本發(fā)明涉及一種利用生料球生產氧化鋁的方法，屬于冶金技術領域。
背景技術：
我國是世界最大的氧化鋁生產國，目前每年氧化鋁產量超過4000萬噸。而我國內蒙古中西部和山西北部等地區(qū)的煤炭發(fā)電后產生的高鋁粉煤灰儲量豐富，僅內蒙準格爾煤田潛在的高鋁粉煤灰資源蘊藏量就達150億噸，相當于我國目前鋁土礦保有儲量的8倍以上，并且部分高鋁粉煤灰中氧化鋁含量可達到40％-50％。
在相對長的一段時間里，國內燒結法氧化鋁生產廠均采用濕法將生料漿噴入回轉窯，烘干燒結成為熟料的方法，入窯的生料漿水分含量在37～43％之間，回轉窯的產能為40～60t/h，由于生料漿需要在回轉窯內烘干，導致回轉窯能耗極高，生產效率較低，設備投資大，生產成本高。
近幾年來，我國各大院校和科研單位積極開展了高鋁粉煤灰提取氧化鋁新工藝的研究，其主要工藝有：預脫硅-堿石灰燒結法、酸法、硫酸銨燒結法、石灰石燒結法等，其中預脫硅-堿石灰燒結法是目前唯一實現(xiàn)工業(yè)化生產并取得成功的工藝方法。然而在具體實施預脫硅-堿石灰燒結法的過程中，由于生料漿中還含有大量的水分，導致燒結回轉窯很大一部分能耗消耗在蒸發(fā)生料漿水分上面，再加上粉煤灰本身硅的含量較高，鋁硅比相對較低，熟料折合比相對較高，所以氧化鋁生產成本依然很高。
如何開發(fā)一種新的氧化鋁生產方法，降低生料的燒結能耗，是高鋁粉煤灰經濟高效生產氧化鋁中迫切需要解決的問題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種利用生料球生產氧化鋁的方法，該方法能大大降低生料燒結過程的能耗，不僅能提高產能、降低設備成本和操作難度，還可獲得純度高的氧化鋁產品。
本發(fā)明提供了一種利用生料球生產氧化鋁的方法，該方法包括如下步驟：
1)預脫硅：將高鋁粉煤灰與氫氧化鈉溶液混合后加熱，進行預脫硅反應，隨后進行固液分離得到粉煤灰濾餅和脫硅液；
2)生料球制備：將所述粉煤灰濾餅加入到碳酸鈉溶液中得到混合漿液，在攪拌的條件下向混合漿液中加入石灰石、生石灰或無煙煤的粉料，得到生料漿，攪拌使其固化，制成生料球；
3)熟料焙燒：將所述生料球加熱烘干后焙燒成熟料；
4)熟料溶出：將所述熟料與調整液混合進行溶出，溶出后進行固液分離獲得溶出粗渣和鋁酸鈉粗液，其中所述調整液包括：10～60g/L的Na2Ok，10～60g/L的Na2Oc；
5)一二段脫硅：將溶出后的鋁酸鈉粗液進行一二段脫硅工藝得到脫硅精液，其中，一段脫硅工藝添加鈉硅渣作為種子，二段脫硅工藝添加石灰乳；
6)碳分分解：將步驟5)得到的所述脫硅精液通入二氧化碳氣體進行碳分，得到氫氧化鋁和碳分分解母液；
7)焙燒：將所述氫氧化鋁焙燒得到氧化鋁。
在本發(fā)明的方案中，Na2Ok、Na2Oc是氧化鋁工業(yè)中常用的技術名詞。用Na2Ok來表征鋁酸鈉或其它堿性溶液中NaOH與NaAlO2的含量之和，具體計算過程可以是分別將NaOH及NaAlO2含量均折合成Na2O來計算，然后將二者相加所得的值稱為溶液中的苛堿含量，現(xiàn)有技術中可用Na2Ok/Na2O/NK來表示；用Na2Oc來表征鋁酸鈉或其它堿性溶液中Na2CO3的含量，具體是將溶液中Na2CO3的含量折合成Na2O計算，現(xiàn)有技術中可用Na2Oc或NC來表示。上述計算方法是本領域的共知常識，本領域技術人員可根據(jù)Na2Ok、Na2Oc常規(guī)的計算方法直接進行相關計算。
進一步的，步驟1)預脫硅中氫氧化鈉溶液的質量濃度為10～30％，氫氧化鈉與高鋁粉煤灰的質量比為0.2～0.8:1，反應溫度：70～135℃，反應時間：0.5～3h。
進一步的，步驟2)生料球制備過程中，控制制成的所述生料漿的鈣比摩爾比為1.90～2.2，堿比摩爾比為0.95～1.05，其中生石灰添加量為所需總氧化鈣量的30％以上進行添加，生料球直徑≤15mm。具體的鈣比指CaO/SiO2的摩爾比；堿比指Na2O/(Al2O3+Fe2O3)的摩爾比，上述條件可使得下面的步驟3)熟料烘焙獲得更好的效果。
進一步的，步驟3)熟料焙燒的焙燒溫度為1150～1300℃，焙燒時間10～60min。
進一步的，所述步驟4)熟料溶出中使用的所述熟料的粒徑≤8mm，所述調整液與熟料的液固質量比為2～8:1，熟料溶出溫度為55～85℃，熟料溶出時間為5～30min。上述粒徑可由步驟3)熟料焙燒過程控制，從而提高熟料溶出的效果及過濾分離效果。
進一步的，步驟4)熟料溶出獲得的所述鋁酸鈉粗液中Al2O3為60-120g/L，Na2Ok為100-160g/L，Na2Oc為20-80g/L。進一步的，所述鋁酸鈉粗液中Na2O與Al2O3的摩爾比可以為1.3-1.6。所述鋁酸鈉粗液可以通過控制熟料溶出條件獲得。
進一步的，步驟5)中一段脫硅條件為：添加鈉硅渣20-80g/L，溫度為120～175℃，時間1～4h；二段脫硅條件為：添加的石灰乳中含氧化鈣：5-45g/L，溫度為80～100℃，時間1.5～5h。
進一步的，步驟6)中二氧化碳氣體中二氧化碳的體積濃度為30～50％，碳分的溫度為60～100℃，碳分的時間為2～4h，并且在攪拌條件下進行碳分，碳分的分解率可達85～95％。
更進一步的，步驟6)得到碳分的分解母液還可以返回步驟2)中，全部或部分替換碳酸鈉溶液。例如首次由高鋁粉煤灰生產氧化鋁則可以使用碳酸鈉溶液；在由高鋁粉煤灰連續(xù)化生產氧化鋁過程中可直接使用步驟6)獲得碳分的分解母液部分替換碳酸鈉溶液。
進一步的，步驟7)中氫氧化鋁在900～1100℃條件下進行流態(tài)化煅燒以獲得氧化鋁。
在本發(fā)明的方案中，固液分離可使用常規(guī)的真空抽濾設備進行。本發(fā)明方案的步驟4)、5)的固液分離還可在沉降槽中進行。步驟6)中獲得的氫氧化鋁為較高純度氫氧化鋁的碳分產物。
本發(fā)明所提供的一種利用生料球生產氧化鋁的方法，具有以下優(yōu)點：
1、本發(fā)明提供的方法先將生料制造成生料球，然后進行干法燒結工藝，克服了回轉窯能耗極高，生產效率較低的問題，解決了回轉窯內熟料難燒結，溫度控制難等技術難題，不僅降低了設備成本和操作難度，還能獲得高純度氧化鋁產品。
2、本發(fā)明提供的方法中在添加生石灰使生料固化的過程中，可使用回轉窯窯尾廢氣進行加熱烘干，使其加速固化。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
本發(fā)明中所用原料為內蒙某火電廠的高鋁粉煤灰，其主要化學成分如表1所示：
表1高鋁粉煤灰的化學成分
實施例1
1)預脫硅：將高鋁粉煤灰與質量濃度為20％氫氧化鈉溶液(氫氧化鈉與高鋁粉煤灰的質量比為0.5:1)進行混合，將該混合溶液加熱到110℃后，導入耐壓容器中進行脫硅反應2h，然后進行液固分離得到液相的脫硅液和固相的粉煤灰濾餅；
2)生料球制備：將粉煤灰濾餅加入碳酸鈉溶液中得到脫硅粉煤灰混合漿液。調整混合漿液的流量為100m3/h，向混合漿液中添加的石灰石粉為28.7t/h、生石灰為8.19t/h，攪拌使其固化；生石灰和石灰石等混合入混合漿液時需經磨細處理，生料漿的鈣比摩爾比為2.02，堿比摩爾比為1.025，含水率為42.9wt％，制成的生料球直徑為12mm；
3)熟料焙燒：將所述生料球在窯外采用窯尾廢氣烘干生料球，窯尾煙氣溫度大于150℃，烘干2小時后的生料球含水量低于5wt％，烘干后的生料球入窯焙燒成熟料，將生料球在1200℃下焙燒30min成熟料；
4)熟料溶出：將熟料與調整液混合后進行熟料溶出，溶出后進行固液分離獲得鋁酸鈉粗液和溶出粗渣，熟料的粒徑為7mm，所述調整液與熟料的液固質量比為6:1，溶出溫度為75℃，溶出時間為20min；所述調整液成分包括：30g/l的Na2Ok，30g/l的Na2Oc；
5)一二段脫硅：將鋁酸鈉粗液在165℃條件下，添加50g/L鈉硅渣晶種，進行加壓脫硅2h，過濾分離結束后部分一段硅渣返回配料，部分繼續(xù)作為一段脫硅晶種添加，一段脫硅精液添加的石灰乳中含氧化鈣25g/L，在92℃條件下反應2h進行二段脫硅，二段脫硅硅渣返回配料，二段脫硅精液進入碳分工序；
6)碳分分解：將二段脫硅精液通入CO2氣體進行碳分，CO2體積濃度為35％，碳分溫度為90℃，碳分時間為4h，并且在攪拌條件下進行碳分，碳分結束后進行過濾，得到氫氧化鋁產品和碳分母液，碳分母液返回配料；
7)焙燒：分解所得氫氧化鋁在1050℃溫度進行煅燒，得到氧化鋁含量為98.6％的氧化鋁產品。
將氧化鋁產品進行成分分析，分析結果如表2所示：
表2氧化鋁產品的化學成分
實施例2
1)預脫硅：將高鋁粉煤灰與質量濃度為20％氫氧化鈉溶液(氫氧化鈉與高鋁粉煤灰的質量比為0.5:1)進行混合，將該混合溶液加熱到110℃后，導入耐壓容器中進行脫硅反應2h，然后進行液固分離得到液相的脫硅液和固相的粉煤灰濾餅；
2)生料球制備：將粉煤灰濾餅加入碳酸鈉溶液中得到脫硅粉煤灰混合漿液。調整混合漿液的流量為100m3/h，向混合漿液中添加的石灰石粉為24.41t/h、生石灰為6.96t/h，攪拌使其固化；生石灰和石灰石等混合入混合漿液時需經磨細處理，生料漿的鈣比摩爾比為1.9，堿比摩爾比為1.024，含水率為44.4wt％，制成的生料球直徑為14mm；
3)熟料焙燒：將所述生料球在窯外采用窯尾廢氣烘干生料球，窯尾煙氣溫度大于400℃，烘干0.5小時后的生料球含水量低于5wt％，烘干后的生料球入窯焙燒成熟料，將生料球在1150℃下焙燒60min成熟料；
4)熟料溶出：將熟料與調整液混合后進行熟料溶出，溶出后進行固液分離獲得鋁酸鈉粗液和溶出粗渣，熟料的粒徑為7mm，所述調整液與熟料的液固質量比為6:1，溶出溫度為75℃，溶出時間為20min；所述調整液成分包括：30g/l的Na2Ok，30g/l的Na2Oc；
5)一二段脫硅：將鋁酸鈉粗液在165℃條件下，添加50g/L鈉硅渣晶種，進行加壓脫硅2h，過濾分離結束后部分一段硅渣返回配料，部分繼續(xù)作為一段脫硅晶種添加，一段脫硅精液添加的石灰乳中含氧化鈣25g/L，在92℃條件下反應2h進行二段脫硅，二段脫硅硅渣返回配料，二段脫硅精液進入碳分工序；
6)碳分分解：將二段脫硅精液通入CO2氣體進行碳分，CO2體積濃度為35％，碳分溫度為90℃，碳分時間為4h，并且在攪拌條件下進行碳分，碳分結束后進行過濾，得到氫氧化鋁產品和碳分母液，碳分母液返回配料；
7)焙燒：分解所得氫氧化鋁在1050℃溫度進行煅燒，得到氧化鋁含量為98.6％的氧化鋁產品。
將氧化鋁產品進行成分分析，分析結果如表3所示：
表3氧化鋁產品的化學成分
實施例3
1)預脫硅：將高鋁粉煤灰與質量濃度為20％氫氧化鈉溶液(氫氧化鈉與高鋁粉煤灰的質量比為0.5:1)進行混合，將該混合溶液加熱到110℃后，導入耐壓容器中進行脫硅反應2h，然后進行液固分離得到液相的脫硅液和固相的粉煤灰濾餅；
2)生料球制備：將粉煤灰濾餅加入碳酸鈉溶液中得到脫硅粉煤灰混合漿液。調整混合漿液的流量為100m3/h,向混合漿液中添加的石灰石粉為12.3t/h、生石灰為19.125t/h，攪拌使其固化；生石灰和石灰石等混合入混合漿液時需經磨細處理，生料漿的鈣比摩爾比為2.2，堿比摩爾比為1.024，含水率為42.9wt％，制成的生料球直徑為14mm；
3)熟料焙燒：將所述生料球在窯外采用窯尾廢氣烘干生料球，窯尾煙氣溫度大于400℃，烘干0.5小時后的生料球含水量低于5wt％，烘干后的生料球入窯焙燒成熟料，將生料球在1150℃下焙燒60min成熟料；
4)熟料溶出：將熟料與調整液混合后進行熟料溶出，溶出后進行固液分離獲得鋁酸鈉粗液和溶出粗渣，熟料的粒徑為7mm，所述調整液與熟料的液固質量比為6:1，溶出溫度為75℃，溶出時間為20min；所述調整液成分包括：30g/l的Na2Ok，30g/l的Na2Oc；
5)一二段脫硅：將鋁酸鈉粗液在165℃條件下，添加50g/L鈉硅渣晶種，進行加壓脫硅2h，過濾分離結束后部分一段硅渣返回配料，部分繼續(xù)作為一段脫硅晶種添加，一段脫硅精液添加的石灰乳中含氧化鈣25g/L，在92℃條件下反應2h進行二段脫硅，二段脫硅硅渣返回配料，二段脫硅精液進入碳分工序；
6)碳分分解：將二段脫硅精液通入CO2氣體進行碳分，CO2體積濃度為35％，碳分溫度為90℃，碳分時間為4h，并且在攪拌條件下進行碳分，碳分結束后進行過濾，得到氫氧化鋁產品和碳分母液，碳分母液返回配料；
7)焙燒：分解所得氫氧化鋁在1050℃溫度進行煅燒，得到氧化鋁含量為98.6％的氧化鋁產品。
將氧化鋁產品進行成分分析，分析結果如表4所示：
表4氧化鋁產品的化學成分
實施例4
1)預脫硅：將高鋁粉煤灰與質量濃度為20％氫氧化鈉溶液(氫氧化鈉與高鋁粉煤灰的質量比為0.5:1)進行混合，將該混合溶液加熱到110℃后，導入耐壓容器中進行脫硅反應2h，然后進行液固分離得到液相的脫硅液和固相的粉煤灰濾餅；
2)生料球制備：將粉煤灰濾餅加入碳酸鈉溶液中得到脫硅粉煤灰混合漿液。調整混合漿液的流量為100m3/h,向混合漿液中添加的石灰石粉為10.46t/h、生石灰為16.27t/h，攪拌使其固化；生石灰和石灰石等混合入混合漿液時需經磨細處理，生料漿的鈣比摩爾比為1.9，堿比摩爾比為1.024，含水率為44.4wt％，制成的生料球直徑為14mm；
3)熟料焙燒：將所述生料球在窯外采用窯尾廢氣烘干生料球，窯尾煙氣溫度大于400℃，烘干0.5小時后的生料球含水量低于5wt％，烘干后的生料球入窯焙燒成熟料，將生料球在1150℃下焙燒60min成熟料；
4)熟料溶出：將熟料與調整液混合后進行熟料溶出，溶出后進行固液分離獲得鋁酸鈉粗液和溶出粗渣，熟料的粒徑為7mm，所述調整液與熟料的液固質量比為6:1，溶出溫度為75℃，溶出時間為20min；所述調整液成分包括：30g/l的Na2Ok，30g/l的Na2Oc；
5)一二段脫硅：將鋁酸鈉粗液在165℃條件下，添加50g/L鈉硅渣晶種，進行加壓脫硅2h，過濾分離結束后部分一段硅渣返回配料，部分繼續(xù)作為一段脫硅晶種添加，一段脫硅精液添加的石灰乳中含氧化鈣25g/L，在92℃條件下反應2h進行二段脫硅，二段脫硅硅渣返回配料，二段脫硅精液進入碳分工序；
6)碳分分解：將二段脫硅精液通入CO2氣體進行碳分，CO2體積濃度為35％，碳分溫度為90℃，碳分時間為4h，并且在攪拌條件下進行碳分，碳分結束后進行過濾，得到氫氧化鋁產品和碳分母液，碳分母液返回配料；
7)焙燒：分解所得氫氧化鋁在1050℃溫度進行煅燒，得到氧化鋁含量為98.6％的氧化鋁產品。
將氧化鋁產品進行成分分析，分析結果如表5所示：
表5氧化鋁產品的化學成分
結論：本方法能夠大幅降低高鋁粉煤灰生產氧化鋁工藝流程，與傳統(tǒng)氧化鋁工藝相比取消生料漿調配槽、合格槽等設備，能夠大幅提高回轉窯臺時產能，降低氧化鋁焙燒系統(tǒng)設備投資，具有工藝流程簡單，設備投資少等優(yōu)點。
最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。