一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及氧化鋁生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法。其步驟是將破碎后鋁土礦、鋁酸鈣以及一次循環(huán)母液混合后于100～280℃下進(jìn)行一次鈣化轉(zhuǎn)型溶出，溶出后的母液經(jīng)粗液精制及分解后直接返回溶出過(guò)程循環(huán)使用。鈣化渣經(jīng)碳化轉(zhuǎn)型后二次低溫溶鋁，二次溶出的鋁酸鈉溶液經(jīng)過(guò)含鈣礦物沉鋁后得到鋁酸鈣，鋁酸鈣返回一次鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程作為鈣源循環(huán)使用。二次低溫溶鋁得到的尾渣的主要成分為硅酸鈣和碳酸鈣，可直接用于水泥工業(yè)。本方法取消了現(xiàn)有鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁過(guò)程的蒸發(fā)工序，大幅度降低了生產(chǎn)過(guò)程的能耗，并在提高氧化鋁回收率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了尾渣的無(wú)害化利用，是一種節(jié)能環(huán)保的氧化鋁生產(chǎn)方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化鋁生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法。
技術(shù)背景
[0002]鋁是我國(guó)有色金屬冶金行業(yè)中的支柱產(chǎn)業(yè)，截止2013年，我國(guó)原鋁產(chǎn)能達(dá)到1800萬(wàn)噸，氧化鋁產(chǎn)能接近4000萬(wàn)噸，列世界首位。與我國(guó)高速發(fā)展的鋁工業(yè)相比，我國(guó)的鋁土礦資源儲(chǔ)量并不大，且多為高鋁、高硅、低鋁硅比的一水硬鋁石型鋁土礦。使用一水硬鋁石型鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁過(guò)程的能耗遠(yuǎn)高于國(guó)外三水鋁石生產(chǎn)過(guò)程。其原因在于:
[0003](I) 一水硬鋁石的拜耳法溶出過(guò)程需要的溫度(普遍在260°C以上)以及苛性堿濃度(240g/L左右)較高，導(dǎo)致溶出過(guò)程能耗較高，可占氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程的30%以上；[0004](2)由于溶出產(chǎn)生的偏鋁酸鈉溶液很難在高堿度的情況下分解，因此分解時(shí)需將溶出母液的堿濃度稀釋至170g/L以下，經(jīng)分解過(guò)，相對(duì)濃度較低的溶出母液還需要經(jīng)過(guò)蒸發(fā)過(guò)程才可以返回拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程循環(huán)使用，蒸發(fā)過(guò)程的能耗可占生產(chǎn)過(guò)程的40%左右。
[0005]另外，隨著我國(guó)氧化鋁工業(yè)的高速發(fā)展，伴隨生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的赤泥量也逐年增大，赤泥中由于堿含量較高而難以被大規(guī)模的利用，因此多采用直接堆存的方式處理，2013年，我國(guó)赤泥排放量達(dá)到近5000萬(wàn)噸。
[0006]近年來(lái)，我國(guó)鋁工業(yè)者針對(duì)如何降低氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程的能耗以及拜耳法赤泥綜合利用進(jìn)行了大量的研究工作，如中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司陳湘清等人發(fā)明的“一種鋁土礦選礦脫硅方法，申請(qǐng)?zhí)?201210262148”是采用浮選脫硅的方式提高鋁土礦的鋁硅比以降低拜耳法溶出過(guò)程的能耗，該方法是將粗選后的底流進(jìn)行分級(jí)，將分級(jí)得到的粗粒級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行磨礦后，入粗選流程進(jìn)行二次粗選脫硅；分級(jí)得到的細(xì)粒級(jí)產(chǎn)物給入掃選流程進(jìn)行浮選脫硅，采用該方法浮選氧化鋁回收率大于80% ；
[0007]中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司的李迎春等發(fā)明的“一種氧化鋁焙燒爐煙氣余熱回收過(guò)程的防結(jié)疤方法，申請(qǐng)?zhí)?201010265999”的特征在于其回收過(guò)程的氣液交換塔的水系統(tǒng)采用獨(dú)立自循環(huán)方式，生產(chǎn)的熱水再通過(guò)間接換熱設(shè)備，與生產(chǎn)用戶(hù)所需水進(jìn)行換熱，實(shí)現(xiàn)直接換熱系統(tǒng)用水與用戶(hù)水分開(kāi)的目的。本發(fā)明的一種氧化鋁焙燒爐煙氣余熱回收過(guò)程的防結(jié)疤方法，在氧化鋁焙燒爐煙氣直接換熱回收余熱的工藝，可大大減緩系統(tǒng)結(jié)疤速度，提高回收系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率以及能源利用效率，從而保證回收工藝的正常運(yùn)行；
[0008]湖南晟通科技集團(tuán)有限公司發(fā)明的“一種對(duì)氧化鋁進(jìn)行預(yù)熱的料倉(cāng)，申請(qǐng)?zhí)?201220035681”公開(kāi)了一種對(duì)氧化鋁進(jìn)行預(yù)熱的料倉(cāng)，所述料倉(cāng)內(nèi)部設(shè)置有與料倉(cāng)出料方向一致的打殼裝置，在所述打殼裝置與所述料倉(cāng)內(nèi)壁之間，設(shè)置有煙氣回收管道。本方案使煙氣回收管道內(nèi)的高溫氣體與料倉(cāng)內(nèi)的氧化鋁原料產(chǎn)生大面積的熱交換，從而加熱氧化鋁，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的；
[0009]昆明理工大學(xué)夏舉佩等人發(fā)明的“一種以赤泥和鎂渣為主材的免燒磚，申請(qǐng)?zhí)?201110209460”以赤泥和鎂渣為原料，經(jīng)原料預(yù)處理、混合、靜壓成型、碼坯、蒸汽養(yǎng)護(hù)等制磚工序，得到免燒磚。
[0010]上述專(zhuān)利技術(shù)均針對(duì)氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能降耗以及赤泥無(wú)害化利用展開(kāi)，但都沒(méi)有達(dá)到徹底解決赤泥中含堿以及大幅度降低生產(chǎn)過(guò)程能耗的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法，該方法利用鋁酸鈣在拜耳法溶出體系中的活化作用，降低了拜耳法溶出過(guò)程所需的苛性堿濃度，使溶出母液無(wú)需稀釋即可達(dá)到分解要求，從而取消了傳統(tǒng)氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程的蒸發(fā)工序，達(dá)到大幅度降低生產(chǎn)過(guò)程能耗的目的，并且解決了赤泥中堿鋁含量高的問(wèn)題。
[0012]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案按以下步驟進(jìn)行:
[0013](I)鈣化轉(zhuǎn)型溶出
[0014]將破碎后的鋁土礦與鋁酸鈣或鋁酸鈣和石灰以及鋁酸鈉一次循環(huán)母液混合，于100~280°C溫度下進(jìn)行鈣化轉(zhuǎn)型溶出反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為15~60min ;反應(yīng)得到的溶出礦漿經(jīng)固液分離，得到鈣化渣以及氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為(1.5~2):1的鋁酸鈉一次溶出母液，鋁土礦中的含硅相全部轉(zhuǎn)化為水化石榴石進(jìn)入鈣化渣中；
[0015]其中，所述鋁酸鈣或鋁酸鈣和石灰與鋁土礦的質(zhì)量比為(0.2~1.2):1 ;
[0016]所述的鋁酸 鈉一次循環(huán)母液濃度為氧化鈉含量100~170g/L、氧化鈉與氧化鋁的摩爾比(2.5~3.5):1 ；
[0017]所述的鋁酸鈉一次溶出母液為氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為(1.5~2):1的鋁酸鈉溶液；
[0018]鈣化轉(zhuǎn)型溶出反應(yīng)中，礦物中部分氧化鋁與鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，該反應(yīng)如下:
[0019](Al2O3) +2Na0H+3H20 = 2NaAl (OH) 4(I)
[0020]鈣化轉(zhuǎn)型溶出反應(yīng)中，礦物中的含硅相全部轉(zhuǎn)化為水化石榴石進(jìn)入鈣化渣中，該反應(yīng)如下:
[0021]3Ca0.Al2O3.6H20+(SiO2) — 3Ca0.Al2O3.xSi02.(6_2x) H20+aq(2)
[0022]本步驟中，進(jìn)入一次溶出母液與進(jìn)入鈣化渣中的氧化鋁的比例與礦物中氧化硅的含量有關(guān)，氧化硅含量越高，進(jìn)入鈣化渣中的氧化鋁越多；
[0023]使用的鈣源為鋁酸鈣或鋁酸鈣和石灰的混合物，鈣化產(chǎn)物的結(jié)晶程度不同于單純使用石灰鈣化過(guò)程；
[0024](2) 一次溶出母液處理
[0025]將步驟(1)得到的一次溶出母液經(jīng)石灰乳精制以及加氫氧化鋁晶種分解、析出氫氧化鋁后，分別得到氫氧化鋁和分解母液，分解母液為氧化鈉含量為100~170g/L、氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為(2.5~3.5):1的鋁酸鈉溶液，該分解母液返回步驟(1)作為一次循環(huán)母液循環(huán)使用；氫氧化鋁經(jīng)焙燒制備氧化鋁產(chǎn)品；
[0026]分解反應(yīng)為:
[0027]NaAl (OH) 4 — Al (OH) 3+NaOH(3)
[0028]焙燒反應(yīng)為:[0029]2A1 (OH) 3 — A1203+3H20(4)
[0030]經(jīng)分解后得到分解母液中氧化鈉含量為100~170g/L、氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為(2.5~3.5):1，即為一次循環(huán)母液，可直接返回一次溶出反應(yīng)循環(huán)使用，無(wú)需經(jīng)過(guò)蒸發(fā)過(guò)程；
[0031](3)碳化轉(zhuǎn)型
[0032]將清水與鈣化渣按液固比(3~15):lmL/g在密閉容器中混合后，向密閉容器內(nèi)通入CO2,使密閉容器內(nèi)CO2氣體的分壓達(dá)到0.8~1.8MPa，再于90~150°C的條件下碳化轉(zhuǎn)型反應(yīng)10~240min，得到的礦漿經(jīng)液固分離，固相為主要成分為硅酸鈣、碳酸鈣以及氫氧化招的碳化洛，液相為水；
[0033]碳化轉(zhuǎn)型反應(yīng)如下:
[0034]3Ca0.Al2O3.XSiO2.(6_2x) H2O+(3_2x) CO2 — x Ca2S i O4+(3-2 x)CaC03+2Al (OH) 3+ (3_2x) H2O (5)
[0035]所述的碳化轉(zhuǎn)型反應(yīng)是以清水作為轉(zhuǎn)型介質(zhì)的，清水在轉(zhuǎn)型反應(yīng)中循環(huán)使用；
[0036](4)低溫溶鋁
[0037]將步驟(3)中得到的碳化渣采用氫氧化鈉濃度為50~150g/L的二次低溫溶鋁母液，在溶鋁溫度40~100°C以及溶鋁時(shí)間20~120min條件下提取碳化轉(zhuǎn)型渣中的氫氧化鋁，二次低溫溶鋁母液與碳化渣的液固比為(4~15):lmL/g，反應(yīng)得到的礦漿經(jīng)液固分離，固相為主要成分為硅酸鈣和碳酸鈣的新型結(jié)構(gòu)赤泥，液相為含有鋁酸鈉的二次低溫溶出母液；
[0038]溶鋁主反應(yīng)如下:
[0039]Al (OH) 3+NaOH = NaAl (OH) 4 (6)
[0040]可將步驟(3)碳化轉(zhuǎn)型反應(yīng)和步驟(4)低溫溶鋁反應(yīng)進(jìn)行I~5次；
[0041] (5)沉鋁
[0042]步驟(4)產(chǎn)生的二次低溫溶出母液使用含鈣物料沉鋁的方式處理，其中含鈣物料中氧化鈣與母液中氧化鋁質(zhì)量比為(1.3~2.5):1，在沉淀溫度20~90°C以及沉淀時(shí)間I~60min的反應(yīng)條件下得到鋁酸鈣沉淀和氫氧化鈉溶液；
[0043]所述含鈣物料為含有氧化鈣的原料，包括石灰、鋁酸鈣、電石渣等；
[0044]反應(yīng)得到的鋁酸鈣返回步驟I鈣化轉(zhuǎn)型溶出反應(yīng)作為鈣源循環(huán)使用，氫氧化鈉溶液作為一次低溫溶鋁母液返回步驟4低溫溶鋁反應(yīng)循環(huán)使用。
[0045]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是:
[0046](I)本發(fā)明在鋁土礦的鈣化轉(zhuǎn)型溶出反應(yīng)中，采用低濃度的氫氧化鈉作為溶出溶液，而且全流程以濕法過(guò)程為主，從而取消了傳統(tǒng)氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程的高濃度溶出溶液需稀釋后分解出氫氧化鋁，再將溶出溶液蒸發(fā)濃縮至高濃度的蒸發(fā)工序，從而大幅度的降低了生產(chǎn)過(guò)程的能耗，可降低能耗20%以上；
[0047](2)本發(fā)明中所述的轉(zhuǎn)型過(guò)程的主要目的是將中低品位含鋁原料中的含硅相完全轉(zhuǎn)化為水化石榴石相，即實(shí)現(xiàn)完全鈣化轉(zhuǎn)型，從而獲得低鈉堿含量的一次轉(zhuǎn)型渣；
[0048](3)通過(guò)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法處理低品位含鋁原料，礦物中氧化鋁的總體收率可達(dá)90%~100%，溶出渣的鋁硅比可降至0.4以下，且鈉堿含量也可降至0.5%以下，礦物的氧化鋁提取率可較拜耳法提高15%以上，生產(chǎn)一噸氧化鋁的礦耗可降低20%左右；[0049](4)通過(guò)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法處理鋁土礦，所得到的尾渣的主要礦相為硅酸鈣、碳酸鈣，可直接作為水泥工業(yè)的原料，從根本上解決赤泥占地污染環(huán)境等問(wèn)題。
【具體實(shí)施方式】
[0050]本發(fā)明所舉實(shí)施例采用鋁硅比為3.29的低品位鋁土礦為原料，鋁土礦成分按質(zhì)量百分比為:Α1203-54.14%, Si02-16.55%,Fe203-7.16%，余量為酌減水，TiO2 和雜質(zhì)；
[0051]本發(fā)明所舉實(shí)施例中采用的是低品位鋁土礦，本發(fā)明所述的生產(chǎn)內(nèi)容不局限于采用該類(lèi)礦物，任何含氧化鋁礦物包括中高品位鋁土礦，霞石，長(zhǎng)石，高嶺石，粉煤灰，明礬石，鐵鋁共生礦等均可采用該技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)；
[0052]本發(fā)明所舉實(shí)施例中所采用的CO2氣體是石灰燒制過(guò)程產(chǎn)生的CO2廢氣，但本發(fā)明所述的生產(chǎn)過(guò)程不限于使用該類(lèi)氣體，任何含有CO2的氣體均可作為碳化轉(zhuǎn)型過(guò)程的原料；
[0053]本發(fā)明中所述的石灰是生石灰燒制的，但沉鋁反應(yīng)使用的鈣化原料并非局限于燒制的石灰，采用的原料可包括任何以氧化鈣為主成分的物料。
[0054]實(shí)施例1
[0055]將鋁土 礦破碎至-250 μ m后與鋁酸鈣以及一次循環(huán)母液混合，在280°C以及反應(yīng)15min的鈣化轉(zhuǎn)型溶出條件下得到鈣化渣以及一次溶出母液，鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程中鋁酸鈣與鋁土礦的質(zhì)量比為1.2:1，采用的一次循環(huán)母液中氧化鈉含量為170g/L，一次循環(huán)母液中氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為3.5:1 ;
[0056]鈣化轉(zhuǎn)型溶出得到一次溶出母液的氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為1.5:1，該溶出母液經(jīng)石灰乳精制以及加氫氧化鋁晶種分解、析出的氫氧化鋁后，分別得到氫氧化鋁以及氫氧化鋁以及氧化鈉含量為170g/L、氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為3.5:1的一次分解母液，一次分解母液作為一次循環(huán)母液返回鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程循環(huán)使用，氫氧化鋁經(jīng)焙燒得到氧化
m-?ζ: 口
拓廣口口 ；
[0057]鈣化渣在CO2氣體分壓1.8Mpa，轉(zhuǎn)型溫度150°C的清水中發(fā)生碳化轉(zhuǎn)型反應(yīng)lOmin，清水與鈣化渣按液固比為10:lmL/g，生成主要成分為硅酸鈣、碳酸鈣、氫氧化鋁的碳化轉(zhuǎn)型渣；清水在該過(guò)程內(nèi)循環(huán)使用；
[0058]碳化轉(zhuǎn)型渣采用氫氧化鈉濃度為150g/L的二次低溫溶鋁母液在溶鋁溫度100°C以及溶鋁時(shí)間20min條件下提取其中的氫氧化鋁，二次低溫溶鋁母液與碳化渣的液固比為10:lmL/g，反應(yīng)得到的礦漿經(jīng)液固分離，固相為主要成分為硅酸鈣和碳酸鈣的新型結(jié)構(gòu)赤泥，液相為含有鋁酸鈉的二次低溫溶出母液；
[0059]將上述碳化轉(zhuǎn)型反應(yīng)和低溫溶鋁反應(yīng)重復(fù)3次；
[0060]將反應(yīng)3次得到的二次低溫溶出母液使用石灰沉鋁的方式處理，其中石灰中氧化鈣與母液中氧化鋁質(zhì)量比為1.3:1，在沉淀溫度90°C以及沉淀時(shí)間Imin的反應(yīng)條件下得到鋁酸鈣沉淀和氫氧化鈉溶液；反應(yīng)得到的鋁酸鈣返回鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程作為鈣源循環(huán)使用，氫氧化鈉溶液作為一次低溫溶鋁母液返回低溫溶鋁過(guò)程循環(huán)使用。
[0061]得到的尾渣中的氧化鋁與氧化硅質(zhì)量比為0.28:1，氧化鈉含量為0.5%。
[0062]實(shí)施例2
[0063]將鋁土礦破碎至-250 μ m后與鋁酸鈣以及一次循環(huán)母液混合，在100°C以及反應(yīng)60min的鈣化轉(zhuǎn)型溶出條件下得到鈣化渣以及一次溶出母液，鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程中鋁酸鈣和石灰與招土礦的質(zhì)量比為0.2:1，米用的一次循環(huán)母液中氧化鈉含量為100g/L,一次循環(huán)母液中氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為2.5:1 ;
[0064]鈣化轉(zhuǎn)型溶出得到的一次溶出母液的氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為2:1，該溶出母液經(jīng)石灰乳精制以及氫氧化鋁晶種分解、析出母液中的氫氧化鋁后，分別得到氫氧化鋁以及氧化鈉含量為100g/L以及氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為2.5:1的一次分解母液，一次分解母液作為一次循環(huán)母液返回鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程循環(huán)使用，氫氧化鋁經(jīng)焙燒得到氧化鋁產(chǎn)品;
[0065]鈣化渣在CO2氣體分壓0.8Mpa，轉(zhuǎn)型溫度90°C的清水中發(fā)生轉(zhuǎn)型反應(yīng)90min，清水與鈣化渣按液固比為3:lmL/g，生成主要成分為硅酸鈣、碳酸鈣、氫氧化鋁的碳化轉(zhuǎn)型渣；清水在該過(guò)程內(nèi)循環(huán)使用；
[0066]碳化轉(zhuǎn)型渣采用氫氧化鈉濃度為50g/L的二次低溫溶鋁母液在溶鋁溫度40°C以及溶鋁時(shí)間120min條件下提取其中的氫氧化鋁，二次低溫溶鋁母液與碳化渣的液固比為15:lmL/g，反應(yīng)得到的礦漿經(jīng)液固分離，固相為主要成分為硅酸鈣和碳酸鈣的新型結(jié)構(gòu)赤泥，液相為含有鋁酸鈉的二次低溫溶出母液；
[0067]將上述碳化轉(zhuǎn)型反應(yīng)和溶鋁反應(yīng)重復(fù)5次；
[0068]將反應(yīng)5次得到的二次低溫溶出母液使用石灰沉鋁的方式處理，其中石灰中氧化鈣與母液中氧化鋁質(zhì)量比為2.5:1，在沉淀溫度20°C以及沉淀時(shí)間60min的反應(yīng)條件下得到鋁酸鈣沉淀和氫氧化鈉溶液；反應(yīng)得到的鋁酸鈣返回鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程作為鈣源循環(huán)使用，氫氧化鈉溶液作為一 次低溫溶鋁母液返回低溫溶鋁過(guò)程循環(huán)使用。
[0069]得到的尾渣中的氧化鋁與氧化硅質(zhì)量比為0.43:1，氧化鈉含量為0.72%。
[0070]實(shí)施例3
[0071]將鋁土礦破碎至-250 μ m后與鋁酸鈣以及一次循環(huán)母液混合，在240°C以及反應(yīng)45min的鈣化轉(zhuǎn)型溶出條件下得到鈣化渣以及一次溶出母液，鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程中鋁酸鈣與鋁土礦的質(zhì)量比為0.5:1，采用的一次循環(huán)母液中氧化鈉含量為160g/L，一次循環(huán)母液中氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為3.0:1 ;
[0072]一次溶出母液的氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為1.55:1，該溶出母液經(jīng)石灰乳精制以及氫氧化鋁晶種分解、析出母液中的氫氧化鋁后，分別得到氫氧化鋁以及氧化鈉含量為160g/L以及氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為3.0:1的一次分解母液，一次分解母液作為一次循環(huán)母液返回鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程循環(huán)使用，氫氧化鋁經(jīng)焙燒得到氧化鋁產(chǎn)品；
[0073]鈣化渣在CO2氣體分壓1.2Mpa，轉(zhuǎn)型溫度120°C的清水中發(fā)生轉(zhuǎn)型反應(yīng)240min，清水與鈣化渣按液固比為15:lmL/g，生成主要成分為硅酸鈣、碳酸鈣、氫氧化鋁的碳化轉(zhuǎn)型渣；清水在該過(guò)程內(nèi)循環(huán)使用；
[0074]碳化轉(zhuǎn)型渣采用氫氧化鈉濃度為100g/L的二次低溫溶鋁母液在溶鋁溫度60°C以及溶鋁時(shí)間60min條件下提取其中的氫氧化鋁，二次低溫溶鋁母液與碳化渣的液固比為4:lmL/g，反應(yīng)得到的礦漿經(jīng)液固分離，固相為主要成分為硅酸鈣和碳酸鈣的新型結(jié)構(gòu)赤泥，液相為含有鋁酸鈉的二次低溫溶出母液；
[0075]二次低溫溶出母液使用石灰沉鋁的方式處理，其中石灰中氧化鈣與母液中氧化鋁質(zhì)量比為1.8:1，在沉淀溫度60°C以及沉淀時(shí)間15min的反應(yīng)條件下得到鋁酸鈣沉淀和氫氧化鈉溶液；反應(yīng)得到的鋁酸鈣返回鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程作為鈣源循環(huán)使用，氫氧化鈉溶液作為一次低溫溶鋁母液返回低溫溶鋁過(guò)程循環(huán)使用。
[0076]得到的尾渣中的氧化鋁與氧化硅質(zhì)量比為0.45:1，氧化鈉含量為0.56%。
[0077]實(shí)施例4
[0078]將鋁土礦破碎至-250 μ m后與鋁酸鈣以及一次循環(huán)母液混合，在220°C以及反應(yīng)30min的鈣化轉(zhuǎn)型溶出條件下得到鈣化渣以及一次溶出母液，鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程中鋁酸鈣與鋁土礦的質(zhì)量比為0.5:1，采用的一次循環(huán)母液中氧化鈉含量為150g/L，一次循環(huán)母液中氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為3.1:1。
[0079]一次溶出母液的氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為1.6:1，該溶出母液經(jīng)石灰乳精制以及氫氧化鋁晶種分解、析出母液中的氫氧化鋁后，分別得到氫氧化鋁以及氧化鈉含量為150g/L以及氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為3.1:1的一次分解母液，一次分解母液作為一次循環(huán)母液返回鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程循環(huán)使用，氫氧化鋁經(jīng)焙燒得到氧化鋁產(chǎn)品；[0080]鈣化渣在CO2氣體分壓1.0Mpa,轉(zhuǎn)型溫度130°C的清水中發(fā)生轉(zhuǎn)型反應(yīng)65min，清水與鈣化渣按液固比為7:lmL/g，生成主要成分為硅酸鈣、碳酸鈣、氫氧化鋁的碳化轉(zhuǎn)型渣；清水在該過(guò)程內(nèi)循環(huán)使用；
[0081]碳化轉(zhuǎn)型渣采用氫氧化鈉濃度為80g/L的二次低溫溶鋁母液在溶鋁溫度50°C以及溶鋁時(shí)間120min條件下提取其中的氫氧化鋁，二次低溫溶鋁母液與碳化渣的液固比為6:lmL/g，反應(yīng)得到的礦漿經(jīng)液固分離，固相為主要成分為硅酸鈣和碳酸鈣的新型結(jié)構(gòu)赤泥，液相為含有鋁酸鈉的二次低溫溶出母液；
[0082]二次低溫溶出母液使用石灰沉鋁的方式處理，其中石灰中氧化鈣與母液中氧化鋁質(zhì)量比為2.2:1，在沉淀溫度45°C以及沉淀時(shí)間30min的反應(yīng)條件下得到鋁酸鈣沉淀和氫氧化鈉溶液；反應(yīng)得到的鋁酸鈣返回鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程作為鈣源循環(huán)使用，氫氧化鈉溶液作為一次低溫溶鋁母液返回低溫溶鋁過(guò)程循環(huán)使用。
[0083]得到的尾渣中的氧化鋁與氧化硅質(zhì)量比為0.36:1，氧化鈉含量為0.78%。
[0084]實(shí)施例5
[0085]將鋁土礦破碎至-250 μ m后與鋁酸鈣以及一次循環(huán)母液混合，在160°C以及反應(yīng)60min的鈣化轉(zhuǎn)型溶出條件下得到鈣化渣以及一次溶出母液，鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程中鋁酸鈣與鋁土礦的質(zhì)量比為0.8:1，采用的一次循環(huán)母液中氧化鈉含量為130g/L，一次循環(huán)母液中氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為2.8:1 ;
[0086]一次溶出母液的氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為1.5:1，該溶出母液經(jīng)石灰乳精制以及氫氧化鋁晶種分解、析出母液中的氫氧化鋁后，分別得到氫氧化鋁以及氧化鈉含量為130g/L以及氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為2.8:1的一次分解母液，一次分解母液作為一次循環(huán)母液返回鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程循環(huán)使用，氫氧化鋁經(jīng)焙燒得到氧化鋁產(chǎn)品；
[0087]鈣化渣在CO2氣體分壓1.4Mpa，轉(zhuǎn)型溫度100°C的清水中發(fā)生轉(zhuǎn)型反應(yīng)120min，清水與鈣化渣按液固比為12:lmL/g，生成主要成分為硅酸鈣、碳酸鈣、氫氧化鋁的碳化轉(zhuǎn)型渣；清水在該過(guò)程內(nèi)循環(huán)使用；
[0088]碳化轉(zhuǎn)型渣采用氫氧化鈉濃度為60g/L的二次低溫溶鋁母液在溶鋁溫度60°C以及溶鋁時(shí)間50min條件下提取其中的氫氧化鋁，二次低溫溶鋁母液與碳化渣的液固比為12:lmL/g，反應(yīng)得到的礦漿經(jīng)液固分離，固相為主要成分為硅酸鈣和碳酸鈣的新型結(jié)構(gòu)赤泥，液相為含有鋁酸鈉的二次低溫溶出母液；
[0089]二次低溫溶出母液使用石灰沉鋁的方式處理，其中石灰中氧化鈣與母液中氧化鋁質(zhì)量比為2.0:1，在沉淀溫度30°C以及沉淀時(shí)間45min的反應(yīng)條件下得到鋁酸鈣沉淀和氫氧化鈉溶液；反應(yīng)得到的鋁酸鈣返回鈣化轉(zhuǎn)型溶出過(guò)程作為鈣源循環(huán)使用，氫氧化鈉溶液作為一次低溫溶鋁母液返回低溫溶鋁過(guò)程循環(huán)使用。
[0090] 得到的尾渣中的氧化鋁與氧化硅質(zhì)量比為0.47:1，氧化鈉含量為0.35%。
【權(quán)利要求】
1.一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行: (1)鈣化轉(zhuǎn)型溶出 將鋁土礦與鋁酸鈣或鋁酸鈣和石灰以及鋁酸鈉一次循環(huán)母液混合，于溫度100~280°C下進(jìn)行鈣化轉(zhuǎn)型溶出反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為15~60min，反應(yīng)后得到主要成分為水化石榴石的鈣化渣以及鋁酸鈉一次溶出母液； (2)一次溶出母液處理 一次溶出母液經(jīng)石灰乳精制以及加氫氧化鋁晶種分解、析出氫氧化鋁后，分別得到氫氧化鋁和分解母液，氫氧化鋁經(jīng)焙燒制備氧化鋁產(chǎn)品； (3)碳化轉(zhuǎn)型 將清水與鈣化渣按液固比(3~15):lmL/g在密閉容器中混合后，向密閉容器內(nèi)通入CO2，使密閉容器內(nèi)CO2氣體的分壓達(dá)到0.8~1.8MPa，再于90~150°C的條件下碳化轉(zhuǎn)型反應(yīng)10~240min，得到的 礦漿經(jīng)液固分離，固相為主要成分為硅酸鈣、碳酸鈣以及氫氧化鋁的碳化渣，液相為清水； (4)低溫溶鋁 將碳化渣采用氫氧化鈉濃度為50~150g/L的二次低溫溶鋁母液，在溶鋁溫度40~IOO0C以及溶鋁時(shí)間20~120min條件下提取碳化轉(zhuǎn)型渣中的氫氧化鋁，二次低溫溶鋁母液與碳化渣的液固比為(4~15):lmL/g，反應(yīng)得到的礦漿經(jīng)液固分離，固相為主要成分為硅酸鈣和碳酸鈣的新型結(jié)構(gòu)赤泥，液相為含有鋁酸鈉的二次低溫溶出母液； 將步驟⑶和步驟⑷操作I~5次； (5)沉鋁 向二次低溫溶出母液中加入含鈣物料，反應(yīng)得到鋁酸鈣沉淀和氫氧化鈉溶液。
2.一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于，步驟(1)所述的鋁酸鈣或鋁酸鈣和石灰中與鋁土礦的質(zhì)量比為(0.2~1.2):1 ;所述的鋁酸鈉一次循環(huán)母液為氧化鈉含量100~170g/L、氧化鈉與氧化鋁的摩爾比(2.5~3.5):1的鋁酸鈉溶液；所述的招酸鈉一次溶出母液為氧化鈉與氧化招的摩爾比為(1.5~2):1的招酸鈉溶液。
3.一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于，步驟(2)所述分解母液為氧化鈉含量為100~170g/L、氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為(2.5~3.5):1的鋁酸鈉溶液。
4.一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于，步驟(2)所述分解母液返回步驟(1)鈣化轉(zhuǎn)型溶出反應(yīng)作為一次循環(huán)母液循環(huán)使用。
5.一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于，所述步驟(3)中得到的清水在該步驟碳化轉(zhuǎn)型反應(yīng)中循環(huán)使用。
6.一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于，步驟(5)所述的含鈣物料為含有氧化鈣的原料，包括石灰、鋁酸鈣、電石渣。
7.一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于，步驟(5)所述的含鈣物料中氧化鈣與二 次低溫溶出母液中氧化鋁質(zhì)量比為(1.3~2.5):1。
8.一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于，步驟(5)所述的含鈣物料與二次低溫溶出母液的反應(yīng)條件為:反應(yīng)溫度20~90°C以及反應(yīng)時(shí)間I~60min。
9.一種基于鈣化-碳化法的無(wú)蒸發(fā)生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于，所述步驟(5)中反應(yīng)得到的鋁酸鈣返回步驟(1)鈣化轉(zhuǎn)型溶出反應(yīng)作為鈣源循環(huán)使用，氫氧化鈉溶液返回步驟(4)低溫溶鋁反應(yīng)作為 一次低溫溶鋁母液循環(huán)使用。
【文檔編號(hào)】C01F7/30GK103950960SQ201410182601
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】張廷安, 呂國(guó)志, 張子木, 劉燕, 豆志河 申請(qǐng)人:東北大學(xué)