CN109809452A

CN109809452A - 一种水化石榴石中氧化铝的回收方法

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Publication number: CN109809452A
Application number: CN201910252880.4A
Authority: CN
Inventors: 周秋生; 王彪; 王一霖; 程路伟; 齐天贵; 李小斌; 彭志宏; 刘桂华
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2019-05-28

Abstract

本发明公开了一种水化石榴石中氧化铝的回收方法，属于资源回收技术领域。本发明将水化石榴石与一定量的碱液混合均匀制备生料浆，对其进行低温焙烧，将焙烧产物置于碱溶液中低温浸出，浸出后固液分离得到铝酸钠溶液与浸出渣。本发明可以从水化石榴石中高效回收氧化铝，回收率可以达到90％以上，且具有焙烧过程温度低和流程短的特点，有利于能源节约和环境保护，体现出较高的工业推广价值。

Description

一种水化石榴石中氧化铝的回收方法

技术领域

本发明一种水化石榴石中氧化铝的回收方法，涉及资源回收技术领域。

背景技术

拜耳法氧化铝生产过程中，会产生大量的赤泥，主要成分为钠硅渣(Na₂O·Al₂O₃·1.7SiO₂·2H₂O)和水化石榴石(3CaO·Al₂O₃·xSiO₂·(6-2x)H₂O)，造成溶出过程氧化钠和氧化铝的损失。从赤泥中回收碱和铝的方法有高压水化学法、石灰烧结法、石灰—二氧化碳转型法和酸法等，高压水化学法对碱度要求很高，能耗大，流程复杂，作业困难。同时陈化时间过长等问题限制了该法的工业化应用；石灰烧结法流程短，设备成熟，易于工业化生产，但是存在配钙量大、能耗高的缺点；钠硅渣石灰-二氧化碳转型法工艺条件温和，能较大程度上实现铝和钠的回收，但是存在流程长和物料循环量大等问题。

钠硅渣加石灰水热法脱碱后主要物相为水化石榴石，分子式为3CaO·Al₂O₃·SiO₂·4H₂O，属难溶固体化合物，是造成铝损失的主要原因，需对其加以回收利用。湿法回收工艺采用通二氧化碳的方法来分解水化石榴石以回收氧化铝，虽然条件较温和，但氧化铝回收率较低，且过程繁杂，物料循环量大，至今未实现工业化。本专利针对钠硅渣加石灰水热法脱碱后生成的水化石榴石，提出了火法烧结工艺，能够高效低耗地回收水化石榴石中的氧化铝。

通过专利检索，中国专利申请号：201510189709.5，申请日：2015年4月21日，发明创造名称为：一种将拜耳法赤泥中铝从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的方法，该申请案将拜耳法赤泥干燥后，磨成粒度为80～200目细粉，向细粉中加入细粉质量2～8％的碳氢有机粘结剂混合均匀，再用手工揉捏或者制粒机制成粒径为1～5mm圆颗粒；将圆颗粒微波焙烧20～100min，最后在400～800℃的条件下保温10～60min，即能获得从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的拜耳法赤泥圆颗粒。该申请案虽然对于水化石榴石中铝有一定的回收效果，但需将赤泥烘干、制粒和焙烧，过程较复杂，氧化铝回收效率较低，不利于工业推广。

发明内容

本发明提供了一种火法处理水化石榴石以回收氧化铝的方法，通过水化石榴石与碱溶液混合焙烧，并用碱浸出，进而高效、便捷、低成本地回收铝矿物。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种水化石榴石中氧化铝的回收方法，将水化石榴石与一定量的碱液混合均匀制备生料浆，对生料浆进行低温焙烧，将焙烧产物置于碱溶液中低温浸出，浸出后经固液分离得到铝酸钠溶液与浸出渣。

一种水化石榴石中氧化铝的回收方法，具体步骤包括：

S1、将水化石榴石与碱液混合均匀制备生料浆；

S2、把生料浆进行焙烧处理；

S3、将焙烧产物置于浸出剂中进行浸出，浸出浆液经固液分离得到铝酸钠溶液和浸出渣。

更进一步说，步骤S1中所述的碱液为碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液、碳酸氢钠溶液中的一种或几种，碱液和水化石榴石的液固比为0.5～3.5mL/g。

更进一步说，步骤S1所述的生料浆中氧化钠与氧化铝的摩尔比为0.5～3:1。

更进一步说，步骤S2所述的焙烧温度为200℃～800℃，焙烧时间为0.5h～5h。

更进一步说，步骤S3所述的浸出剂为碳酸钠溶液、碳酸氢钠、氢氧化钠溶液中的一种或几种，浓度为5g/L～300g/L。

更进一步说，步骤S3在浸出过程中同时进行搅拌，浸出时间为0.2h～3h，浸出温度为25℃～100℃。

更进一步说，步骤S3所述的浸出渣的成分为硅酸钙和/或碳酸钙，铝酸钠溶液经晶种分解或碳分分解可回收得到氧化铝。

本发明还提供了上述方法采用的系统，包括：生料单元、焙烧单元、浸出单元。

其中，生料单元与焙烧单元连接，焙烧单元与浸出单元连接。

更进一步的说，所述的生料单元包括搅拌槽；焙烧单元包括回转窑；浸出单元包括反应釜和高速离心机。

采用本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明先将水化石榴石与碱液混合均匀，制成生料浆后进行焙烧，然后将焙烧产物在低碱浓度溶液中浸出，固液分离后获得浸出渣和浸出液，水化石榴石中铝回收率可以达到90％以上，极大程度地提高了水化石榴石中氧化铝的回收率。

(2)本发明在将水化石榴石与碱液混合均匀，制备成生料浆焙烧时，焙烧温度为200℃～800℃，焙烧温度较低，减少了能源消耗，经济成本较低。

(3)本发明只需先将水化石榴石与碱液混合均匀，制备成生料浆，对其焙烧，然后再对焙烧产物进行浸出操作，步骤简单，方便可行。

(4)本发明的在浸出操作后，铝酸钠溶液与浸出渣易于固液分离，操作简单。

(5)本发明的一种从水化石榴石中回收氧化铝的方法，流程短，步骤少，回收效率高，经济成本低，有利于环境保护，具有较高的工业推广价值。

附图说明

图1为本发明的提供的一种水化石榴石中氧化铝的回收方法的流程图。

图2为本发明的一种水化石榴石中氧化铝的回收方法采用的系统图。

附图标记：单元1为生料单元、单元2为焙烧单元、单元3为浸出单元。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

一种水化石榴石中氧化铝的回收方法，具体为：将水化石榴石与碱液加入搅拌槽中，混合均匀制备生料浆，碱液和水化石榴石的液固比为0.5～3.5mL/g，制得生料浆中氧化钠与氧化铝的摩尔比为0.5～3:1；在回转窑中对生料浆进行焙烧处理，焙烧温度为200℃～800℃，焙烧时间为0.5h～5h；将焙烧产物和浸出剂加入反应釜中进行浸出操作，并同时进行搅拌，浸出剂浓度为5～300g/L，浸出时间为0.2h～3h，浸出温度为25℃～100℃，浸出后用高速离心机进行固液分离得到铝酸钠溶液和浸出渣，浸出渣的成分为硅酸钙和/或碳酸钙，铝酸钠溶液经晶种分解或碳分分解可回收得到氧化铝。

实施例1

本发明的一种水化石榴石中氧化铝的回收方法，具体流程如图1所示，步骤如下：

(1)将水化石榴石与碱液混合均匀制备生料浆，使其氧化钠与氧化铝的摩尔比为0.5，液固比为0.5mL/g，温度在200℃条件下焙烧0.5h，焙烧是在空气气氛下进行的，焙烧温度较低，减少了能源消耗，成本较低。

(2)将焙烧产物置于碱浓度为5g/L的碳酸钠溶液中进行浸出操作，浸出温度为25℃，浸出时间为0.2h，然后进行固液分离，铝酸钠溶液与浸出渣较易分离，操作简单。

实施例2

本实施例内容基本同实施例1，不同之处在于，生料浆的氧化钠与氧化铝的摩尔比为1.1，液固比为1.2mL/g，在温度350℃的条件下焙烧1.6h，将焙烧产物置于79g/L氢氧化钠溶液中进行浸出操作。

实施例3

本实施例内容基本同实施例1，不同之处在于，生料浆的氧化钠与氧化铝的摩尔比为1.7，液固比为2mL/g，在温度500℃的条件下焙烧2.7h，将焙烧产物置于153g/L氢氧化钠溶液中进行浸出操作，浸出温度为50℃，浸出时间2h。

实施例4

本实施例内容基本同实施例1，不同之处在于，生料浆的氧化钠与氧化铝的摩尔比为2.3，液固比为2.7mL/g，在温度650℃的条件下焙烧3.9h，将焙烧产物置于227g/L氢氧化钠溶液中进行浸出操作，浸出温度为75℃。

实施例5

本实施例内容基本同实施例1，不同之处在于，生料浆的氧化钠与氧化铝的摩尔比为3，液固比为3.5mL/g，在温度800℃的条件下焙烧5h，将焙烧产物置于300g/L氢氧化钠溶液中进行浸出操作，浸出温度为100℃，浸出时间为3h。

对比例1

本对比例的基本内容同实施例1，具体流程如图2所示，不同之处在于：其中，水化石榴石与碱液混合均匀后，不进行焙烧，而是在80℃下加热30分钟，检测氧化铝的回收量，计算出回收率。

对比例2

本对比例的基本内容同实施例1，不同之处在于：其中，将制备的生料浆置于温度150℃条件下焙烧，检测氧化铝的回收量，计算出回收率。

对比例3

本对比例的基本内容同实施例1，不同之处在于：其中，制备的生料浆中的钠铝摩尔比为3.5，检测氧化铝的回收量，计算出回收率。

对比例4

本对比例的基本内容同实施例1，不同之处在于：其中，碱液与水化石榴石的液固比为0.3，检测氧化铝的回收量，计算出回收率。

对比例5

本对比例的基本内容同实施例1，不同之处在于：其中，浸出时间为0.1h，检测氧化铝的回收量，计算出回收率。

对比例6

本对比例的基本内容同实施例1，不同之处在于：其中，焙烧时长为6h，检测氧化铝的回收量，计算出回收率。

对比例7

本对比例的基本内容同实施例1，不同之处在于：其中，浸出过程中加入的碱浓度为400g/L，检测氧化铝的回收量，计算出回收率。

表1本发明实施例和对比例的氧化铝的回收率

对表1数据进行对比，可以得出以下结论：

(1)由对比例1与实施例1对比发现，在其他条件相同的情况下，有焙烧操作时的氧化铝的回收率比直接加热的回收率要高很多，证明焙烧对于从水化石榴石中提取氧化铝有着十分重要的作用。

(2)由对比例2与实施例1对比发现，在其他条件相同的情况下，当焙烧温度低于200℃时，氧化铝的回收率较低，在这个温度下没有达到水化石榴石的分解温度，所以回收率比较低。

(3)由对比例3与实施例1对比发现，在其他条件相同的情况下，制备的生料浆中的钠铝摩尔比为3.5时回收率略低于实施例1的回收率，说明过量碱液的加入不能继续提高氧化铝的回收率。

(4)由对比例4与实施例1对比发现，在其他条件相同的情况下，碱液与水化石榴石的液固比低于实施例1，由于加入水量的减少，导致碱液无法与水化石榴石混合均匀，所以氧化铝的回收率低于实施例1。

(5)由对比例5与实施例1对比发现，在其他条件相同的情况下，缩短了浸出时间，以至于焙烧产物未能与碱液充分反应，导致浸出液中铝酸钠溶液含量较低，氧化铝回收率因而降低。

(6)由对比例6与实施例1对比发现，在其他条件相同的情况下，焙烧时长进一步增加，其反应率与实施例相差不大，而且焙烧时间的增加，还会消耗大量的能量，增加水化石榴石提取氧化铝的成本。

(7)由对比例7与实施例1对比发现，在其他条件相同的情况下，增加浸出剂浓度到400g/L，氧化铝回收率与实施例1差异不大，说明当浸出剂碱浓度超过300g/L后继续增加对于氧化铝回收率的影响不大，考虑到成本以及设备等各方面的原因，所以将浸出剂的碱浓度控制在5g/L～300g/L。

因此从表1可以看出，本发明的水化石榴石中氧化铝的回收方法，只需先将水化石榴石与碱液混合焙烧，然后再对焙烧产物进行浸出操作，步骤简单，方便可行，流程短，步骤少，回收率高，成本低，有利于环境保护，具有较高的工业推广价值。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种水化石榴石中氧化铝的回收方法，其特征为：具体步骤包括：

S1、将水化石榴石与碱液混合均匀制备生料浆；

S2、把生料浆进行焙烧处理；

S3、将焙烧产物置于浸出剂中进行浸出操作，浸出后进行固液分离得到铝酸钠溶液和浸出渣。

2.如权利要求1所述的一种水化石榴石中氧化铝的回收方法，其特征为：步骤S1中所述的碱液为碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液、碳酸氢钠溶液中的一种或几种，碱液和水化石榴石的液固比为0.5～3.5mL/g。

3.如权利要求1所述的一种水化石榴石中氧化铝的回收方法，其特征为：步骤S1所述的生料浆中氧化钠与氧化铝的摩尔比为0.5～3:1。

4.如权利要求1所述的一种水化石榴石中氧化铝的回收方法，其特征为：步骤S2所述的焙烧温度为200℃～800℃，焙烧时间为0.5h～5h。

5.如权利要求1所述的一种水化石榴石中氧化铝的回收方法，其特征为：步骤S3所述的浸出剂为碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氢氧化钠溶液中的一种或几种，浓度为5g/L～300g/L。

6.如权利要求1所述的一种水化石榴石中氧化铝的回收方法，其特征为：步骤S3在浸出过程中同时进行搅拌，浸出时间为0.2h～3h，浸出温度为25℃～100℃。

7.如权利要求1或5或6所述的一种水化石榴石中氧化铝的回收方法，其特征为：步骤S3所述的浸出渣的成分为硅酸钙和/或碳酸钙，铝酸钠溶液经晶种分解或碳分分解可回收得到氧化铝。

8.如权利要求1所述的一种水化石榴石中氧化铝的回收方法所采用的系统，其特征为：包括：生料单元、焙烧单元、浸出单元；

9.如权利要求8所述的系统，其特征为：所述的生料单元包括搅拌槽；焙烧单元包括回转窑；浸出单元包括反应釜和高速离心机。