專利名稱：一種堿溶碳分法生產(chǎn)氧化鋁的工藝的制作方法
一種堿溶碳分法生產(chǎn)氧化鋁的工藝(一)所屬技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明屬于氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。(二)本發(fā)明技術(shù)背景金屬鋁是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和提高人民生活水平不可缺少的重要原材料。隨著我國國民經(jīng)濟(jì) 的快速發(fā)展，我國金屬鋁的產(chǎn)量也得到了迅速的增長(zhǎng)。本世紀(jì)初前五年，金屬鋁年增長(zhǎng)速度 超過50%，到2006年產(chǎn)量達(dá)到935.84萬噸，產(chǎn)量已居世界第一。氧化鋁是生產(chǎn)金屬鋁的原 料，金屬鋁的快速發(fā)展推動(dòng)了氧化鋁生產(chǎn)的相應(yīng)快速發(fā)展，2006年我國氧化鋁產(chǎn)量已達(dá)到 1369.98萬噸，也已居世界第一。金屬鋁是以氧化鋁為原料通過熔鹽電解工藝生產(chǎn)制得的。而氧化鋁又是以鋁土礦原料制 取的。生產(chǎn)氧化鋁的方法主要有拜耳法和燒結(jié)法兩種，現(xiàn)在生產(chǎn)上應(yīng)用的聯(lián)合法實(shí)際上就是 拜耳法和燒結(jié)法兩個(gè)流程的聯(lián)合工藝。拜耳法是相對(duì)能耗低，生產(chǎn)成本低的生產(chǎn)工藝。但是， 它對(duì)鋁土礦原料要求高，原料中鋁含量與硅含量之比必須大于8，即硅含量必須很少。國外 用于氧化鋁生產(chǎn)的原料主要是含硅少的且易堿溶的三水鋁石，所以國際上生產(chǎn)氧化鋁的工藝 極大部分是拜耳法。我國鋁土礦資源儲(chǔ)量也較豐富，但主要資源均是堿較難溶的一水硬鋁石。 一水硬鋁石含硅量普遍高于三水鋁石，其中適合拜耳法生產(chǎn)的硅含量低的"富礦"較少。我 國除廣西鋁土礦外，其他極大部分鋁土礦資源均是含硅高的中低品位礦。多年來，我國氧化 鋁科技工作者針對(duì)我國鋁土礦資源的特點(diǎn)，研究開發(fā)成功了幾種適合我國不同資源的氧化鋁 生產(chǎn)工藝，他們是適用于一水硬鋁石的拜耳法、燒結(jié)法、拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法、選礦-拜耳法等 等，從而使我國氧化鋁工業(yè)形成了具有中國特色的生產(chǎn)體系。在當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)中，純燒結(jié)法 工藝由于相對(duì)能耗高、成本高，所以其應(yīng)用比率逐步減少。聯(lián)合法工藝在當(dāng)前我國氧化鋁工 業(yè)中擔(dān)負(fù)著重要生產(chǎn)任務(wù)，聯(lián)合法產(chǎn)量的70%是由拜耳法系統(tǒng)產(chǎn)出的。近年針對(duì)我國低硅鋁 土礦"富礦"逐年減少的資源窘?jīng)r而研究成功的選礦(預(yù)脫硅)-拜耳法工藝實(shí)際上是純拜耳 法。廣西等優(yōu)質(zhì)資源原料是用純拜耳法生產(chǎn)的。由此看出，在我國氧化鋁生產(chǎn)中，拜耳法工 藝是主要的生產(chǎn)工藝，其實(shí)際產(chǎn)量約占全國的80%左右。因此研究拜耳法工藝的改進(jìn)、革新 和創(chuàng)新是氧化鋁工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的主要方向和任務(wù)。當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)正在沿著科學(xué)發(fā)展觀的道路順利前進(jìn)，創(chuàng)新是國策，節(jié)能減排是工 業(yè)生產(chǎn)的重要任務(wù)。氧化鋁工業(yè)作為礦物加工工業(yè)，節(jié)能減排任務(wù)繁重。按照科學(xué)發(fā)展觀和 創(chuàng)新的精神，氧化鋁工業(yè)能否研究創(chuàng)新出一個(gè)生產(chǎn)效率高、能耗低、成本低、污染少的具有 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型氧化鋁生產(chǎn)工藝呢？通過對(duì)氧化鋁生產(chǎn)原理和生產(chǎn)技術(shù)的分析、研究， 并通過試驗(yàn)，我們提出了本發(fā)明的~"堿溶碳分氧化鋁生產(chǎn)新工藝。拜耳法是J.K.拜耳于1889 1892年發(fā)明的。拜耳法的基本原理是拜耳循環(huán)，該循環(huán)包括拜耳的兩項(xiàng)專利 一是，在N320和Al203的摩爾比為1.8的鋁酸鈉溶液中，在常溫下，添加 氫氧化鋁作為晶種，溶液中的氧化鋁就能以氫氧化鋁的形式逐步析出，直到溶液中兩者的摩 爾比達(dá)到6時(shí)為止。這就是氧化鋁生產(chǎn)中的種分過程；二是，已經(jīng)析出了部分氫氧化鋁的溶 液，在加熱時(shí)，又可以溶出鋁土礦中的氧化鋁水合物。這就是氧化鋁生產(chǎn)中用種分母液溶出 鋁土礦的過程。交替使用這兩個(gè)過程，就形成了拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程。拜耳法工藝雖然已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中成功使用了一百多年，并且一直被視為氧化鋁生產(chǎn)的 最好的甚至是不可逾越的最經(jīng)典的工藝，但是，拜耳法的一個(gè)致命的弱點(diǎn)就是拜耳循環(huán)的第 一個(gè)發(fā)明，即在種分過程中，由于鋁酸鈉溶液加晶種析出氫氧化鋁的量受到其理論基礎(chǔ)—— Na20-Al203-H20三相平衡濃度的限制，致使鋁酸鈉溶液中的氫氧化鋁不能完全析出，在實(shí)際 生產(chǎn)中，其分解率只能在50%以下，并且時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30-70小時(shí)，這不僅造成有一半或更多的 己經(jīng)花了大量能源和勞動(dòng)力溶出的氧化鋁只能繼續(xù)留在溶液中進(jìn)入生產(chǎn)的下一個(gè)循環(huán)，造成 對(duì)能源和勞動(dòng)力的極大浪費(fèi)，而且影響鋁土礦中的氧化鋁繼續(xù)溶出的速度，勞動(dòng)生產(chǎn)力低， 生產(chǎn)設(shè)備利用率低，能源浪費(fèi)嚴(yán)重是拜耳法的最大不足和缺陷。燒結(jié)法適用于含硅高的中低鋁硅比礦石生產(chǎn)氧化鋁工藝。它是基于礦物中氧化鋁在高溫 (S0(TC)時(shí)能與碳酸鈉結(jié)合成固體鋁酸鈉，將固體鋁酸鈉溶于稀堿溶液，再通入C02析出氫 氧化鋁的原理。由于燒結(jié)法處理的是高硅礦物，并需用能耗高的回轉(zhuǎn)窯等設(shè)備，所以相對(duì)能 耗高，成本高。但是，燒結(jié)法有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，即，它從鋁酸鈉溶液中析出氫氧化鋁是采 用通入C02的方法，即碳分的方法。碳分的實(shí)質(zhì)可以看成是酸堿中和反應(yīng)，從理論上說，該 反應(yīng)是可以快速徹底進(jìn)行到底的，即它可以使鋁酸鈉溶液在1-3小時(shí)內(nèi)全部分解成氫氧化鋁 和碳酸鈉，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中碳分的分解率在90 92%左右。所以，燒結(jié)法的生產(chǎn)效率和設(shè)備 利用率大大高于拜耳法。本技術(shù)發(fā)明所提出的"堿溶-碳分法生產(chǎn)氧化鋁"新工藝，采用的是低能耗的堿液溶出工 序與高分解率的碳分工序的基本組合，并利用電解法實(shí)現(xiàn)碳酸鈉的再苛化循環(huán)使用，它既不 含分解率低的種分工序也不含能耗高的蒸發(fā)和焙燒工序，因而具有高效率、低能耗、低成本和環(huán)境友好的特點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有氧化鋁生產(chǎn)方法拜耳法和燒結(jié)法所存在的不足，提供一種 既能夠顯著提高氧化鋁生產(chǎn)效率又能夠?qū)崿F(xiàn)堿液循環(huán)利用的低能耗的氧化鋁生產(chǎn)新工藝方 法，即如下所述的堿溶碳分法氧化鋁生產(chǎn)新工藝。本發(fā)明的堿溶碳分法氧化鋁生產(chǎn)新工藝流程圖見附圖1和附圖2說明。本發(fā)明的堿溶碳分法氧化鋁生產(chǎn)新工藝的主要內(nèi)容和工藝原理是1、 用一定濃度的NaOH溶液溶解鋁土礦中的Al203，得到鋁酸鈉溶液Al203+2NaOH +叫2NaA102 + aq (式1)2、 用HCCV或C02分解鋁酸鈉溶液，析出Al(OH)3，并得到Na2C03溶液；NaA102+NaHC03+aq —Na2C03+Al(OH)3+aq (式2) 2NaA102+ C02 + aq —Na2C03+ 2Al(OH)3 + aq(式3)3、 焙燒Al(OH)3得到A1203;4、 電解Na2C03溶液，在陰極區(qū)得到NaOH溶液，在陽極區(qū)得到NaHC03溶液；陽極區(qū)2Na2C03+H20+aq 2e — 2NaHC03+l/202 +2Na++aq 陰極區(qū)2Na++ 2H20+aq + 2e — 2NaOH + H2+aq或2Na+十l/202 + aq + 2e — 2NaOH + aq 總反應(yīng)Na2C03 + aq — NaOH + NaHC03 + aq (式4)5、 將電解得到的NaOH溶液再用于溶解鋁土礦中的A1203，將電解得到的NaHC03溶液 再用于鋁酸鈉的分解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)NaOH溶液和NaHC03溶液的循環(huán)利用。本發(fā)明的主要特征在于在氧化鋁生產(chǎn)工藝中采用了堿溶工序、碳分工序與電解再生循 環(huán)工序的三結(jié)合，S卩，在堿溶工序中采用氧化鋁含量低于1%的氫氧化鈉溶液將鋁土礦中的氧 化鋁以鋁酸鈉的形式溶解出來；在碳分工序中采用添加碳酸氫鈉溶液或通加二氧化碳的方法 使鋁酸鈉徹底分解轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁析出，鋁酸鈉分解轉(zhuǎn)化率達(dá)到92-99%;在電解再生循環(huán)工 序中，將剩下的碳酸鈉母液電解，在陰極區(qū)得到質(zhì)量百分比濃度可高達(dá)5-40n/。的NaOH溶液 重新用于堿溶工序，在陽極區(qū)得到質(zhì)量百分比濃度可高達(dá)5-15%的NaHC03溶液重新用于碳 分工序，從而實(shí)現(xiàn)NaOH溶液和NaHC03溶液的再生循環(huán)利用。在堿溶工序中，最佳的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量百分比濃度為15-40%。 在碳分工序中，最佳的碳酸氫鈉溶液的質(zhì)量百分比濃度為6-15%。

為了更直觀說明本發(fā)明的特征，本發(fā)明結(jié)合說明書附圖進(jìn)行說明。附圖1和附圖2是本 發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 實(shí)施例1采用35%NaOH溶液對(duì)一水硬鋁石粉進(jìn)行溶出2小時(shí)，葉濾后得到精制鋁酸鈉溶出液； 按1:1.1當(dāng)量比添加12-13%的碳酸氫鈉溶液反應(yīng)1.5小時(shí)，再將析出的氫氧化鋁和碳酸鈉母 液分開；焙燒氫氧化鋁得到純度>98.5%的氧化鋁；碳酸鈉母液中殘留的氫氧化鋁含量<0.2%， 電解碳酸鈉母液在陰極區(qū)得到35-40y。NaOH溶液，在陽極區(qū)得到14-15%碳酸氫鈉溶液。實(shí)施例2采用30%NaOH溶液對(duì)三水硬鋁石粉進(jìn)行溶出2小時(shí)，葉濾后得到精制鋁酸鈉溶出液； 通加C02將pH降至8.9-9.2，反應(yīng)1.2小時(shí)后將析出的氫氧化鋁和碳酸鈉母液分開；焙燒氫 氧化鋁得到純度>98.5%的氧化鋁；碳酸鈉母液中殘留的氫氧化鋁含量<0.2%，電解碳酸鈉母 液在陰極區(qū)得到30-35。/。NaOH溶液，在陽極區(qū)得到10-13%碳酸氫鈉溶液。實(shí)施例3采用25%NaOH溶液對(duì)一水軟鋁石粉進(jìn)行浸泡溶出3.5小吋，葉濾后得到精制鋁酸鈉溶 出液；按1:1.1當(dāng)量比添加8-10%的碳酸氫鈉溶液反應(yīng)2小時(shí)，再將析出的氫氧化鋁和碳酸鈉 母液分開；焙燒氫氧化鋁得到純度>98.5%的氧化鋁；碳酸鈉母液中殘留的氫氧化鋁含量 <0.5%，考解碳酸鈉母液在陰極區(qū)得到33-35。/。NaOH溶液，在陽極區(qū)得到14-15%碳酸氫鈉溶液。
權(quán)利要求
1、一種生產(chǎn)氧化鋁的新工藝技術(shù)方法，其主要特征是在氧化鋁生產(chǎn)工藝中采用了堿溶工序、碳分工序與電解再生循環(huán)工序三結(jié)合的集成技術(shù)，即，在采用氫氧化鈉溶液將鋁土礦中的氧化鋁以鋁酸鈉的形式溶解出來之后，采用添加碳酸氫鈉溶液或通加二氧化碳的方法使鋁酸鈉徹底分解轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁析出，接著再通過電解剩下的碳酸鈉母液分別在陰極區(qū)和陽極區(qū)得到NaOH溶液和NaHCO3溶液，再分別用于堿溶工序和碳分工序，實(shí)現(xiàn)NaOH溶液和NaHCO3溶液的再生循環(huán)利用。
2、 按權(quán)利要求書l所述方法得到的氫氧化鋁，用于生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)品。
全文摘要
一種在氧化鋁生產(chǎn)過程中采用堿溶工序、碳分工序與電解再生循環(huán)工序三結(jié)合的新技術(shù)工藝方法。采用氫氧化鈉溶液將鋁土礦中的氧化鋁以鋁酸鈉的形式溶解出來，采用添加碳酸氫鈉溶液或二氧化碳使鋁酸鈉徹底分解轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁析出，經(jīng)焙燒后得到氧化鋁產(chǎn)品，采用電解法電解碳酸鈉母液分別在陰極區(qū)和陽極區(qū)得到NaOH溶液和NaHCO₃溶液，實(shí)現(xiàn)NaOH溶液和NaHCO₃溶液的再生循環(huán)利用。
文檔編號(hào)C01F7/30GK101249976SQ200710178670
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者萬平玉, 呂子劍, 孫艷芝, 孟根發(fā), 張洪國, 潘軍青, 峰 趙, 銳 金, 鈕因健, 陳詠梅 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)