專利名稱：生產(chǎn)三氧化二鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與用—水硬鋁石型礦生產(chǎn)氧化鋁的方法有關(guān)。
背景技術(shù)：
目前用—水硬鋁石型礦生產(chǎn)氧化鋁的工藝較復(fù)雜，在苛性堿條件下高溫(180～240℃)、高壓(40個(gè)大氣壓)下經(jīng)60分鐘壓煮將鋁轉(zhuǎn)化為水溶性鋁酸鈉。也有以Na2CO3，CaO作為添加劑在高溫焙燒，生成可溶于水的鋁酸鈉，用水或堿液浸出，再由拜爾法即加入Al2O3作為晶種，加入CaO置換出氫氧化鋁，再經(jīng)高溫煅燒得a型三氧化二鋁。該方法用NaCO3作為添加劑生產(chǎn)本高，對環(huán)境造成污染。在一段脫硅過程中先加熱使雜質(zhì)作為沉淀析出，經(jīng)過濾后在加壓使沉淀再次產(chǎn)生，再經(jīng)過濾得鋁酸鈉溶液，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，物流量大，成本高。在攪拌分解精制液生成氫氧化鋁的過程中要加入大量Al2O3晶種，時(shí)間長，物流量大，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高。添加劑不能循環(huán)使用，進(jìn)一步增加生產(chǎn)成本。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)工藝簡單，原料及添加劑易得，設(shè)備投資少，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，對環(huán)境污染少的三氧化二鋁的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的生產(chǎn)三氧化二鋁的方法，包括下述步驟(1)以一水硬鋁石型礦石為原料，以Na2SO4、CaO、C為添加劑備料，(2)將礦石、Na2SO4、CaO、C一同加入球磨機(jī)球磨至80-120目，(3)將球磨后的物料送入回轉(zhuǎn)窯焙燒，溫度700-1100℃，時(shí)間1-2小時(shí)，Na2SO4與礦石中的Al2O3生成NaAlO2，(4)將焙燒后的物料放入高壓反應(yīng)釜中，加入水，同時(shí)加溫、加壓，使物料中的鐵、鈦、硅酸二鈣充分水解作為沉淀析出，得一段脫硅浸出液，(5)將浸出液過濾得鋁酸鈉溶液和濾渣，(6)將鋁酸鈉溶液送入反應(yīng)釜中，加入熟石灰乳加熱，使溶液中的鋁硅酸鈉與CaO結(jié)合生成水合石榴子石沉淀，得二段脫硅液，
(7)將二段脫硅液過濾，得精制液，(8)在精制液中加入硫酸溶液使其酸化分解生成氫氧化鋁沉淀，(9)將酸化分解液過濾，得氫氧化鋁沉淀和濾液，(10)將氫氧化鋁送入煅燒窯加熱生成剛石即Y-Al2O3，(11)將濾液蒸發(fā)，使其中Na2SO4大于75％，作為步驟(1)的添加劑循環(huán)使用。
本發(fā)明的方法Na2SO4、CaO、C加入量根據(jù)一水硬鋁石型礦石中的Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2的含量計(jì)算，用量如下Na2SO2＝(1.0～1.1)(Al2O3+Fe2O3)÷43.63％CaO＝(2.0～2.5)SiO2C＝30％×Na2SO4。
步驟(4)中物料水＝1∶(7～9)，溫度為130～200℃，壓力為0.4-1.0Mpa，時(shí)間為45-90分鐘。
步驟(6)中石灰乳的加入量根據(jù)如下比例計(jì)算CaO∶Al2O3＝1∶20，加熱溫度為100℃，時(shí)間為1小時(shí)。
步驟(7)中，將精制液加熱濃縮使NaAlO2含量達(dá)120g/L。
步驟(8)中加入重量百分濃度為50％的H2SO4，測定溶液的pH值為5.5-6.5時(shí)停止加入H2SO4。
本發(fā)明是主要針對三氧化二鋁百分含量為45-60％，二氧化硅為15-22％，三氧化二鐵4-20％，二氧化鈦7.5-8.0％，鋁硅比值A(chǔ)l/Si＝2.5-5.0％的一水硬鋁石型礦而進(jìn)行的生產(chǎn)提取技術(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)如下(一)改變原有的生產(chǎn)用添加劑Na2CO3(碳酸鈉)，采用Na2SO4(硫酸鈉)為主要的添加劑，同時(shí)配入一定量的石灰和還原劑石炭，控制堿比為1.0-1.1，鈣比為2.0-2.25，將其充分均勻混合后粒度為80％≥120目，即0.074mm，20％≥80目，即0.841mm，送入爐溫于700-1100℃溫度條件下的回轉(zhuǎn)窯中，在還原條件中進(jìn)行焙燒，由于物料中添加了碳物質(zhì)，這對于提高回轉(zhuǎn)窯的焙燒溫度是十分有利的，焙燒時(shí)間約1-2小時(shí)，使目的組分Al2O3與添加劑的Na2O結(jié)合生成固體鋁酸鈉，化學(xué)反應(yīng)式如下
在使用Na2SO4作為主要添加劑時(shí)，在一定溫度條件下，即840℃有氧化和還原氣氛同時(shí)并存下，則能很好地進(jìn)行分解，反應(yīng)式如下
當(dāng)三氧化硫從Na2SO4體系中分離出的同時(shí)又與物料中的雜質(zhì)和氧化鈣相結(jié)合從而生成分解溫度更高的化合物，其分解溫度約為1700℃以上，故不會(huì)對大氣造成污染。用傳統(tǒng)方式的添加劑Na2CO3，易分解出二氧化碳?xì)怏w，為了治理污染和回收二氧化碳?xì)怏w用于碳酸化的分解，需投入大量的設(shè)備，人力和生產(chǎn)成本高。反應(yīng)式如下
這樣一來就可將污染源從源頭上得到有效的控制，使得用此生產(chǎn)方式與目前國家對環(huán)境保護(hù)的要求和政策法規(guī)等，不發(fā)生根本性的利害沖突。
(二)采用硫酸進(jìn)行酸化分解鋁酸鈉工藝代替拜爾法，以拜爾法加入晶種為例，晶種加入的量是溶液(鋁酸鈉)中鋁含量的1.0-1.5倍，在70-90℃溫度條件下攪拌約72小時(shí)的時(shí)間才能將溶液中的鋁完全置換出，這不僅使氧化鋁的物流周轉(zhuǎn)量增加大，對后續(xù)煅燒作業(yè)也相應(yīng)地增加1-1.5倍，并且對晶種用三氧化二鋁的質(zhì)量也有著很高的要求，對粒度也有著嚴(yán)格的要求，即為40-60mu，反應(yīng)式如下
以拜爾法碳酸化解為例，需用大量的二氧化碳?xì)怏w并控制氣體含二氧化碳濃度為23-28％，溫度為70-80℃用時(shí)6小時(shí)，使鋁酸鈉溶液分解，生成碳酸鈉和氫氧化化鋁，反應(yīng)式如下
由于在焙燒過程中分解出的二氧化碳?xì)怏w回收后，不足以使溶液中的鋁酸鈉溶液進(jìn)行完全反應(yīng)，故仍需分取部份溶液采用加入晶種進(jìn)行攪拌置換，才能氫氧化鋁的置換完全。
而本發(fā)明使鋁酸鈉的脫硅指數(shù)達(dá)到1000-1500，即溶液含量硅量控制0.04-0.1g/L以內(nèi)，采用稀硫酸進(jìn)行加熱攪拌酸化分解，這一過程的用時(shí)僅為1小時(shí)，同時(shí)又使得溶液中生成硫酸鈉，不需對殘液進(jìn)行任何處理便可直接送去蒸發(fā)回收，酸化分解的反應(yīng)式如下
由于采用酸化分解是徹底的分解過程，它不僅能徹底地將溶液中的鋁徹底地置換出來，其雜質(zhì)如硅，鐵、鈦等雜質(zhì)也將徹底地置換出，由于在燒過程中添加劑主要是硫酸鈉，經(jīng)水浸出的溶液中硅含量比用傳統(tǒng)NO2CO3的生產(chǎn)方式本身就減少了76％左右，再經(jīng)高壓反應(yīng)脫除硅酸鈉和加入熟石灰脫除鋁硅酸鈉，使硅量指數(shù)達(dá)到1000-1500，其Al2O3溶液中的硅含量為0.04-0.1g/L，即使進(jìn)行徹底的酸化分解，其產(chǎn)品的硅含量為0.1％，符合國標(biāo)零級標(biāo)準(zhǔn)，鐵為0.014％符合國標(biāo)特級標(biāo)準(zhǔn)，鈉為0.16％符合國標(biāo)特級標(biāo)準(zhǔn)。
(三)將工藝流程簡單化，使得整個(gè)生產(chǎn)過程變得簡單化和容易操作，拋棄了拜爾法中的晶種置換法和碳酸化分解法，減少了工藝流程和設(shè)備等不利因素，同時(shí)也減少了生產(chǎn)過程中物流周轉(zhuǎn)量大和生產(chǎn)周期長，即由原來每生產(chǎn)1000kgAl2O3的周期由原來的2-3天縮短為16小時(shí)，并減少了煅燒過程的工作量，并使生產(chǎn)上升2-3倍，雖然在價(jià)格上并無優(yōu)勢與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式吃平，但生產(chǎn)產(chǎn)量呈跨躍式地增長，相對來說這也是降低成本的一種方式之一。
綜合上述所說，本發(fā)明不僅使得國內(nèi)低鋁高硅的一水硬鋁石型鋁土礦的提取可得到廣泛的運(yùn)用，同時(shí)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，所使用的添加劑Na2SO4市場價(jià)僅為每噸450.00元/噸，而碳酸鈉的市場價(jià)為每噸2000.00元/噸，并且在環(huán)境保護(hù)問題上，從根本得到解決，結(jié)省了設(shè)備的投入和生產(chǎn)周期，簡化了生產(chǎn)過程，使之易于操作。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式一、原材料的準(zhǔn)備(1)預(yù)先將礦石由大規(guī)格塊礦破碎至規(guī)格礦(5-15mm)左右后，進(jìn)行取樣化驗(yàn)礦石中，Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2含量計(jì)算后，根據(jù)其含量配入定量添加劑如Na2SO4、CaO、C計(jì)算配量如下
例如Al2O3為56.3％，F(xiàn)e2O3為7.28％，SiO2為18.0％ 注Na2O在Na2SO4體系中為43.63％。當(dāng)Na2SO4為160kg時(shí)，Na2O為69.8kg。
C為Na2SO4總量的30％，即Na2SO4o 160kg時(shí)，C用量為48kg。
(2)礦石的準(zhǔn)備將以定量的礦石連同Na2SO4、CaO、C一起送進(jìn)球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，其礦粉粒度要求為80％≥120，即0.074mm，20％≥80目，即0.841mm，如果是回收的添加劑，則溶液中含Na2SO4的量應(yīng)為75％以上，連同礦石進(jìn)行球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，其粒度要求相同仍為80％≥120目，20％≥80目。
二、焙燒將以球磨至規(guī)定要求的粒度后，送入回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行焙燒物，料在要求的700-1000℃條件下進(jìn)行焙燒，時(shí)間為1-2小時(shí)(注添加劑硫酸鈉的化學(xué)特征分子式Na2SO4，分子質(zhì)量為142.04俗稱“芒硝”和“元明粉”為白色粉末，溶于水PH＝5.0-11.0)，在884℃時(shí)溶化，屬于難分解和不揮發(fā)鹽類，純物質(zhì)在常壓下于3177℃分解，即分解成Na2O和SO3，即每100kg、Na2SO4，含Na2O為43.63kg，因Al2O3為兩性物質(zhì)，即可溶于酸也可溶于堿，如果單獨(dú)使用Na2SO4時(shí)，即使溫度高達(dá)1100℃以上時(shí)，也不會(huì)分解與Al2O3發(fā)生反應(yīng)，但在加入氧化劑，即CaO時(shí)，Na2SO4就可進(jìn)行分解，但不是徹底分解，同時(shí)需加入還原劑碳時(shí)，Na2SO4在還原性氣氛下就能徹底的分解出Na2O，并與Al2O3相結(jié)合生成可溶于水的固體鋁酸鈉的目的組分。
其反應(yīng)式如下700-1100℃
由于物料中有CaO的存在分解出的三氧化硫物質(zhì)又轉(zhuǎn)而與CaO結(jié)合生成CaSO4，故對空氣不會(huì)造成污染，這一點(diǎn)就與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式中使用Na2CO3時(shí)，分解出二氧化碳?xì)怏w對環(huán)境造成污染，相比之下有著明顯的環(huán)保優(yōu)勢在于從源頭上就控制了污染的源頭，并且省略了治理環(huán)境的設(shè)備和人力投入，同時(shí)也使得生產(chǎn)成本的降低。
三、浸出將焙燒后的物料放入反應(yīng)爐中，加入水(固液比為1∶4-6的比例)在100℃溫度條件下加熱沸煮20min(分鐘)將固體鋁酸鈉轉(zhuǎn)化為水溶液的鋁酸鈉，并使物料中生成的NaFeO2，CaTiO2，CaOSiO2發(fā)生水解生成氫氧化鐵，二氧化鈦和硅酸二鈣沉淀物，而分離出的NaOH作為NaAlO2的穩(wěn)定劑使其母液中的NaAlO2，不至于發(fā)生提前水解的現(xiàn)象出現(xiàn)。
同時(shí)，可將焙燒后的物料，放入高壓反應(yīng)釜中，加入水(固液比控制在1∶7-9之間)于溫度為170℃和壓力為0.7mPa下進(jìn)行加壓浸出，并同時(shí)進(jìn)行脫硅(即NaOSiO2硅酸鈉)時(shí)間為1小時(shí)，其脫硅指數(shù)為400，即每1000ml粗液中的硅含量為3-6g/升，鋁為110-120g/升。其硅量指數(shù)Al/Si=1206=30]]>經(jīng)壓壓脫硅后每升的硅量指出數(shù)為Al/Si=1200.3=400]]>即第一段每升鋁酸鈉的硅含量為0.3g/L，反應(yīng)式為在高壓浸出中的鐵、鈦、硅酸二鈣等物質(zhì)能夠得以最充分產(chǎn)生水解，每升溶液中的Fe2O3含量為0.013％，F(xiàn)e2O3低于國標(biāo)特級規(guī)定的0.03％的42.33％，故浸出時(shí)應(yīng)與第一段脫除硅酸鈉同時(shí)進(jìn)行。
四、過濾經(jīng)高壓浸出脫硅后需經(jīng)過過濾將殘?jiān)弯X酸鈉溶液過濾分離，殘?jiān)椭猎鼒龆汛妗?br> 五、二段脫硅鋁酸鈉溶液送入反應(yīng)釜中，加入熟石灰乳為1000ml 6gCaO/120Al2O3，在常壓下于100℃溫度條件下，進(jìn)行沸煮，時(shí)間為1小時(shí)，使Na2OAl2O32SiO2(鋁硅酸鈉)與CaO結(jié)合，生成溶解度更小的水合石榴子石，反應(yīng)式如下
其過二段脫硅后硅量指數(shù)為Al/Si=1170.1=1170]]>符合國標(biāo)的零級或一級用于電解鋁生產(chǎn)用Al2O3原材料組，同時(shí)也會(huì)造成每升約3-6g三氧化二鋁的損失。
六、過濾經(jīng)再次過濾除去鋁硅酸鈣沉淀后的鋁酸鈉溶液即“精制液”便可用于水解出Al(OH)3。
七、酸化分解向經(jīng)一、二段除硅后的鋁酸鈉溶液即“精制液”加入50％H2SO4進(jìn)行酸化分解使其生成氫氧化鋁沉淀，反應(yīng)式如下硫酸耗量為32.8kg。
八、過濾把酸化分解后的氫氧化鋁沉淀過濾經(jīng)洗滌后送至煅燒窯中于950℃以上高溫進(jìn)行煅燒，濾液送至蒸發(fā)器中進(jìn)行蒸發(fā)水份，回收Na2SO4，有用目的組份。
九、煅燒將氫氧化鋁送入煅燒窯中于950℃溫度條件下，煅燒2小時(shí)以上時(shí)間，使其生成y-Al2O3，即剛玉，這就是用于電解鋁用的生產(chǎn)原材料，Al2O3的有效提取率為92.6％。
十、蒸發(fā)將濾液進(jìn)行蒸發(fā)最大限度地將水份蒸發(fā)出去，使得溶液中的Na2SO4大于75％以上，并根據(jù)Na2O的損失量5-8％，加入一定當(dāng)量的固體Na2SO4即12.5kg。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)三氧化二鋁的方法，包括下述步驟(1)以一水硬鋁石型礦石為原料，以Na2SO4、CaO、C為添加劑備料，(2)將礦石、Na2SO4、CaO、C一同加入球磨機(jī)球磨至80-120目，(3)將球磨后的物料送入回轉(zhuǎn)窯焙燒，溫度700-1100℃，時(shí)間1-2小時(shí)，Na2SO4與礦石中的Al2O3生成NaAlO2，(4)將焙燒后的物料放入高壓反應(yīng)釜中，加入水，同時(shí)加溫、加壓，使物料中的鐵、鈦、硅酸二鈣充分水解作為沉淀析出，得一段脫硅浸出液，(5)將浸出液過濾得鋁酸鈉溶液和濾渣，(6)將鋁酸鈉溶液送入反應(yīng)釜中，加入熟石灰乳加熱，使溶液中的鋁硅酸鈉與CaO結(jié)合生成水合石榴子石沉淀，得二段脫硅液，(7)將二段脫硅液過濾，得精制液，(8)在精制液中加入硫酸溶液使其酸化分解生成氫氧化鋁沉淀，(9)將酸化分解液過濾，得氫氧化鋁沉淀和濾液，(10)將氫氧化鋁送入煅燒窯加熱生成剛石即Y-Al2O3，(11)將濾液蒸發(fā)，使其中Na2SO4大于75％，作為步驟(1)的添加劑循環(huán)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于Na2SO4、CaO、C加入量根據(jù)一水硬鋁石型礦石中的Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2的含量計(jì)算，用量如下Na2SO2＝(1.0～1.1)(Al2O3+Fe2O3)÷43.63％CaO＝(2.0～2.5)SiO2C＝30％×Na2SO4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)中物料∶水＝1∶(7～9)，溫度為130～200℃，壓力為0.4-1.0Mpa，時(shí)間為45-90分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(6)中石灰乳的加入量根據(jù)如下比例計(jì)算CaO∶Al2O3＝1∶20，加熱溫度為100℃，時(shí)間為1小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(7)中，將精制液加熱濃縮使NaAlO2含量達(dá)120g/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(8)中加入重量百分濃度為50％的H2SO4，測定溶液的pH值為5.5-6.5時(shí)停止加入H2SO4。
全文摘要
本發(fā)明為生產(chǎn)三氧化二鋁的方法，包括下述步驟(1)以一水硬鋁石型礦石為原料，以Na
文檔編號C01F7/00GK1686812SQ20051002082
公開日2005年10月26日 申請日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者鄧少彬 申請人:鄧少彬