取，用现有技术中的除铁手段去除其中 的铁，分离后的清液加入硫酸铵，经浓缩，冷却得到明 矾晶体，再加入氨水使其产生氢氧化铝。本发明采用 新的技术措施，使氢氧化铝在反应体系中大部以晶型 沉淀，使氢氧化铝的分离大大简化。

Description

本发明涉及一种用酸法对经粉碎、活化焙烧的含氧化铝矿料进行处理，处理后物料用水浸取，加入除铁剂，进行固液分离，液体中加硫酸铵纯化，经浓缩、冷却后加入氨水使反应体系中氢氧化铝经分离、洗涤、脱水烘干处理，以制取固态氢氧化铝的方法。这里的含氧化铝矿料指铝钒土或其它含氧化铝的矿料，特别是铝硅比较低的矿料，如粘土矿，高岭土等。

用高铝硅比的矿料生产氢氧化铝均采用拜耳法（即碱法）。而这种成熟的生产方法不适用于用低铝硅比的矿料生产氢氧化铝。由于资源问题的困扰及世界铝需求量的增加，寻找一种可用低铝硅比的矿料生产氢氧化铝的方法已成为当今铝工业急待解决的课题。

利用低铝硅比的矿料，如高岭土，生产氢氧化铝现公开的方法有如下几类：

1、酸分解法

即用盐酸、硝酸或硫酸对已经焙烧的矿料进行处理，制取氢氧化铝。这类方法在生产中均存在着除铁等杂质困难的不足。此外，由于酸难以回收，造成生产中对大气、水质的污染。

2、亚硫酸分解法

本法是用亚硫酸为分解剂对焙烧活化后的矿料进行处理，并对所得的亚硫酸盐进一步处理得到纯度较高的酸式亚硫酸二羟盐，以此除去杂质。提纯后的产物经加碱中和得到氢氧化铝。但这种方法所用原料-亚硫酸难以储存，而且分解矿料时需高压长时间浸取。

3、硫酸氢铵分解法：

本法是在压煮器中用硫酸氢铵高压分解已焙烧的矿料。分解后固液分离，在液体中加硫酸铵，然后进行浓缩，冷却使铵明矾结晶。加入氨水使反应体系中产生氢氧化铝。这一方法使除铁等杂质较为简便，而且整个工艺可以是一个闭路循环系统，因此是一种比前述方法更好的工艺。但是此方法需高压浸取，且硫酸铵转为硫酸氢铵过程中耗能较高。

上述方法参见《氧化铝和铝》一书（冶金工业出版社，W·富尔达，H·金诗伯著）。

由于前述各类方法存在的不足，致使这些方法没有在实际工业生产中采用。

本发明的目的是提供一种可克服前述现有技术不足，在生产过程中除铁，硅杂质较容易、简便，且无需高压浸取，适于工业使用的用低铝硅比矿物生产氢氧化铝的方法。

本发明是在将焙烧后的含氧化铝矿料与硫酸铵在加热条件下进行反应，使反应体系中产生铝盐，其主反应式如下：

在此反应中可采用下述已知方法除铁。将含铁的硫酸铝用高锰酸钾和硫酸锰在70℃下处理30分钟，其中高锰酸钾与硫酸锰的分子比为2∶3。或采用H₂O₂-BaS体系除铁。由于在本发明中硅不参与反应，所以可直接通过后续的固液分离将其滤去。经除铁后进行固液分离，分离后液体中加入硫酸铵，体系中生成铵明矾，经浓缩，冷却后加入氨水使反应体系中产生氢氧化铝。上述反应方程如下：

对反应产物可采用现有技术将氢氧化铝与硫酸铵分离，对氢氧化铝进行洗涤、脱水、烘干后即得固态氢氧化铝。

本方法的工艺流程图见图1。

采用本方法时氧化铝与硫酸铵反应中产生的氨经回收可在后续工序中使用，而生成氢氧化铝后产生的硫酸铵母液及洗涤等工序产生的滤液经浓缩后又可返回前工序使用。，由此可见本方法可成一闭路循环系统。

本发明中参与和矿料中氧化铝反应的硫酸铵重量与矿料中氧化铝重量比为1∶3.7～4为好。

本发明中硫酸铵加入时应在温度低于或等于300℃±20℃，以减小硫酸铵过多的分解。反应温度控制在400～500℃内最好。

本发明的最佳反应条件由后述实施例给出。

利用本发明进行实际生产时，按现有技术在铵明矾溶液中加入氨水将使反应体系产生胶体，使其分离等后处理遇到困难。本发明在此提供一种可使反应体系中氢氧化铝产生晶型或主要是晶型沉滤的方法。其方法是加入氨水浓度大于15%;或者，加入氨水浓水小于6%。氨加入量最好符合下条件，即铵明矾结晶重量与加入的氨重量比为8.8～8.9。

本发明所提供的方法适用于用低铝硅比的矿料生产氢氧化铝，从原理上讲也同样适于用高铝硅比的矿料生产氢氧化铝。因此本发明的公开为氢氧化铝的生产提供了新的生产方法。将本发明与现有的焙烧工艺结合，即可生产供电解铝所用的氧化铝，因此，发明为铝工业提供了新的原料来源。此外，由于本发明是固相反应，且反应原料回收非常容易，整个工艺可成为闭路循环系统，故而在生产中基本上不会产生对大气或水质的污染。而且从分析来看，本发明的生产成本将低于前述现有的酸法等技术的生产成本。在实施本发明时采且本发明提供的反应温度控制条件，特别是用权利要求4所述的分段温度控制方法，可得到最大的铝转化率和硫酸铵收率。在本发明中，因采取必要的技术措施，使氢氧化铝形成晶型沉淀，可大大简化氢氧化铝的分离工作。

以下提供本发明的实施例，其中前三个实施例中矿料与硫酸铵的反应在不锈钢制的反应炉内进行，反应炉外用煤火加热。第四实施例在管式电炉中进行反应。所加除铁，剂为高锰酸钾和硫酸锰，其中高锰酸钾和硫酸锰分子比为2∶3。

例1：

50分斤经粉碎，焙烧的高岭土（Al₂O₃35%）与66公斤硫酸铵混匀，在炉温为280℃时加入炉内，然后连续升温，在3.5小时内升温至480℃±20℃，共反应4.5小时，炉内PH值为5-6，出料后用水浸取，加入除铁剂进行处理，固液分离，清液中补加硫酸铵22公斤。浓缩、冷却后得明矾结晶112公斤。加入22%氨水60公斤，此时形成氢氧化铝晶形沉淀达90%以上。经洗涤、脱水、烘干后收得氢氧化铝20公斤，铝转化率73.1%。回收硫酸铵75公斤，回收率85.0%。

例2

50公斤经破碎，焙烧的高岭土（Al₂O₃35%）与69公斤硫酸铵混匀，于炉温300℃时入炉。连续升温，在3小时内升温至480℃±20℃，共反应4小时后炉内PH值达5～6，出料后水浸取，加除铁剂后进行固液分离，清液中补加硫酸铵22公斤，浓缩冷却后加入15%氨水92公斤，氢氧化铝晶型沉淀达90%以上，离心分离后经洗涤、脱水、烘干后得氢氧化铝21公斤，铝转化率76.8%。回收硫酸铵77公斤，收率84%

例3

50公斤矿料（与前例相同），与69公斤硫酸铵混匀，炉温300℃时进料，40分钟内反应炉升温至360℃±20℃，在360℃±20℃保温1.5～2小时，然后在10分钟内升温至420℃±20℃保温1.5～2小时，在10分钟内再次升温至480℃～500℃，并保温1.5～2小时，当炉内PH值达5～6时出炉，水浸取后加入除铁剂，固液分离后，清液中加硫酸铵22公斤，浓缩、冷却后得铵明矾晶体126公斤，加入5%氨水288公斤，氢氧化铝晶型沉淀达90%以上，离心分离后经洗涤、脱水、烘干收得氢氧化铝22公斤，铝转化率80.4%，回收硫酸铵78公斤，收率86%。

例4

50g经粉碎，焙烧的粘土（Al₂O₃30%）与52g硫酸铵混匀，于300℃加入炉内于30分钟升温至360℃，在360℃±20℃保温1.5小时，10分钟内升温至420℃，在420℃±20℃保温2小时，15分钟内再次升温至480℃，在480℃～500℃内保温1.5小时，炉内PH值5～6时出炉，用水浸取后加除铁剂，固液分离，清液加硫酸铵22g，浓缩，冷却后，加4%氨水311g，氢氧化铝晶型沉淀达90%以上，离心分离以后，氢氧化铝经洗涤，脱水、烘干后得氢氧化铝19g，铝转化率81.0%，回收硫酸铵61g，回收率82%。

当反应矿料数量大于上述实施例所给值时，其反应温度中加热时间将有所延长。

Claims (9)

1、利用含氧化铝的矿料经粉碎、活化焙烧后用酸法处理，处理后物料用水浸取，加入除铁剂，进行固液分离，液体中加硫酸铵纯化，经深缩、冷却加入氨水使反应体系中产生氢氧化铝，经分离、洗涤、脱水、烘干处理制取固态氢氧化铝的方法，其特征在于焙烧后的矿料与硫酸铵在加热条件下进行反应。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是与矿料在加热条件下反应的硫酸铵重量与矿料中氧化铝重量比为1∶3.7～4。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于硫酸铵加入时温度应低于或等于300℃±20℃，反应时温度应高于400℃低于500℃。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于硫酸铵与矿料的反应条件如下控制：

a、300℃时加入矿料和混匀的硫酸铵，

b、在30～60分钟内将炉温升至360℃±20℃，到温后保温1.5～2小时，

c、在10～30分钟内将炉温升至420℃±20℃，保温1.5～2小时，

d、在10～30分钟内将炉温再升至480℃～500℃，保温1.5～2小时，炉内PH值为5～6时，出料。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于加氨水处理时氨水浓度应大于或等于15%。

6、根据权利要求1、2、3、或4所述的方法，其特征在于加氨水处理时氨水浓度应小于6%。

7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于加氨水处量时体系中铵明矾结晶重量与加入氨重量比为8.8～8.9。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于加氨水处理时体系中铵明矾结晶重量与加入氨重量比为8.8～8.9。

9、氢氧化铝，其特征在于其生产方法为权利要求1-8中所述的任一方法。

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