CN108658048A - 一种制酸联产远红外线材料的工艺 - Google Patents

一种制酸联产远红外线材料的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种制酸联产远红外线材料的工艺，包括如下步骤：将磷石膏、低品铝土矿、添加剂和改性剂混合研磨制成生料，焙烧得熟料；熟料溶出，并进行固液分离；将分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；将硫化物加工制得硫酸；将分离得到的溶液制备高纯氧化铝粉；将高纯氧化铝粉与氧化铁、氧化锌、氧化钴、氧化镍、氧化锰和氧化铜混合经球磨得到混合细料；将混合细料烧结得远红外线材料。本发明具有制酸和制备远红外线材料成本低，磷石膏及低品铝土矿的利用率高，工艺简单，制备的远红外线材料吸附性能好、能提高药物吸收速度、与人体接触安全性能高的特点。

Description

一种制酸联产远红外线材料的工艺
技术领域
本发明涉及一种制酸联产远红外线材料的工艺，属于冶金化工领域。
背景技术
我国铝土矿大部分为一水硬铝石型，占到资源总量的98%以上，特点是高硅、高铝、低铁，矿石整体铝硅比较低，80%以上的是中低品铝土矿，低品位铝土矿中铝硅比小于4，铝硅比大于9的矿石仅18.5%左右，因此开发中低品铝土矿资源，是实现我国氧化铝工业可持续发展的必经之路。
磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，其主要成分为硫酸钙（CaSO4），其含量一般可达到70-90%左右。此外，磷石膏还含有多种杂质：未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等。我国每年排放磷石膏约2000万吨，累计排量近亿吨。磷石膏在建材方面的利用率不到5%，大量磷石膏渣场占用土地，严重污染环境。
现有的远红外线材料中，远红外线材料无需高温即可释放出8-12微米的远红外线，并且材料为高表面积的孔隙材料，对医疗用外用制剂常用的挥发性成分有良好的吸附作用，同时材料为金属氧化物，不具备生物活性，与人体接触安全性能高，系医疗用外用制剂辅料的优良选择，应用于医疗用外用制剂辅料，可扩大药物透皮吸收通道，使药物吸收过程转变为主动释放过程，提高药物吸收速度，但是在远红外线材料的生产中，远红外线材料的制备原料中含有大量的高纯氧化铝粉，而由于该高纯氧化铝粉制作工艺复杂、生产成本高，导致高纯氧化铝粉成品价格贵，大大的增加了远红外线材料的生产成本。
现目前，针对磷石膏和低品铝土矿的综合利用的技术很少，基本上集中在建材和铺路等传统领域，这造成了磷石膏和低品铝土矿中大量高价值成分的浪费，附加值非常低。而将磷石膏和低品铝土矿综合利用来制酸，同时联产远红外线材料的工艺，未见报道。
发明目的
本发明的目的在于，提供一种制酸联产远红外线材料的工艺。本发明具有制酸和制备远红外线材料成本低，磷石膏及低品铝土矿的利用率高，工艺简单，制备的远红外线材料吸附性能好、能提高药物吸收速度、与人体接触安全性能高的特点。
本发明的技术方案
一种制酸联产远红外线材料的工艺，包括如下步骤：
A、将磷石膏、低品铝土矿、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为4-6:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于30-50%的富氧环境下，在800-1200℃下焙烧3-5h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
E、将步骤B分离得到的溶液加入氧化钙恒温搅拌，过滤得高纯偏铝酸钠溶液，向高纯偏铝酸钠溶液中通入CO2气体至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后得氢氧化铝；
F、将步骤E制得的氢氧化铝加入盐酸搅洗3-4次，再进行搅拌水洗，水洗至滤液呈中性，得高纯氢氧化铝，将高纯氢氧化铝焙烧，得高纯氧化铝粉；
G、将步骤F制得的高纯氧化铝粉与氧化铁、氧化锌、氧化钴、氧化镍、氧化锰和氧化铜混合经球磨得到混合细料；将混合细料烧结得远红外线材料。
前述的制酸联产远红外线材料的工艺中，步骤A中，所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
前述的制酸联产远红外线材料的工艺中，步骤A中，所述的生料中，磷石膏和低品铝土矿按照1:0.9-1.9重量比的比例混合，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的10-25%。
前述的制酸联产远红外线材料的工艺中，步骤A中，所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
前述的制酸联产远红外线材料的工艺中，步骤A中，是在温度1100-1350℃下焙烧时间1-2h。
前述的制酸联产远红外线材料的工艺中，步骤E中，所述氧化钙的用量为7-12g/L；其中将步骤B分离得到的溶液加入分析纯氧化钙恒温搅拌时的温度为80-90℃，搅拌时间为1.5-2h。
前述的制酸联产远红外线材料的工艺中，步骤F中，所述盐酸的浓度为40-60g/L，温度为40-60℃；所述高纯氢氧化铝焙烧的焙烧温度为350-600℃，焙烧时间为2-3h。
前述的制酸联产远红外线材料的工艺中，步骤G中，按重量份计，所述远红外线材料包含高纯氧化铝粉70-80份、氧化铁8-14份、氧化锌1-2份、氧化钴4-6份、氧化镍3-5份、氧化锰1-3份和氧化铜2-4份。
前述的制酸联产远红外线材料的工艺中，步骤G中，所述混合细料的粒径为5-15μm。
前述的制酸联产远红外线材料的工艺中，步骤G中，所述烧结是在温度为750-850℃，烧结4-5h。
本发明通过将磷石膏和低品铝土矿反应、重组，使之成为有用物质。原理的总反应式为：
CaSO4（磷石膏）+ Na2O·SiO2·Al2O3（低品铝土矿）→ Na2O·Al2O3 + CaO·SiO2↓ +[硫]
从该反应式可知，用磷石膏中的CaO与低品铝土矿中的SiO2生成原硅酸钙（ CaO·SiO2↓）后，得到可溶性极好的铝酸钠（Na2O·Al2O3）。反应式中的[硫]，是指通过生料加添加剂和改性剂工艺，生成的金属硫化物；浸出熟料中的铝酸钠后，将得到的沉淀物浮选即可得到金属硫化物。
有益效果
1、本发明通过利用磷石膏和低品铝土矿作为原料，并加入添加剂和改性剂之后，在高温焙烧的工艺下得到主要含硅酸盐、铝酸盐和硫化物的熟料，而该铝酸盐的主要成分为铝酸钠，将铝酸钠水溶出后即可进行回收，而固体残渣浮选之后，得到硫化物，采用硫化物制备硫酸，通过回收的铝酸钠制备高纯氧化铝粉，将高纯氧化铝粉与其它原料制备远红外线材料，由于整个工艺中主要以磷石膏和低品铝土矿为原料，添加少量其他物质即可，因此，大大降低了制酸和远红外线材料的成本投入。还大大增加了磷石膏和低品铝土矿的利用率，为缓解磷石膏对环境的污染和充分利用低品铝土矿具有重要的贡献。
2、本发明将工艺中的固体残渣浮选之后，得到硫化物，采用硫化物制备硫酸，制酸的成本低，制酸工艺简单。
3、本发明通过的原料通过焙烧后，得到的成分分明，铝主要以铝酸钠形式存在，利用铝酸钠极易溶于水的特性，可简单快速的将其分离并用于制备高纯氧化铝粉，将高纯氧化铝粉与其它原料制备远红外线材料，远红外线材料吸附性能好、能提高药物吸收速度、与人体接触安全性能高，远红外线材料成本低。
为进一步证明本发明远红外线材料的效果，发明人进行以下实验；
1、发明人分别将以下五组实施例中的远红外线材料作为辅料的贴膏，对照组采用普通材料作为辅料的贴膏，其内有效组分含量均为120mg/片，同时置于透皮试验仪透皮装置内，测定单位时间内贴膏药物成分透过离体动物皮扩散至100ml的溶液内药物浓度，及经10h后贴膏内残余药物成分含量，其中：损失量=120（mg）-10h溶液内药物浓度（mg/ml）×100ml-残留含量（mg），其实验结果如下：
通过对表1远红外线材料的实验结果分析可知，本发明的远红外线材料的单位时间溶液内药物浓度高、残留含量少、损失量小，所以本发明的远红外线材料吸附性能好、能提高药物吸收速度、且与人体接触安全性能高的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1：一种制酸联产远红外线材料的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、低品铝土矿、碳酸钠和无烟煤混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1100℃下焙烧时间2h，制得熟料；其中，磷石膏和低品铝土矿按照1:0.9重量比的比例混合，碳酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，无烟煤的混合比例为生料总重量的10%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为4:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于30%的富氧环境下，在800℃下焙烧5h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
E、将步骤B分离得到的溶液加入氧化钙恒温搅拌，过滤得高纯偏铝酸钠溶液，向高纯偏铝酸钠溶液中通入CO2气体至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后得氢氧化铝；其中所述氧化钙的用量为7g/L；其中将步骤B分离得到的溶液加入分析纯氧化钙恒温搅拌时的温度为80℃，搅拌时间为1.5h；
F、将步骤E制得的氢氧化铝加入盐酸搅洗4次，再进行搅拌水洗，水洗至滤液呈中性，得高纯氢氧化铝，将高纯氢氧化铝焙烧，得高纯氧化铝粉；其中所述盐酸的浓度为40g/L，温度为40℃；所述高纯氢氧化铝焙烧的焙烧温度为350℃，焙烧时间为2h，所得高纯氧化铝粉的纯度为99.991%；
G、将步骤F制得的高纯氧化铝粉与氧化铁、氧化锌、氧化钴、氧化镍、氧化锰和氧化铜混合经球磨得到混合细料，混合细料的粒径为5-15μm；将混合细料在温度为750℃，烧结4h得远红外线材料；其中按重量份计，所述远红外线材料包含高纯氧化铝粉70份、氧化铁8份、氧化锌1份、氧化钴4份、氧化镍3份、氧化锰1份和氧化铜2份。
实施例2：一种制酸联产远红外线材料的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、低品铝土矿、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1200℃下焙烧时间1.5h，制得熟料；其中，磷石膏和低品铝土矿按照1:1.1重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的15%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为5:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于35%的富氧环境下，在900℃下焙烧4h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
E、将步骤B分离得到的溶液加入氧化钙恒温搅拌，过滤得高纯偏铝酸钠溶液，向高纯偏铝酸钠溶液中通入CO2气体至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后得氢氧化铝；其中所述氧化钙的用量为9g/L；其中将步骤B分离得到的溶液加入分析纯氧化钙恒温搅拌时的温度为85℃，搅拌时间为2h；
F、将步骤E制得的氢氧化铝加入盐酸搅洗3次，再进行搅拌水洗，水洗至滤液呈中性，得高纯氢氧化铝，将高纯氢氧化铝焙烧，得高纯氧化铝粉；其中所述盐酸的浓度为45g/L，温度为45℃；所述高纯氢氧化铝焙烧的焙烧温度为450℃，焙烧时间为2.5h，所得高纯氧化铝粉的纯度为99.991%；
G、将步骤F制得的高纯氧化铝粉与氧化铁、氧化锌、氧化钴、氧化镍、氧化锰和氧化铜混合经球磨得到混合细料，混合细料的粒径为5-15μm；将混合细料在温度为770℃，烧结5h得远红外线材料；其中按重量份计，所述远红外线材料包含高纯氧化铝粉73份、氧化铁10份、氧化锌1.5份、氧化钴5份、氧化镍4份、氧化锰2份和氧化铜3份。
实施例3：一种制酸联产远红外线材料的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、低品铝土矿、烧碱和煤矸石混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1300℃下焙烧时间1.4h，制得熟料；其中，磷石膏和低品铝土矿按照1:1.3重量比的比例混合，碳酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1.2添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的20%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为6:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于45%的富氧环境下，在1000℃下焙烧3h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
E、将步骤B分离得到的溶液加入氧化钙恒温搅拌，过滤得高纯偏铝酸钠溶液，向高纯偏铝酸钠溶液中通入CO2气体至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后得氢氧化铝；其中所述氧化钙的用量为11g/L；其中将步骤B分离得到的溶液加入分析纯氧化钙恒温搅拌时的温度为90℃，搅拌时间为1.5h；
F、将步骤E制得的氢氧化铝加入盐酸搅洗4次，再进行搅拌水洗，水洗至滤液呈中性，得高纯氢氧化铝，将高纯氢氧化铝焙烧，得高纯氧化铝粉；其中所述盐酸的浓度为50g/L，温度为60℃；所述高纯氢氧化铝焙烧的焙烧温度为550℃，焙烧时间为3h，所得高纯氧化铝粉的纯度为99.993%；
G、将步骤F制得的高纯氧化铝粉与氧化铁、氧化锌、氧化钴、氧化镍、氧化锰和氧化铜混合经球磨得到混合细料，混合细料的粒径为5-15μm；将混合细料在温度为800℃，烧结4h得远红外线材料；其中按重量份计，所述远红外线材料包含高纯氧化铝粉76份、氧化铁12份、氧化锌1.5份、氧化钴5份、氧化镍5份、氧化锰3份和氧化铜4份。
实施例4：一种制酸联产远红外线材料的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、低品铝土矿、碳酸钠和煤矸石混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1350℃下焙烧时间1h，制得熟料；其中，磷石膏和低品铝土矿按照1:1.6重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的25%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为5:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于45%的富氧环境下，在1200℃下焙烧3h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
E、将步骤B分离得到的溶液加入氧化钙恒温搅拌，过滤得高纯偏铝酸钠溶液，向高纯偏铝酸钠溶液中通入CO2气体至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后得氢氧化铝；其中所述氧化钙的用量为12g/L；其中将步骤B分离得到的溶液加入分析纯氧化钙恒温搅拌时的温度为90℃，搅拌时间为2h；
F、将步骤E制得的氢氧化铝加入盐酸搅洗3次，再进行搅拌水洗，水洗至滤液呈中性，得高纯氢氧化铝，将高纯氢氧化铝焙烧，得高纯氧化铝粉；其中所述盐酸的浓度为55g/L，温度为55℃；所述高纯氢氧化铝焙烧的焙烧温度为600℃，焙烧时间为2h，所得高纯氧化铝粉的纯度为99.99%；
G、将步骤F制得的高纯氧化铝粉与氧化铁、氧化锌、氧化钴、氧化镍、氧化锰和氧化铜混合经球磨得到混合细料，混合细料的粒径为5-15μm；将混合细料在温度为820℃，烧结5h得远红外线材料；其中按重量份计，所述远红外线材料包含高纯氧化铝粉78份、氧化铁13份、氧化锌1.5份、氧化钴6份、氧化镍4份、氧化锰2份和氧化铜3份。
实施例5：一种制酸联产远红外线材料的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、低品铝土矿、硫酸钠和无烟煤混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1200℃下焙烧时间2h，制得熟料；其中，磷石膏和低品铝土矿按照1:1.9重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，无烟煤的混合比例为生料总重量的20%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为4:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于50%的富氧环境下，在1100℃下焙烧4h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
E、将步骤B分离得到的溶液加入氧化钙恒温搅拌，过滤得高纯偏铝酸钠溶液，向高纯偏铝酸钠溶液中通入CO2气体至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后得氢氧化铝；其中所述氧化钙的用量为10g/L；其中将步骤B分离得到的溶液加入分析纯氧化钙恒温搅拌时的温度为85℃，搅拌时间为2h；
F、将步骤E制得的氢氧化铝加入盐酸搅洗4次，再进行搅拌水洗，水洗至滤液呈中性，得高纯氢氧化铝，将高纯氢氧化铝焙烧，得高纯氧化铝粉；其中所述盐酸的浓度为50g/L，温度为60℃；所述高纯氢氧化铝焙烧的焙烧温度为500℃，焙烧时间为2.5h，所得高纯氧化铝粉的纯度为99.992%；
G、将步骤F制得的高纯氧化铝粉与氧化铁、氧化锌、氧化钴、氧化镍、氧化锰和氧化铜混合经球磨得到混合细料，混合细料的粒径为5-15μm；将混合细料在温度为850℃，烧结5h得远红外线材料；其中按重量份计，所述远红外线材料包含高纯氧化铝粉80份、氧化铁14份、氧化锌2份、氧化钴6份、氧化镍5份、氧化锰3份和氧化铜4份。

Claims (10)

1.一种制酸联产远红外线材料的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A、将磷石膏、低品铝土矿、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为4-6:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于30-50%的富氧环境下，在800-1200℃下焙烧3-5h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
E、将步骤B分离得到的溶液加入氧化钙恒温搅拌，过滤得高纯偏铝酸钠溶液，向高纯偏铝酸钠溶液中通入CO2气体至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后得氢氧化铝；
F、将步骤E制得的氢氧化铝加入盐酸搅洗3-4次，再进行搅拌水洗，水洗至滤液呈中性，得高纯氢氧化铝，将高纯氢氧化铝焙烧，得高纯氧化铝粉；
G、将步骤F制得的高纯氧化铝粉与氧化铁、氧化锌、氧化钴、氧化镍、氧化锰和氧化铜混合经球磨得到混合细料；将混合细料烧结得远红外线材料。
2.根据权利要求1所述的制酸联产远红外线材料的工艺，其特征在于：步骤A中，所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
3.根据权利要求1所述的制酸联产远红外线材料的工艺，其特征在于：步骤A中，所述的生料中，磷石膏和低品铝土矿按照1:0.9-1.9重量比的比例混合，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的10-25%。
4.根据权利要求1所述的制酸联产远红外线材料的工艺，其特征在于：步骤A中，所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
5.根据权利要求1所述的制酸联产远红外线材料的工艺，其特征在于：步骤A中，是在温度1100-1350℃下焙烧时间1-2h。
6.根据权利要求1所述的制酸联产远红外线材料的工艺，其特征在于：步骤E中，所述氧化钙的用量为7-12g/L；其中将步骤B分离得到的溶液加入分析纯氧化钙恒温搅拌时的温度为80-90℃，搅拌时间为1.5-2h。
7.根据权利要求1所述的制酸联产远红外线材料的工艺，其特征在于：步骤F中，所述盐酸的浓度为40-60g/L，温度为40-60℃；所述高纯氢氧化铝焙烧的焙烧温度为350-600℃，焙烧时间为2-3h。
8.根据权利要求1所述的制酸联产远红外线材料的工艺，其特征在于：步骤G中，按重量份计，所述远红外线材料包含高纯氧化铝粉70-80份、氧化铁8-14份、氧化锌1-2份、氧化钴4-6份、氧化镍3-5份、氧化锰1-3份和氧化铜2-4份。
9.根据权利要求1所述的制酸联产远红外线材料的工艺，其特征在于：步骤G中，所述混合细料的粒径为5-15μm。
10.根据权利要求1所述的制酸联产远红外线材料的工艺，其特征在于：步骤G中，所述烧结是在温度为750-850℃，烧结4-5h。
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