CN109824074A - 一种氧化铝的生产方法 - Google Patents
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- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种氧化铝的生产方法，该方法是将先将富含氧化铝的矿物原料进行干燥、破碎、粉磨，其中当原料为高铝煤矸石时，进一步进行热量回收，同时达到物料活化的目的；在粉料中按配料要求加入工业硫酸，经增稠、固化、酸化、溶出、分离、浓缩、分解、碱溶、种分、煅烧过程生产氧化铝；该方法避免了传统富铝矿酸法提取铝溶出率低、设备腐蚀严重、装置难以大型化、无法实施连续化操作的缺点，同时由于酸渣中酸溶物含量低，酸渣焙烧生产的白炭黑氧化硅质量含量在97%以上，为酸渣高值化利用提供了条件。在我国铝土矿进口依赖度逐年提高、国内铝土矿品位不断下降的现状下，该方法将成为传统氧化铝生产工艺的有益补充。
Description
技术领域
本发明公开一种氧化铝的生产方法，属于矿产资源高效利用技术领域。
背景技术
中国是全球最大的氧化铝生产国，2010年全球氧化铝产量为5635.50万吨，中国氧化铝产量达2895.50万吨，占全球比重为51.38%，同比增长20.14%。2010年中国表观消费量达到了3321万吨，年增长率为14.05%，净进口426万吨，用于生产氧化铝的铝土矿进口量达3019万吨，对外依存度为39.71%，且成逐年增长趋势。
随着电解铝、陶瓷、医药、电子、机械等产业的快速发展，对氧化铝需求量仍有较大的增长空间。鉴于中国的在建及施工面积按年计，持续大幅增长，城镇化不断地推进，未来铝业前景非常乐观。
随着氧化铝产能的快速增长，高品位铝土矿已经消耗殆尽，目前我国生产氧化铝的铝土矿多为铝硅比4~6的中低品位铝矿，且有继续下降趋势。国外进口的铝土矿品位也不高，有的铝硅比仅为3左右。原料组分的改变，导致氧化铝生产成本大幅度上升。传统的拜耳法、烧结法生产工艺对于处理低铝硅比矿物受到挑战。随着铝矿资源日渐匮乏，煤矸石、粉煤灰、铝土矿选尾矿等含铝矿物开始被考虑使用作为原料生产氧化铝，与之相应的处理方法是现阶段关注的焦点问题。
在中试提取有价元素中，含铝矿物和浓硫酸按一定的酸渣比（含铝矿物与浓硫酸的质量之比）混合进行反应，固化和酸化过程是同时进行的，但该过程酸化温度较高，对设备的腐蚀性较为严重，且酸化反应后物料板结严重，不但硬度大且韧性好，导致物料转移至溶出过程困难。为解决实际生产中含铝矿物固化-酸化一体化操作中存在的这些问题，本发明将以往“高温酸化→转移→溶出”的技术路线改为“微波固化→转移→高温酸化→溶出”，增加了固化这一环节，便于实际生产中物料的转移，为工业生产中含铝矿物固化-酸化一体化操作提供了技术支撑。
现将国内生产中氧化铝生产技术以及物料固化或成型的相关研究归纳如下：
CN 103288112A涉及一种碱法制备高纯度氧化铝的方法，以铝土矿为原料，用碱分解铝土矿得到铝酸钠溶液，过滤除杂得到精制铝酸钠溶液；利用溶剂分解铝酸钠溶液，制备氢氧化铝；将氢氧化铝在微酸性水溶液中，在超声波作用下洗脱杂质烘干、煅烧，制得高纯度氧化铝。本方法制得的氢氧化铝中间体杂质含量少，利用超声波对微粒的分散冲击作用和高效的除杂效果制得的氧化铝成品粒径小、纯度高。
CN105753024A公开一种基于石灰烧结法的粉煤灰提取氧化铝的方法，包括以下步骤：（1）粉磨混料；（2）生料制球；（3）竖炉焙烧；（4）自粉化冷却；（5）溶出；（6）分离及洗涤；（7）碳化分解；（8）过滤；（9）低温拜耳法处理；（10）得到冶金级氧化铝。有益效果：竖炉进行烧结，能耗大幅降低，明显利于降低生产成本；该方法容易实现高温、大规模工况下的烧结，不仅保障了产品的烧结质量，而且适宜大规模工业化生产。
CN106966415A涉及一种酸法提取煤粉炉粉煤灰中氧化铝的工艺方法，向煤粉炉粉煤灰中加入硫酸铵活化后进行高温煅烧得到活化后粉煤灰熟料，加入盐酸加热溶出后，得到氯化铝溶出液；向溶出液通入氯化氢气体进行结晶，固液分离洗涤得到高纯度六水氯化铝晶体和废酸液，晶体煅烧生成冶金级氧化铝。废酸加入氯化钙或氯化镁等无机盐氯化物，加热萃取蒸馏回收盐酸和氯化氢气体，回用于溶出和结晶工序，煅烧活化时产生尾气经吸收、结晶生成硫酸铵，实现物料循环利用；所得富含二氧化硅固体残渣可用于生成白炭黑或建筑用材料等。本发明实现了煤粉炉粉煤灰减量化再利用，物料实现全循环利用，所得氧化铝产品纯度一级冶金级氧化铝质量标准，且提取率高达84.6%~90.4%。
CN 108117358A提供了一种废弃土复合处理的固化方法，根据待处理的泥浆含水率，在待处理的泥浆中投入一定量的生石灰，并搅拌均匀，此过程中，泥浆被碱化；根据石灰的掺入量确定改性土的含碱率，设为A%；根据淤泥泥浆改性土的含碱率A%，确定固化材料配合比，按改性土：铝硅酸盐类工业固体废弃物：脱硫石膏＝100:(3A～4A):(A～2A)的比例搅拌均匀；得到的混合料与废弃土的按比例1:1~1:6混合，混合均匀后，即可用于回填、软基固化。本发明快速处理泥浆，外运时不再产生“滴撒漏”现象。以处理过的泥浆作为土壤固化的激发材料配合工业废渣复合固化其他废弃土，使废弃土有效资源化，以废固废，绿色环保，满足可持续发展的要求。
CN 104528786A涉及一种氨碱联合法处理低品位铝土矿生产氧化铝的方法，主要步骤包括：低品位铝土矿进行选矿脱硅处理；选精矿经过高压溶出、赤泥分离洗涤、晶种分解、氢氧化铝分离洗涤、氢氧化铝焙烧等过程，生产冶金级砂状氧化铝，种分母液经蒸发调配后循环使用；选尾矿采用硫酸氢铵溶液进行低温浸出，经过硅渣分离洗涤、氨分沉铝、粗氢氧化铝分离洗涤得到粗氢氧化铝；实现了选矿脱硅工艺、选精矿高温拜耳法工艺和选尾矿硫酸氢铵溶液低温浸出工艺的有机结合，充分发挥各工艺的优势，生产出高质量冶金级砂状氧化铝的同时使的低品位铝土矿资源利用率最大。
综上所述，科研工作者在氧化铝的生产研究以及物料固化或成型方面做了大量工作，尤其在酸碱联合法以及含铝矿物的固化或成型方面，但在含铝矿物的基础上，通过微波强化增稠-固化-酸化-溶出提铝还未见报告。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化铝的生产方法，该方法以含铝矿物为原料，根据含铝矿物的组成，加浓硫酸（98酸）后先进行微波强化反应，当其变为粘稠状时放至装有微波强化的皮带运输机上将其转化为固化体，再送入立窑进一步酸化反应，再经溶解提取以氧化铝为主的酸溶物；本发明为含铝矿物高效利用提供了一种新思路、新技术，含铝矿物中有价元素溶出率高，提铝过程温和，对设备的腐蚀性较小，便于大规模工业化实施，必将成为未来含铝矿物高效利用最为有效的途径之一。
本发明具体步骤如下：
（1）将富含氧化铝的矿物原料经干燥、破碎、粉磨过80目筛，筛余量小于10%，待用；当原料为高铝煤矸石时，则进一步回收热量，同时达到煤矸石活化目的，热回收温度≤900℃；
（2）按粉料理论用酸量1.10~1.20倍在粉料中加入工业硫酸（98酸），在带微波辅助加热的卧式搅拌反应槽内进行强化反应，当浆态混合物成为失去流动性的粘稠状时，打开底部放料板，启动置于放料口下部的带有微波加热的皮带运输机，边搅拌边放料，物料在皮带上的停留时间为10~15min，实现物料固化；
（3）将步骤（2）中皮带上的物料送入立窑进行酸化反应，酸化反应时间为40~90min，加热气体温度为150~180℃，逆流操作；
（4）待步骤（3）酸化结束后，立窑出口物料直接送入溶解槽，加清水（第一次溶解时没有一洗液的时候用清水）或一洗液常温溶解，溶解时间40~60min，溶解结束后过滤得含硫酸铝的溶液，滤饼采用循环两次兑浆洗，一洗用清水（第一次洗涤时没有二洗液的时候用清水）或全部二洗液，洗液称一洗液，用于溶解酸化物，二洗用清水，用量为富含氧化铝矿物质量的3.5~4.0倍，洗液称二洗液，通过分析酸溶液和酸渣的物质组成计算含铝矿物中Al2O3溶出率以及SiO2含量；
（5）将步骤（4）的含硫酸铝的溶液经浓缩、脱水后高温分解制备氧化铝初品，再经碱溶、种分法生产氢氧化铝，氢氧化铝煅烧得氧化铝，煅烧分解尾气回收制酸，循环使用，二洗后的酸渣经焙烧生产白炭黑。
所述富含氧化铝的矿物中Al2O3溶出率＞98%，酸渣中SiO2含量＞97%。
本发明的原理：
含铝矿物中氧化铝大多以高岭石、水合氧化铝形式存在，硫酸为强酸，氧化铝为两性物质，上述含铝矿物与硫酸接触后，均易反应转化为硫酸盐。反应过程中，其它氧化物如钙、镁、铁等亦全部或部分转化为硫酸盐，而氧化硅首先生成偏硅酸，偏硅酸不稳定，脱水后以二氧化硅形式存在，最终在酸化物溶解分离过程中残留于酸渣中，从而实现酸溶物与硅的分离。酸溶物主要成分为硫酸铝，经脱水后的无水硫酸盐经高温分解得无定型为主的氧化铝初品，经碱溶后采用成熟工艺种分法生产氧化铝，尾气回收制酸用于系统循环使用；酸渣中主要为无定型氧化硅和α型氧化硅，二者比例主要取决于矿物组成，酸渣经焙烧生产白炭黑。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
（1）含铝矿物中Al2O3提取过程简单，条件温和；
（2）工艺简单，对设备的腐蚀性较小；
（3）该方法避免了传统富铝矿酸溶法装置难以大型化、无法实施连续化操作的缺点；
（4）酸溶物中Al2O3溶出高，白炭黑纯度高。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1
（1）将高铝煤矸石经干燥、破碎、粉磨过80目筛，筛余量小于10%，待用；
（2）将步骤（1）的煤矸石进行热量回收，并达到煤矸石活化目的，热回收温度＜900℃，所用的高铝煤矸石的主要化学组成及发热量如表1所示；
表1 高铝煤矸石原料主要化学组成（wt%）
（3）按活化渣理论用酸量1.10倍加浓硫酸（98酸），在带微波辅助加热的卧式搅拌反应槽内进行强化反应，当浆态状的混合物成为失去流动性的粘稠状时，打开底部放料板，启动置于放料口下部的带有微波加热的皮带运输机，边搅拌边放料，物料在皮带上的停留时间为10min；
（4）将步骤（3）中皮带上的已固化的物料送入立窑进行酸化反应，酸化反应时间为90min，加热气体温度为150℃，逆流操作；
（5）待步骤（4）中酸化结束后，立窑出口物料直接送入溶解槽，加物料质量3.5倍清水常温溶解，溶解时间40min，溶解结束后过滤得含硫酸铝的溶液，滤饼采用清水两次兑浆洗，清水用量为富含氧化铝矿物质量的3.5倍，洗液分别称为一洗洗、二洗液，分别用于后继溶解酸化物和作为一洗洗液，通过分析酸溶液和酸渣的物质组成计算煤矸石中Al2O3溶出率为99.86%，SiO2含量为97.38%；
（6）将步骤（5）中以硫酸铝为主的酸溶液经浓缩、脱水后高温分解制备氧化铝初品，再经碱溶、种分生产氢氧化铝，氢氧化铝煅烧得氧化铝，煅烧分解尾气回收制酸，循环使用，二洗后的酸渣经焙烧生产白炭黑。
实施例2
（1）将铝土矿经干燥、破碎、粉磨过80目筛，筛余量小于10%，待用，所用的铝土矿的主要化学组成如表2所示；
表2铝土矿原料主要化学组成（wt%）
（2）按粉料理论用酸量1.15倍加浓硫酸（98酸），在带微波辅助加热的卧式搅拌反应槽内进行强化反应，当浆态状混合物成为失去流动性的粘稠状时，打开底部放料板，启动置于放料口下部的带有微波加热的皮带运输机，边搅拌边放料，物料在皮带上的停留时间为15min；
（3）将步骤（2）中皮带上的物料送入立窑进行酸化反应，酸化反应时间为70min，加热气体温度为170℃，逆流操作；
（4）待步骤（3）中酸化结束后，立窑出口物料直接送入溶解槽，加实施例1中步骤（5）的一洗液常温溶解，溶解时间50min，溶解结束后经过滤得含硫酸铝的溶液，滤饼采用循环两次兑浆洗，一洗用实施例1中步骤（5）的二洗液，洗液称一洗液，用于后续溶解酸化物，二洗用清水，用量为铝土矿质量的3.5倍，洗液称二洗液，用于后续一洗使用，通过分析酸溶液和酸渣的物质组成计算赤泥中Al2O3溶出率为98.33%，SiO2含量为97.87%；
（5）将步骤（4）中以硫酸铝为主的酸溶液经浓缩、脱水后高温分解制备氧化铝初品，再经碱溶、种分生产氢氧化铝，分解尾气回收制酸，循环使用，酸渣经焙烧生产白炭黑。
实施例3
（1）将铝土矿选尾矿经干燥、破碎、粉磨过80目筛，筛余量小于10%，待用，所用的铝土矿选尾矿的主要化学组成如表3所示；
表3铝土矿选尾矿原料主要化学组成（wt%）
（2）按粉料理论用酸量1.20倍加浓硫酸（98酸），在带微波辅助加热的卧式搅拌反应槽内进行强化反应，当浆态状混合物成为失去流动性的粘稠状时，打开底部放料板，启动置于放料口下部的带有微波加热的皮带运输机，边搅拌边放料，物料在皮带上的停留时间为12min；
（3）将步骤（2）中皮带上的物料送入立窑进行酸化反应，酸化反应时间为90min，加热气体温度为180℃，逆流操作；
（4）待步骤（3）中酸化结束后，立窑出口物料直接送入溶解槽，加实施例2步骤（4）中的一洗液常温溶解，溶解时间60min，溶解结束后经过滤得含硫酸铝的溶液，滤饼采用循环两次兑浆洗，一洗用实施例2中步骤（4）的二洗液，洗液称一洗液，用于后续溶解酸化物，二洗用清水，用量为铝土矿质量的4.0倍，洗液称二洗液，用于后续一洗使用，通过分析酸溶液和酸渣的物质组成计算铝土矿选尾矿中Al2O3溶出率为99.12%，SiO2含量为97.14%；
（5）将步骤（4）中以硫酸铝为主的酸溶液经浓缩、脱水后高温分解制备氧化铝初品，再经碱溶、种分生产氢氧化铝，分解尾气回收制酸，循环使用，酸渣经焙烧生产白炭黑。
Claims (7)
1.一种氧化铝的生产方法，其特征在于：先将富含氧化铝的矿物原料进行干燥、破碎、粉磨，其中当原料为高铝煤矸石时，进一步进行热量回收，同时达到物料活化的目的；在粉料中按配料要求加入工业硫酸，经增稠、固化、酸化、溶出、分离、浓缩、分解、碱溶、种分、煅烧过程生产氧化铝。
2.根据权利要求1所述的氧化铝的生产方法，其特征在于：富含氧化铝的矿物原料粉磨粒度为过80目筛筛余量小于10%。
3.根据权利要求1或2所述的氧化铝的生产方法，其特征在于：按粉料理论用酸量1.10~1.20倍在粉料中加入工业硫酸，在带微波辅助加热的卧式搅拌反应槽内进行强化反应，当浆态状混合物成为失去流动性呈粘稠状时，打开底部放料板，启动置于放料口下部的带有微波加热的皮带运输机，边搅拌边放料，物料在皮带上的停留时间为10~15min，达到物料固化目的。
4.根据权利要求3所述的氧化铝的生产方法，其特征在于：固化后的物料送入立窑进行酸化反应，酸化反应时间为40~90min，加热气体温度为150~180℃，逆流操作。
5.根据权利要求4所述的氧化铝的生产方法，其特征在于：立窑出口物料直接送入溶解槽，加清水或全部一洗液常温溶解，溶解时间40~60min，溶解结束后经过滤得含硫酸铝的溶液，滤饼采用循环两次兑浆洗，一洗用全部二洗液，初次生产时用清水，洗液称一洗液，二洗用清水，用量为富含氧化铝矿物质量的3.5~4.0倍，洗液称二洗液。
6.根据权利要求5所述的氧化铝的生产方法，其特征在于：含硫酸铝的溶液经浓缩、脱水后高温分解制备氧化铝初品，再经碱溶、种分生产氢氧化铝，氢氧化铝煅烧得氧化铝，煅烧分解尾气回收制酸用于系统循环使用。
7.根据权利要求5所述的氧化铝的生产方法，其特征在于：二洗后的酸渣经焙烧生产白炭黑。
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