專利名稱：一種含鋁冶金物料生產(chǎn)氧化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含鋁冶金物料生產(chǎn)氧化鋁的方法。
背景技術(shù)：
生產(chǎn)氧化鋁可采用堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法和熱法四種工藝。堿法工藝過程為含 鋁冶金物料經(jīng)堿分解得鋁酸鈉溶液，鋁酸鈉溶液分解得氫氧化鋁，氫氧化鋁煅燒得氧化鋁； 酸法工藝過程為用硝酸、硫酸或鹽酸分解含鋁冶金物料得酸性鋁鹽溶液，鋁鹽溶液結(jié)晶得 水合鋁鹽晶體或堿中和得氫氧化鋁，水合鋁鹽晶體或氫氧化鋁煅燒得氧化鋁；酸堿聯(lián)合法 工藝過程為先用酸法從含鋁冶金物料中制取含鐵、鈦等雜質(zhì)的氫氧化鋁，然后再用堿法處 理不純的氫氧化鋁得到合格的氧化鋁產(chǎn)品；熱法工藝過程為先用電爐還原高硅高鐵含鋁 冶金物料獲得硅鐵合金與含氧化鋁的爐渣，再用堿法從爐渣中提取氧化鋁。但目前用于工 業(yè)生產(chǎn)的幾乎全屬于堿法。含鋁冶金物料的種類很多，其中主要有剛玉、鋁土礦、藍(lán)晶石、霞石及粉煤灰等，目 前工業(yè)上用于生產(chǎn)氧化鋁的原料主要是鋁土礦和粉煤灰。鋁土礦的組成復(fù)雜，其主要成分 為A1203、Si02、Fe203和Ti02。鋁土礦按其組成和結(jié)構(gòu)分為三水鋁石和一水鋁石。三水鋁石 鐵含量較高硅含量低，即鋁硅比A/S高適合用堿法。一水鋁石鐵含量低硅含量高，采用堿法 分解礦石中雜質(zhì)硅大量進(jìn)入溶液，脫硅任務(wù)重，氧化鋁生產(chǎn)成本隨礦石中鋁硅比A/S的降 低而升高。隨著氧化鋁工業(yè)的快速發(fā)展，優(yōu)質(zhì)的三水鋁石型的含鋁冶金物料越來越少，鋁土 礦已難以滿足堿法氧化鋁生產(chǎn)工藝的要求。不僅如此，堿法氧化鋁的生產(chǎn)過程產(chǎn)生的赤泥 等棄渣還沒有找到綜合利用的方法，這些已嚴(yán)重威脅廠區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境。粉煤灰是煤燃燒后的固體廢棄物，其主要的化學(xué)成分為A1203、Si02、Fe203> CaO、 Ti02和C以及其它多種微量元素。粉煤灰中A1203的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)15% 40%，是制備氧 化鋁的很好資源。粉煤灰雖然可用于生產(chǎn)氧化鋁，但現(xiàn)有工藝得到的氧化鋁生產(chǎn)成本高，市 場競爭能力弱。目前火力發(fā)電廠產(chǎn)出的粉煤灰到處都堆積如山，急需尋求低成本、高效率粉 煤灰制備氧化鋁的綜合利用新工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種方法，可有效分解含鋁冶金物料，并能使工藝過程使 用過的硫酸、碳酸氫鈉等化工原料再生循環(huán)使用的，清潔環(huán)保的氧化鋁生產(chǎn)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下主要步驟含鋁冶金物料硫酸分解得硫酸鋁溶液，硫 酸鋁溶液凈化除雜，凈化后液碳酸鈉鹽沉鋁得氫氧化鋁，氫氧化鋁煅燒得氧化鋁，碳酸鈉鹽 再生，硫酸再生。所述的含鋁冶金物料硫酸分解是指含鋁冶金物料硫酸常壓浸出，或含鋁冶金物料 低溫硫酸化焙燒后加水浸出，或含鋁冶金物料硫酸壓力浸出。所述的硫酸鋁溶液凈化是指含鋁冶金物料酸分解得到的硫酸鋁溶液經(jīng)冷卻結(jié)晶 后重溶凈化，或加氫氧化鋁或氫氧化鈉或碳酸鈉或碳酸氫鈉調(diào)PH值除雜凈化。
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所述的碳酸鈉鹽沉鋁是指往硫酸鋁凈化后液中加碳酸鈉或碳酸氫鈉中和沉鋁，過 濾得到氫氧化鋁和硫酸鈉溶液，沉鋁過程產(chǎn)生的co2用氨水吸收。所述的氫氧化鋁煅燒是指沉鋁得到的氫氧化鋁高溫分解得氧化鋁。所述的碳酸鈉鹽再生是指在硫酸鋁溶液中加入碳酸氫氨或同時通入氨氣和co2結(jié) 晶析出碳酸氫鈉，過濾，碳酸氫鈉返回沉鋁工序循環(huán)使用，或碳酸氫鈉熱分解得到的碳酸鈉 返回沉鋁工序循環(huán)使用。所述的硫酸再生是指碳酸氫鈉再生過程得到的硫酸銨溶液通過膜電解劈裂成硫 酸和氨水，硫酸返回含鋁冶金物料酸分解工序循環(huán)使用，氨水吸收co2后形成的碳酸氫氨返 回碳酸氫鈉再生工序循環(huán)使用；或先在硫酸銨溶液中先加氧化鈣或氫氧化鈣產(chǎn)生氨氣和石 膏，氨氣返回碳酸鈉鹽再生工序循環(huán)使用，石膏則加碳高溫還原分解得到石灰和so2，石灰 返回硫酸銨分解工序循環(huán)使用，so2在觸媒的作用下氧化吸收得到的硫酸返回含鋁冶金物 料酸分解工序循環(huán)使用。A1203+3H2S04 — AI2 (SO4) 3+H2O
Fe203+3H2S04 — Fe2 (S04) 3+H20
Fe2 (S04) 3+60『—Fe (OH) 3 J, +3S042—
Al2 (S04) 3+6NaHC03 — 2A1 (OH) 3 J, +3Na2S04+6C02 個
Al2 (S04) 3+3Na2C03+3H20 — 2A1 (OH) 31 +3Na2S04+3C02 個
2A1 (OH) 3 — A1203+3H20 個
Na2S04+2NH4HC03 — 2NaHC03 丨 + (NH4) 2S04
Na2S04+2NH3+2H20+2C02 — 2NaHC03 J,+ (nh4)2so4
2NaHC03 — Na2C03+C02 t +H20
(NH4) 2S04+Ca0+H20 — CaS04 2H20 J,+2nh3 個
(NH4) 2S04+Ca (OH) 2 — CaS04 2H20 J,+2nh3 個
nh3+h2o+co2 — nh4hco3
CaS04 2H20+C — Ca0+S02 個 +2H20個+C0個
2CaS04 2H20+C — 2Ca0+2S02 個 +4H20 個 +C02 個
2S02+02 — 2S03
so3+h2o — h2so4
本發(fā)明實施的具體工藝過程為按含鋁冶金物料中A1203與H2S04化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)的1.0-2. 0倍加入硫酸，50-110°C攪拌常壓浸出1-8小時，或120-180°C壓力浸出0. 5-3
小時，或200-280°C低溫焙燒0. 5-2. 5小時后50_100°C水浸0. 5-1. 5小時，過濾得到粗硫 酸鋁溶液；粗硫酸鋁溶液直接加Na2C03或NaHC03或NaOH或A1 (OH) 3調(diào)pH值至2. 5-3. 5，
0-100°C攪拌0.5-2. 5小時除雜凈化得精硫酸鋁溶液，或粗硫酸鋁溶液先冷卻析出硫酸鋁 晶體，過濾，母液返回含鋁冶金物料酸分解工序，硫酸鋁晶體加水升溫攪拌溶解得精硫酸鋁 溶液；精硫酸鋁溶液加NaHC03或Na2C03中和至pH值5. 0-8. 0，10_120°C攪拌0. 5-5. 5小 時，鋁沉淀析出，過濾得氫氧化鋁和硫酸鈉溶液；過濾得到的氫氧化鋁經(jīng)800-1250°C煅燒
1-5小時得氧化鋁產(chǎn)品；沉鋁產(chǎn)生的硫酸鈉溶液按碳酸氫鈉形成化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)1.0-1. 5 倍加入碳酸氫銨或通入C02和氨氣，0-65°C攪拌0. 5-5. 5小時，結(jié)晶析出碳酸氫鈉，過濾得 碳酸氫鈉和硫酸銨溶液；先在硫酸銨溶液中按石膏形成化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)的1. 0-1. 5倍加入
4石灰，10-100°c攪拌1-3小時趕氨，過濾得到的石膏再按硫酸根還原成S02化學(xué)反應(yīng)計量數(shù) 1. 0-2. 0倍加石墨或焦粉或粉煤或木炭700-1350°C還原1_3小時，生成石灰并放出S02，S02 在觸媒的作用下氧化吸收得到硫酸，或以硫酸銨溶液作陽極液，以0. 1-1. Omol/L的硫酸溶 液作陰極液，用陰離子膜將陰極液和陽極液隔開45-75°C電解，電流密度為800-1600A/m2， 陰極得到氨水，陽極產(chǎn)生硫酸。本發(fā)明與已有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點及效果1、本發(fā)明提供的氧化鋁生產(chǎn)方法，既能處理優(yōu)質(zhì)的鋁土礦，也能處理雜質(zhì)含量高 鋁硅比A/S低的非鋁土礦的含鋁冶金物料，氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量好，工藝適應(yīng)性強。2、氧化鋁生產(chǎn)工藝過程使用過的硫酸、碳酸氫鈉等化工原料均能再生循環(huán)使用， 清潔環(huán)保，經(jīng)濟(jì)高效。3、含鋁冶金物料與硫酸作用屬酸堿中和放熱反應(yīng)，分解速度快，分解能耗低，資源
利用率高。4、含鋁冶金物料采用酸法分解，硅等酸性雜質(zhì)留在渣中，不產(chǎn)生赤泥等的有害廢 渣，環(huán)境友好。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，以下實施例旨在說明本發(fā)明而不是對 本發(fā)明的進(jìn)一步限定。實施例1三水鋁石1000g按化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)的1. 2倍加入硫酸，液固比L/S 3 lmL/g, 95°C攪拌3小時，過濾；粗硫酸鋁溶液攪拌加氫氧化鈉調(diào)pH至2. 6，85°C凈化1小時，過濾； 精硫酸鋁溶液加入碳酸鈉中和至PH值5. 5，95°C攪拌1小時沉淀析出氫氧化鋁，過濾洗滌； 氫氧化鋁850°C煅燒2小時得純度99. 的A1203產(chǎn)品；沉鋁得到的硫酸鈉濾液按碳酸氫 鈉形成化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)1. 4倍加入碳酸氫銨，55°C攪拌1小時，過濾得碳酸氫鈉和硫酸銨溶 液；以硫酸銨溶液作陽極液，以0. 2mol/L硫酸溶液作陰極液，用陰離子膜將陰極液和陽極 液隔開55°C電解，電流密度為1000A/m2，陰極得到氨水，陽極產(chǎn)生硫酸。實施例2含Al20330%的粉煤灰2000g按化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)的1. 4倍加入硫酸拌和，250°C焙燒 2小時后；焙砂一分為二，液固比L/S 2 lmL/g，100°C水浸1小時，過濾；濾液冷卻結(jié)晶，母 液用于下一批焙砂浸出，硫酸鋁晶體加水?dāng)嚢?00°C溶解；硫酸鋁重溶液加入實施例1得到 的碳酸氫鈉中和至pH 6. 0，80°C攪拌1. 5小時，過濾洗滌得氫氧化鋁和硫酸鈉溶液；氫氧化 鋁1000°C煅燒2小時得純度99. 6%的A1203產(chǎn)品；硫酸鈉濾液按碳酸氫鈉形成化學(xué)反應(yīng)計 量數(shù)1. 2倍加入碳酸氫銨，50°C攪拌1小時，過濾得碳酸氫鈉和硫酸銨溶液；硫酸銨溶液按 形成石膏化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)的1. 1倍加入石灰，90°C攪拌1小時，過濾得石膏；硫酸銨分解產(chǎn) 生的氨氣與碳酸氫鈉沉鋁產(chǎn)生的二氧化碳混合水吸收得碳酸氫銨。實施例3一水軟鋁石800g按化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)的1. 1倍加入硫酸拌和，220°C焙燒1小時后； 焙砂液固比L/S4 lmL/g，90°C水浸1小時，過濾；濾液冷卻結(jié)晶，母液用于下一批焙砂浸 出，硫酸鋁晶體加水?dāng)嚢?5°C溶解；硫酸鋁重溶液加入實施例2得到的碳酸氫鈉中和至pH6. 2，85°C攪拌1小時，過濾洗滌得氫氧化鋁和硫酸鈉溶液；氫氧化鋁950°C煅燒2小時得純 度99. 7%的A1203產(chǎn)品；硫酸鈉濾液按碳酸氫鈉形成化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)1. 2倍加入碳酸氫銨， 50°C攪拌1小時，過濾得碳酸氫鈉和硫酸銨溶液；硫酸銨溶液按形成石膏化學(xué)反應(yīng)計量數(shù) 的1. 2倍加入石灰，75°C攪拌1. 5小時，過濾得石膏。實施例4一水硬鋁石lOOOKg按化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)的1. 1倍加入硫酸，液固比L/S 2. 5 lmL/ g，160°C壓力浸出2小時，過濾得粗硫酸鋁溶液；粗硫酸鋁溶液攪拌加氫氧化鈉調(diào)pH至 2.8，95°C凈化1小時，過濾得精硫酸鋁溶液；精硫酸鋁溶液加入碳酸氫鈉中和至PH值至 6. 5，95°C攪拌1小時，過濾洗滌得氫氧化鋁和硫酸鈉溶液；氫氧化鋁1150°C煅燒2小時得 純度99. 5%的A1203產(chǎn)品；硫酸鋁分解產(chǎn)生的二氧化碳用氨水吸收生產(chǎn)碳酸氫銨；硫酸鈉 濾液按碳酸氫鈉形成化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)1. 2倍加入碳酸氫銨，60°C攪拌1小時，過濾得碳酸 氫鈉和硫酸銨溶液；硫酸銨溶液按石膏形成化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)的1. 1倍加入石灰，80°C攪拌 2小時，過濾得石膏；硫酸銨石灰分解產(chǎn)生的氨氣用于生產(chǎn)碳酸氫銨；石膏按按硫酸根還原 成S02化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)1. 5倍加石油焦粉950°C還原2小時，得到工業(yè)石灰；還原產(chǎn)生的S02 送硫酸車間生產(chǎn)硫酸。
權(quán)利要求
一種含鋁冶金物料生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于包括以下步驟含鋁冶金物料按Al2O3與H2SO4化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)的1.0-2.0倍加入硫酸分解，分解產(chǎn)生的粗硫酸鋁溶液加堿調(diào)pH值至2.5-3.5除雜凈化，或粗硫酸鋁溶液冷卻析出硫酸鋁晶體重溶凈化，凈化后的硫酸鋁溶液加碳酸鈉鹽調(diào)pH值至5.0-8.0鋁沉淀析出，沉淀析出的氫氧化鋁經(jīng)800-1250℃煅燒得氧化鋁產(chǎn)品，沉鋁產(chǎn)生的硫酸鈉溶液加碳酸氫銨回收碳酸鈉鹽，碳酸鈉鹽回收過程產(chǎn)生的硫酸銨溶液分解得硫酸，氧化鋁生產(chǎn)工藝過程使用過的硫酸、碳酸鈉鹽經(jīng)再生后循環(huán)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鋁冶金物料生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于，所述的含 鋁冶金物料硫酸分解是指含鋁冶金物料加入硫酸經(jīng)50-110°C攪拌常壓浸出1-8小時，或 120-180 °C壓力浸出0. 5-3小時，或200-280 °C低溫焙燒0. 5-2. 5小時后50-100 °C水浸 0. 5-1. 5 小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鋁冶金物料生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于，粗硫酸鋁溶 液加堿調(diào)PH值所用的堿為Na2C03或NaHC03或NaOH或A1 (0H) 3，除雜凈化溫度為0-100°C， 攪拌0. 5-2. 5小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述含鋁冶金物料生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于，所述的碳酸 鈉鹽沉鋁是指在硫酸鋁凈化后液中加NaHC03或Na2C03調(diào)pH值至5. 0-8. 0，10_120°C攪拌 0. 5-5. 5小時，沉淀析出氫氧化鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳酸鈉鹽回收是指在沉鋁過程產(chǎn) 生的硫酸鈉溶液中按碳酸氫鈉形成化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)1. 0-1. 5倍加入碳酸氫銨或通入C02和 氨氣，0-65°C攪拌0. 5-5. 5小時，結(jié)晶析出，過濾得到的碳酸氫鈉返回沉鋁工序循環(huán)使用， 或?qū)⑦^濾得到的碳酸氫鈉熱解得到的碳酸鈉返回沉鋁工序循環(huán)使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述含鋁冶金物料生產(chǎn)氧化鋁的的方法，其特征在于，所述的硫酸 銨溶液分解是指以硫酸銨溶液作陽極液，以0. 1-1. Omol/L硫酸溶液作陰極液，用陰離子膜 將陰極液和陽極液隔開，45-75°C電解，電流密度為800-1600A/m2，陰極得到氨水，陽極產(chǎn)生 硫酸，或先在硫酸銨溶液中按石膏形成化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)的1. 0-1. 5倍加入氧化鈣或氫氧化 鈣，10-100°C攪拌1-3小時趕氨，氨氣返回碳酸鈉鹽回收工序循環(huán)使用，過濾得到的石膏再 按硫酸根還原成S02化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)1. 0-2. 0倍加石墨或焦粉或粉煤或木炭，700-135(TC 還原煅燒1-3小時，生成石灰并放出S02，S02在觸媒的作用下氧化吸收得到硫酸，石灰返回 硫酸銨溶液分解工序循環(huán)使用。
全文摘要
一種含鋁冶金物料生產(chǎn)氧化鋁的方法，本發(fā)明工藝過程包括含鋁冶金物料硫酸分解、硫酸鋁溶液凈化、碳酸鈉鹽沉鋁、氫氧化鋁煅燒、碳酸鈉鹽再生、硫酸再生等主要工序，氧化鋁生產(chǎn)工藝過程使用過的硫酸、碳酸氫鈉等化工原料均能再生循環(huán)使用，具有氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低，環(huán)境友好等優(yōu)點。
文檔編號C01F7/02GK101863500SQ20101019150
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者王學(xué)文, 王明玉 申請人:中南大學(xué)