CN110395757A - 一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法 - Google Patents

一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法，该方法包括如下步骤：将含杂质的AlCl3.6H2O晶体在低温加热使之发生水解反应，得到一种以氧化铝为主的非晶态原料；将制得的非晶态原料在常压下采用水溶液溶出，控制溶出温度为70℃～100℃，或加压下采用水溶液溶出，溶出温度控制为120℃～300℃，过滤，获得固体氧化铝或一水铝石晶体。本发明所述方法可以有效地去除氧化铝产品中的碱金属及碱土金属杂质，提高了产品质量，使粉煤灰酸法氧化铝可以直接应用于电解铝生产。

Description

一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法
技术领域
本发明涉及工业氧化铝提取技术领域，具体为一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法。
背景技术
随着我国铝工业的迅速发展，铝土矿资源大量消耗，目前，高品位铝土矿已经匮乏，大量中低品位铝土矿已被开釆使用，但我国铝工业的发展面临仍然资源短缺问题，现阶段进口铝土矿资源已经超过了50％，而且进口比例还在不断扩大，我国铝工业随时都有可能面临“卡脖子”问题。目前有一些处理粉煤灰生产氧化铝的工业方法，但这些方法都存在一系列问题需要解决，比如：对于碱法来说，需要改善技术以实现固废减量处理；对于酸法来说，酸性溶液除杂的成本过高，氧化铝质量难以保障。因此针对我国酸法氧化铝中碱金属和碱土金属含量高的问题，亟需一种新的处理方法。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，而提供一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法，包括如下步骤：
(1)将含杂质的AlCl3.6H2O晶体在低温加热使之发生水解反应，生成一种以氧化铝为主的非晶态原料，制得的原料中氧化铝含量90％以上，氯含量小于10％；
(2)将步骤(1)中制得的原料在常压下采用水溶液溶出，控制溶出温度为70℃～100℃，溶出时间0.5h～2.0h，或加压下采用水溶液溶出，溶出温度控制为120℃～300℃，溶出压力控制在0.5Mpa～2.0Mpa，溶出时间0.5h～2h，溶出结束后，进行过滤，获得滤布上的固留物。
进一步地，步骤(1)中所述AlCl3.6H2O晶体中包括有如下杂质元素：Na，K，Li，Mg，Ca和Cl，水溶性的Na，K，Li，Mg，Ca，及部分Cl元素杂质，在步骤(2)的过滤步骤中与固留物分离。
进一步地，步骤(1)中采用通用型高压釜进行水解反应，控制水解温度在300℃～850℃，压力0.1～2.5Mpa，水蒸气通入速率为10-200L/min(以常温25℃标压计)，并将生成的含氯气体导出高压釜，以脱除氯化铝晶体中的氯，并获得一种以氧化铝为主的非晶态原料。
进一步地，所述步骤(2)的溶出过程中水与原料的液固质量比为3：1～15：1。
进一步地，所述步骤(2)中采用常压溶出获得的固留物为非晶态的氧化铝，而加压溶出获得的固留物为相对于步骤(1)制得的原料晶型发生转变，转变为结晶度良好的氢氧化铝(氧化铝含一个结晶水的一水铝石晶型)。
进一步地，所述步骤(2)溶出过程中采用通用型高压釜。
本发明提供了一种将氯化铝经过低温水蒸汽保护水解，得到氧化铝不定型中间产物，将中间产物在常压或高压条件下水溶出，使氧化铝中间产物中的氯、钠、钾、锂、镁和钙等杂质大部分溶解到水中，中间产物在高温高压下发生晶型转变，溶出后得到的氧化铝经高温煅烧后得到质量合格的工业氧化铝产品。该方法具有能量消耗低，氧化铝产品质量高的特点。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明所述方法能有效降低酸法氧化铝产品中碱金属和碱土金属杂质含量，提高氧化铝的质量，同时大量地利用了固废，缓解了我国铝土矿资源紧缺的问题，适合在工业生产中进行应用推广。
2.在现有的盐酸法生产氧化铝工艺方法中，得到的氧化铝产品含有较高的碱金属(Li，Na，K)和碱土金属(Mg，Ca)，产品质量不稳定，本发明提出在氯化铝水解过程中，采用低温加水蒸气水解得到中间产物，再将该中间产物进行高温高压水溶出，除去其中的杂质，同时实现中间产物晶型的转变。本发明所述方法可以有效地去除氧化铝产品中的碱金属及碱土金属杂质，提高了产品质量，使粉煤灰酸法氧化铝可以直接应用于电解铝生产。
附图说明
图1是实施例1中制得无定型态原料的XRD图谱；
图2是实施例1中制得无定型态固体氧化铝的XRD图谱；
图3是实施例2中制得晶体的XRD图谱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中采用的AlCl3.6H2O晶体来自某企业采用盐酸法处理高铝粉煤灰生产的，该AlCl3.6H2O晶体成分为：SiO2-0.0086％，Fe2O3-0.01143％，MgO-0.01167％，CaO-0.0476％，Na2O-0.19948％，K2O-0.0265％，Li2O-0.035％，P2O5-0.0321％，ZnO-0.00075％，V2O5-0.00214％，附着水-5.23％，S-0.038％，其余为AlCl3·6H2O，杂质含量以氧化物形式标示，％为质量百分比，下同。
基于上述AlCl3.6H2O晶体本发明提供一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法，包括如下步骤：
(1)采用通用型高压釜对含杂质的AlCl3.6H2O晶体进行水解反应，控制水解温度在300℃～850℃，压力0.1～2.5Mpa，水蒸气通入速率为10～200L/min(以常温25℃标压计)，并将生成的含氯气体导出高压釜，以脱除氯化铝晶体中的氯，并获得一种以氧化铝为主的非晶态原料，制得的原料中氧化铝含量90％以上，氯含量小于10％；
(2)将步骤(1)中制得的原料采用通用型高压釜在常压下采用水溶液溶出，控制溶出温度为70℃～100℃，溶出时间0.5h～2.0h，或加压下采用水溶液溶出，溶出温度控制为120℃～300℃，溶出压力控制在0.5Mpa～2.0Mpa，溶出时间0.5h～2h，溶出结束后，进行过滤，获得滤布上的固留物，溶出过程中水与原料的液固质量比为3：1～15:1。
实施例1
取上述AlCl3.6H2O晶体1公斤，在水蒸气气氛下300℃水解2小时，得到氧化铝原料257克，原料为无定型态，其XRD图谱示于附图1中；将中间产物用775g纯水溶出，溶出温度90℃，溶出压力0.1Mpa(常压)；将固体与水溶液过滤分离，得到固体254克，固体中杂质含量变化为，Na2O含量：从0.19948％到0.154％；K2O含量：从0.0265％到0.025％；Li2O含量：从0.035％到0.012％，MgO含量：从0.01167％到0.008％；CaO含量：从0.0476％到0.0253％；Cl含量9.8％，过滤后获得的固体仍为无定型态，其XRD图谱示于附图2中。
实施例2
取上述AlCl3.6H2O晶体1公斤，在水蒸气气氛下400℃水解2小时，得到氧化铝原料230克；将原料用2070g纯水溶出，溶出温度150℃，溶出压力0.5Mpa；将固体与水溶液过滤分离，得到固体226克，固体中杂质含量变化为，Na2O含量：从0.19948％到0.135％；K2O含量：从0.0265％到0.022％；Li2O含量：从0.035％到0.009％,MgO含量：从0.01167％到0.007％；CaO含量：从0.0476％到0.0223％；Cl含量7.0％，该条件下过滤后获得的固体晶型转变为一水铝石，其XRD图谱示于附图3中。
实施例3
取上述AlCl3.6H2O晶体2公斤，在水蒸气气氛下600℃水解3小时，得到氧化铝原料440克；将原料用6600g纯水溶出，溶出温度200℃，溶出压力1.0Mpa；将固体与水溶液过滤分离，得到固体433克，固体中杂质含量变化为，Na2O含量：从0.19948％到0.112％；K2O含量：从0.0265％到0.015％；Li2O含量：从0.035％到0.007％,MgO含量：从0.01167％到0.006％；CaO含量：从0.0476％到0.0183％；Cl含量2.4％。
实施例4
取上述AlCl3.6H2O晶体1公斤，在水蒸气气氛下700℃水解2小时，得到氧化铝原料217克；将原料用660g纯水溶出，溶出温度250℃，溶出压力1.2Mpa；将固体与水溶液分离，得到固体213克，固体中杂质含量变化为，Na2O含量：从0.19948％到0.082％；K2O含量：从0.0265％到0.010％；Li2O含量：从0.035％到0.0065％,MgO含量：从0.01167％到0.005％；CaO含量：从0.0476％到0.0142％；Cl含量1.8％。
实施例5
取上述AlCl3.6H2O晶体5公斤，在水蒸气气氛下850℃水解2小时，得到氧化铝原料1057克；将原料用15850g纯水溶出，溶出温度300℃，溶出压力2.0Mpa；将固体与水溶液分离，得到固体1048克，固体中杂质含量变化为，Na2O含量：从0.19948％到0.051％；K2O含量：从0.0265％到0.005％；Li2O含量：从0.035％到0.004％，MgO含量：从0.01167％到0.003％；CaO含量：从0.0476％到0.008％；Cl含量0.6％。
以上技术方案阐述了本发明的技术思路，不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将含杂质的AlCl3.6H2O晶体在低温加热使之发生水解反应，生成一种以氧化铝为主的非晶态原料，制得的原料中氧化铝含量90％以上，氯含量小于10％；
(2)将步骤(1)中制得的原料在常压下采用水溶出，控制溶出温度为70℃～100℃，溶出时间0.5h～2.0h；或加压下采用水溶液溶出，溶出温度控制为120℃～300℃，溶出压力控制在0.5Mpa～2.0Mpa，溶出时间0.5h～2h；溶出结束后，进行过滤，获得固留物。
2.根据权利要求1所述的一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法，其特征在于，步骤(1)中所述AlCl3.6H2O晶体中包括有如下杂质元素：Na，K，Li，Mg，Ca和Cl，水溶性的Na，K，Li，Mg，Ca，及部分Cl元素杂质，在步骤(2)的过滤步骤中与固留物分离。
3.根据权利要求1所述的一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法，其特征在于，步骤(1)中采用通用型高压釜进行水解反应，控制水解温度在300℃～850℃，压力0.1～2.5Mpa，水蒸气通入速率为10～200L/min，并将生成的含氯气体导出高压釜。
4.根据权利要求1所述的一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法，其特征在于，所述步骤(2)的溶出过程中水与原料的液固质量比为3:1～15:1。
5.根据权利要求1所述的一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法，其特征在于，在所述步骤(2)的采用常压溶出获得的固留物为非晶态的氧化铝，而加压溶出获得的固留物晶型为一水铝石晶体。
6.根据权利要求1所述的一种去除酸法氧化铝中碱金属及碱土金属杂质的方法，其特征在于，所述步骤(2)溶出过程中采用的溶出设备为通用型高压釜。
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