CN1920067A - 一种从高硅含铝矿物原料中酸法提取铝的方法 - Google Patents
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Abstract
一种从高硅含铝矿物原料中酸法提取铝的方法，涉及一种低品位、难处理含铝矿物原料提取铝的方法。其特征在于将研磨后的含铝矿物原料与硫酸混合进行焙烧后，将焙烧料用水浸出，将浸出液过滤得到硫酸铝溶液，经滤液浓缩、结晶析出得到硫酸铝；再将结晶硫酸铝干燥、脱水，得到无水硫酸铝；再将无水硫酸铝煅烧得到Al2O3。本发明的方法可以从高硅铝土矿、煤矸石、粉煤灰、黏土、高岭土、红柱石、长石、硅线石、霞石、蛭石等低铝硅比的含铝矿物原料中提取铝，无需预焙烧，通过直接硫酸化焙解、水浸从低铝硅比的含铝原料中提取铝，避免了高温、浓硫酸浸出作业，工艺过程简单，设备腐蚀少，设备材质容易解决，操作简便，且铝的回收率高。
Description
技术领域
一种从高硅含铝矿物原料中酸法提取铝的方法，涉及一种低品位、难处理含铝矿物原料的综合利用，特别是涉从高硅铝土矿及以铝硅酸盐为主要组成的煤矸石、粉煤灰、黏土、高岭土、红柱石、长石、硅线石、霞石、蛭石等高硅含铝矿物原料中提取铝的方法。
背景技术
随着现代化工业的快速发展，资源匮乏日趋成为摆在人们面前的主要社会问题之一。生产氧化铝的原料主要是铝土矿，传统的冶炼方法是碱法生产氧化铝，矿石中的氧化硅是碱法生产中的主要有害元素，要求铝土矿中铝硅比A/S(矿石中Al2O3与SiO2的质量比值)大于3。碱法分为拜耳法、烧结法和联合法，其中拜耳法适于处理含Al2O3高、SiO2低的富矿，一般要求Al2O3＞65％，A/S＞7，世界上90％以上的氧化铝由拜耳法生产；烧结法适合处理A/S为3～5的原料；联合法适合处理A/S为5～7的原料。但随着铝消费量的增加，矿石开采量增加，铝土矿资源逐年减少，矿石铝品位不断下降，开采成本不断提高。近年来，世界上一些主要铝生产国，开始研究高硅低品位铝土矿或其它高硅含铝矿物原料的综合利用，以减少对国外铝资源的依赖，主要的高硅含铝矿物原料有煤矸石、粉煤灰、黏土、高岭土、红柱石、长石、硅线石、蛭石、霞石等，这些原料的主要特点是其中的铝主要以铝硅酸形式存在。我国铝土矿资源紧缺，年进口铝土矿已突破600万吨，合理利用低铝硅比的含铝矿物原料有助于缓解国内铝的供需矛盾。
此外，20世纪90年代以来，资源环境与可持续发展一直是我国政府关注的焦点问题。中国是世界上最大的煤资源国家之一，煤炭产量及消费均已达到20亿吨，而且还在持续增长，在煤炭开采过程中同时采出大量的煤矸石，煤矸石的产量占煤炭产量的10％左右；我国能源的70％依靠燃煤，而电煤消耗占我国煤炭消耗的50％以上，燃煤过程必然产生大量的粉煤灰。电厂的粉煤灰、煤矿企业的煤矸石等资源除了作为建筑材料而得到部分利用外，大部分仍以工业固体废渣形式堆存，不仅占用大量土地资源，而且对环境污染严重。粉煤灰、煤矸石的氧化铝含量可达30～45％左右，若能从中提取，提高固体废弃物的综合利用率，无疑是保护环境、变废为宝的有利途径。如何处理和利用含铝工业废渣，已成为一个关于环境保护和节约资源两大领域的问题。
由于上述高硅含铝原料中的铝硅比小，原料中Al2O3与SiO2的质量比值一般小于3，氧化硅含量可高达40～50％，甚至更高，不能采用传统的拜尔法和烧结法处理。目前处理这类非铝土矿资源常用的工艺包括石灰石烧结法、气体氯化法、酸浸法。
1、石灰石烧结法
该法包括烧结、熟料自粉化、浸出、碳分、锻烧等主要工序，但该法渣量大，能耗高，设备投资大。上个世纪60年代，波兰利用粉煤灰采用碱石灰法建成年产5000吨氧化铝及35万吨水泥的试验工厂，进入80年代后，由于其不经济，现在已经停产。
2、气体氯化法
将粉煤灰在固定的床面上氯化，灰中的铁在400～600℃时与氯反应生成挥发性的三氯化铁而除去，此时铝和硅则很少发生氯化反应。当升温至850～950℃，硅和铝与氯反应分别生成挥发性的四氯化硅、三氯化铝的混合物。冷却至120～150℃，此时三氯化铝冷凝成固体状态，而四氯化硅仍保持蒸汽状态，从而分离出来。工艺能耗高，且设备的腐蚀问题不好解决，氯气的使用过程中需要特别注意安全。
3、酸浸法
酸浸法包括常压酸浸、化学活化酸浸、焙烧活化-酸浸及加压酸浸等方法。
常压酸浸法是将一定浓度的硫酸与粉煤灰在加热、常压条件下搅拌浸出，所得溶液加碱反应生成氢氧化铝沉淀，过滤得氢氧化铝。该法反应原理简单，但在实际应用中效果不好，主要缺点是氧化铝提取率较低，一般只有35～45％，资源利用率低，而且酸碱用量大。
法国彼施涅铝业公司研发出一种用于处理高铝粘土和煤页岩的酸浸法。此法用浓硫酸浸出含铝原料得到硫酸铝溶液，用冷却结晶的方法制备结晶硫酸铝，然后再用盐酸将其溶解，同时通入氯化氢气体使溶液饱和，使溶液中的铝几乎全部以很纯的氯化铝析出。经洗涤后，在1100-1200℃温度下煅烧得到氧化铝产品和可用于制备盐酸的氯化氢气体，氧化铝回收率达90％。
秦晋国等提出采用一种浓硫酸酸浸从粉煤灰中提取氧化铝的方法(专利申请号200510048274.9)，其工艺过程是将研磨至0.038～0.074mm的粉煤灰，先在300～760℃下焙烧活化1～1.5h，然后于250～300℃下用70～98％浓度的硫酸浸出，浸出好的矿浆过滤以分离余酸，余酸返回浸出循环，再用水从滤渣中浸出铝。采用该方法，铝的浸出回收率可达85％。但该方法工艺复杂，不仅需要预焙烧活化，而且浸出在高温浓酸的条件下进行，能耗高，大量酸在系统内进行无效循环，浸出、过滤、物料输送设备的材质难解决，操作困难。
为改善原料中铝矿物的活性、提高浸出率，大量研究在浸出过程中加入重量为粉煤灰量10％的氟化铵等氟化物为助溶剂以活化粉煤灰，从而使氧化铝溶出。虽然氟化物的加入有利于铝的溶出，但提取铝后残渣和工艺废水含氟，造成二次污染。
焙烧--酸浸是通过高温焙烧方式提高粉煤灰的浸出活性，即在750℃下焙烧3-4h，然后用20-60％的硫酸在100℃左右浸出，铝的浸出有所提高，但仍偏低，只有65％左右。
加压酸浸是采用加压的方式实现强化浸出，通常在0.3MPa、140℃下用浓硫酸进行加压浸出，浸出率可达85％以上。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种从高硅铝土矿及以铝硅酸盐为主要组成的煤矸石、粉煤灰、黏土、高岭土、红柱石、长石、硅线石、霞石、蛭石等高硅含铝矿物原料中酸法提取铝的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种从高硅含铝矿物原料中酸法提取铝的方法，其特征在于其过程依次为：
(1)将破碎、研磨后的含铝矿物原料与硫酸混合进行焙烧后，将焙烧料用水浸出，将浸出液过滤得到硫酸铝溶液，经滤液浓缩、结晶析出得到硫酸铝；
(2)将结晶硫酸铝干燥、脱水，得到无水硫酸铝；
(3)将无水硫酸铝煅烧得到Al2O3。
本发明的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于破碎、研磨后的含铝矿物原料的粒度小于5mm。
本发明的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于加入的硫酸的体积浓度为90％～98％。
本发明的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于硫酸与含铝原料的质量比为2～O.5∶1。
本发明的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于物料加酸后在200-550℃温度下，焙烧0.5～4h。
本发明的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于焙烧后料用25～100℃水，浸出10～120min，浸出液固重量比为2～10。
本发明的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于无水硫酸铝是在600～1200℃下煅烧得到Al2O3的。
本发明的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于硫酸与含铝原料的混合物在250-450℃的温度焙烧。
本发明的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于无水硫酸铝煅烧分解得到的SO3可直接制备硫酸，制得的硫酸可用于硫酸化焙烧反应，实现硫酸的循环利用。
本发明的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于高硅含铝矿物原料为Al2O3与SiO2的质量比值小于3的，包括煤矸石、粉煤灰、黏土、高岭土、红柱石、硅线石、蛭石、霞石以及高硅铝土矿的含铝原料。
本发明的从高硅含铝矿物原料中酸法提取铝的方法，含铝原料为粉煤灰时，粉煤灰可以经过破碎和研磨处理，也可不经过破碎和研磨处理。
本发明采用硫酸化焙解、水浸的方法，从高硅铝土矿、煤矸石、粉煤灰、黏土、高岭土、红柱石、长石、硅线石、霞石、蛭石等低铝硅比的含铝矿物原料中提取铝，该方法无需预焙烧活化，而是通过直接硫酸化焙解、水浸从低铝硅比的含铝原料中提取铝，避免了高温、浓硫酸浸出作业，工艺过程简单，设备腐蚀少，设备材质容易解决，操作简便，且铝的回收率高。
本发明采用硫酸化焙解、水浸的方法，原料粒度小，有利于加快反应，提高铝回收率，但会导致磨矿费用增加。
附图说明
图1为本发明的方法的原则流程图。
具体实施方式
一种从高硅含铝矿物原料中酸法提取铝的方法，将Al2O3与SiO2的质量比值小于3的，包括煤矸石、粉煤灰、黏土、高岭土、红柱石、硅线石、蛭石、霞石以及高硅铝土矿的含铝原料，破碎、研磨粒度至小于5mm，与体积浓度为90％～98％硫酸混合，硫酸与含铝原料的质量比为2～0.5∶1，在炉或窑中于200-550℃焙烧O.5～4h；硫酸与含铝原料的混合物最好在250-450℃的温度焙烧；焙烧料用水于25～90℃浸出10～120min，浸出液固重量比2～10，然后过滤得到硫酸铝溶液，滤液浓缩、结晶析出结晶硫酸铝，将结晶硫酸铝干燥、脱水，得到无水硫酸铝，无水硫酸铝在600～1200℃下煅烧得到Al2O3，无水硫酸铝煅烧分解得到的SO3可直接制备硫酸，制得的硫酸可用于硫酸化焙烧反应，实现硫酸的循环利用。
用以下非限定性实施例对本发明的方法作进一步的说明，以有助于理解本发明的内容及其优点，而不作为对本发明保护范围的限定，本发明的保护范围由权利要求书决定。
实施例1
将含氧化铝38％、二氧化硅48％的煤矸石破碎、研磨至-0.038mm与98％硫酸按1∶1.5的质量比混合，在炉、窑中于400℃焙烧2h，焙烧料用水于60℃浸出60min，浸出液固重量比5∶1，然后过滤得到硫酸铝溶液，氧化铝的浸出率为90.45％。
实施例2
将含氧化铝38％、二氧化硅48％的煤矸石研磨至-0.25mm与98％硫酸按1∶2的质量比混合，在炉、窑中于300℃焙烧4h，焙烧料用水于90℃浸出120min，浸出液固重量比5∶1，然后过滤得到硫酸铝溶液，氧化铝的浸出率为82.27％。
实施例3
将未磨、含氧化铝41％、二氧化硅48％的粉煤灰与98％硫酸按1∶2的质量比混合，在炉、窑中于350℃焙烧3h，焙烧料用水于80℃浸出90min，浸出液固重量比3∶1，然后过滤得到硫酸铝溶液，氧化铝的浸出率为81.22％。
实施例4
将含氧化铝41％、二氧化硅48％的粉煤灰研磨至-0.038mm与98％硫酸按1∶O.5的质量比混合，在炉、窑中于250℃焙烧1h，焙烧料用水于70℃浸出120min，浸出液固重量比2∶1，然后过滤得到硫酸铝溶液，氧化铝的浸出率为79.29％。
实施例5
将含氧化铝38％、二氧化硅48％的煤矸石破碎、研磨至-0.038mm与98％硫酸按1∶1.5的质量比混合，在炉、窑中于400℃焙烧2h，焙烧料用水于60℃浸出60min，浸出液固重量比5∶1，然后过滤得到硫酸铝溶液，氧化铝的浸出率为90.45％。
实施例6
将含氧化铝45％、二氧化硅40％的红柱石矿破碎、研磨至-0.038mm与98％硫酸按1∶1.5的质量比混合，在炉、窑中于300℃焙烧2h，焙烧料用水于60℃浸出60min，浸出液固重量比5∶1，然后过滤得到硫酸铝溶液，氧化铝的浸出率为85.2％。
实施例7
将含氧化铝30％、二氧化硅53％的硅线石破碎、研磨至-0.074mm与98％硫酸按1∶1.5的质量比混合，在炉、窑中于400℃焙烧2h，焙烧料用水于60℃浸出60min，浸出液固重量比5∶1，然后过滤得到硫酸铝溶液，氧化铝的浸出率为79.8％。
实施例8
将含氧化铝39.5％、二氧化硅50％的高岭土破碎、研磨至-0.038mm与98％硫酸按1∶1.8的质量比混合，在炉、窑中于350℃焙烧2h，焙烧料用水于60℃浸出60min，浸出液固重量比5∶1，然后过滤得到硫酸铝溶液，氧化铝的浸出率为91.1％。
实施例9
将含氧化铝41％、二氧化硅48％的粉煤灰研磨至-0.038mm与90％硫酸按1∶2的质量比混合，在炉、窑中于350℃焙烧4h，焙烧料用水于25℃浸出90min，浸出液固重量比5∶1，然后过滤得到硫酸铝溶液，氧化铝的浸出率为85.15％。硫酸铝溶液浓缩、结晶，然后脱水得到无水硫酸铝，无水硫酸铝在1100℃下煅烧得到Al2O3和SO3，SO3可直接制备硫酸，制得的硫酸返回用于硫酸化焙解反应。
实施例10
将含氧化铝41％、二氧化硅48％的粉煤灰研磨至-0.038mm与98％硫酸按1∶2的质量比混合，在炉、窑中于450℃焙烧4h，焙烧料用水于90℃浸出60min，浸出液固重量比3∶1，然后过滤得到硫酸铝溶液，氧化铝的浸出率为94.32％。硫酸铝溶液浓缩、结晶，然后脱水得到无水硫酸铝，无水硫酸铝在750℃下煅烧得到Al2O3和SO3，SO3可直接制备硫酸，制得的硫酸返回用于硫酸化焙解反应。
实施例11
将含氧化铝41％、二氧化硅48％的粉煤灰研磨至-0.038mm与90％硫酸按1∶1.5的质量比混合，在炉、窑中于200℃焙烧4h，焙烧料用水于90℃浸出90min，浸出液固重量比10∶1，然后过滤得到硫酸铝溶液，氧化铝的浸出率为90.65％。硫酸铝溶液浓缩、结晶，然后脱水得到无水硫酸铝，无水硫酸铝在600℃下煅烧得到Al2O3和SO3，SO3可直接制备硫酸，制得的硫酸返回用于硫酸化焙解反应。
Claims (10)
1.一种从高硅含铝矿物原料中酸法提取铝的方法，其特征在于其过程依次为：
(1)将破碎、研磨后的含铝矿物原料与硫酸混合进行焙烧后，将焙烧料用水浸出，将浸出液过滤得到硫酸铝溶液，经滤液浓缩、结晶析出得到硫酸铝；
(2)将结晶硫酸铝干燥、脱水，得到无水硫酸铝；
(3)将无水硫酸铝煅烧得到Al2O3。
2.根据权利要求1所述的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于破碎、研磨后的含铝矿物原料的粒度小于5mm。
3.根据权利要求1所述的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于加入的硫酸的体积浓度为90％～98％。
4.根据权利要求1所述的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于硫酸与含铝原料的质量比为2～0.5∶1。
5.根据权利要求1所述的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于物料加酸后在200-550℃温度下，焙烧0.5～4h。
6.根据权利要求1所述的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于焙烧后料用25～90℃水，浸出10～120min，浸出液固重量比为2～10。
7.根据权利要求1所述的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于无水硫酸铝是在600～1200℃下煅烧得到Al2O3的。
8.根据权利要求1所述的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于硫酸与含铝原料的混合物在250-450℃的温度焙烧。
9.根据权利要求1所述的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于无水硫酸铝煅烧分解得到的SO3可直接制备硫酸，制得的硫酸可用于硫酸化焙烧反应，实现硫酸的循环利用。
10.根据权利要求1所述的从高硅含铝矿物原料中提取铝的方法，其特征在于高硅含铝矿物原料为Al2O3与SiO2的质量比值小于3的，包括煤矸石、粉煤灰、黏土、高岭土、红柱石、硅线石、蛭石、霞石以及高硅铝土矿的含铝原料。
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