生產氧化鋁的方法
【專利摘要】本發明提供了生產氧化鋁的方法，其包括：將含鋁的礦物原料和焙燒添加劑混合，進行焙燒，以便獲得焙燒熟料，其中，焙燒添加劑為酸式硫酸鹽，或者焙燒添加劑為硫酸鹽和硫酸的混合物，其中硫酸鹽和硫酸的摩爾比為1∶1；將焙燒熟料用水浸出，以便獲得浸出產物；將浸出產物進行固液分離，以便獲得浸出溶液和濾渣；將浸出溶液濃縮后靜置結晶，以便獲得鋁鹽粗產品；將鋁鹽粗產品溶于水中，并利用氨水將所得到溶液的pH調節至8.5，之后進行過濾，以便獲得氧化鋁。利用該方法，能夠快速有效地生產氧化鋁，且該方法焙燒溫度較低、節約能源，對礦物原料中氧化鋁的含量無特別要求，獲得的產品純度高，尾渣量少，能夠有效避免二次污染。
【專利說明】生產氧化鋁的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及冶金領域，具體地，涉及生產氧化鋁的方法。

【背景技術】
[0002] 我國內蒙古中西部和山西北部等地區的煤炭資源賦存豐富的含鋁礦物（主要是 伯姆石），用于燃燒發電后產生的粉煤灰氧化鋁含量高達40-50 %，是一種十分寶貴的具有 較高經濟開發價值的潛在含鋁資源，尤其在我國現今面臨日益匱乏的鋁土礦資源情勢下， 甚至具有作為鋁土礦替代資源生產氧化鋁以保障鋁產業安全的重要意義。然而，現今對內 蒙古和山西兩地的高鋁粉煤灰的鋁資源開發利用十分有限，截至目前的歷史堆存量已經超 過兩億噸，成為當地排放量最大的工業廢渣。其中極少部分通過建設粉煤灰貯存庫進行較 規范的貯存，如山西朔州建成貯存能力1億噸高鋁粉煤灰貯存庫，而絕大部分高鋁粉煤灰 露天堆積于曠野、平地，不僅占用寶貴的土地資源，而且給周邊生態和居民健康帶來較大的 環境安全隱患，如大氣粉塵污染、水體污染、土壤鹽堿化等。因而高鋁粉煤灰的消納和處理， 尤其是高鋁粉煤灰的高附加值資源化利用，已經成為山西、內蒙古兩地亟待解決的社會和 環境問題。雖然已經報道了很多高鋁粉煤灰資源化技術，而且有些技術已經在進行示范工 程建設，但總體上說來，這些技術有各自的優缺點，離真正成功地資源化和消納高鋁粉煤灰 還存在一段遙遠的距離。
[0003] 我國目前從鋁土礦生產氧化鋁，均采用拜耳法。拜耳法對鋁土礦中的鋁硅比要求 比較高，一般而言鋁硅比大于7才能具有較好的經濟效益。而我國鋁土礦品位普遍很差，鋁 硅比大于5的鋁土礦已經少見，而且價格超過600元/噸，因此我國很多氧化鋁企業嚴重依 賴進口鋁土礦。如何更好利用低品位鋁土礦，目前已經成為我國氧化鋁企業的發展瓶頸。
[0004] 因而，目前關于從粉煤灰及鋁土礦生產氧化鋁的技術仍有待改進。


【發明內容】

[0005] 本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的 一個目的在于提出一種從粉煤灰及鋁土礦低能耗生產氧化鋁的方法。
[0006] 本發明是基于發明人的下列發現而完成的：目前公開的粉煤灰資源化利用技術， 基本上可以總結為以下幾類：（1)石灰石燒結法：即用石灰石為添加劑，和粉煤灰一起焙 燒，然后用水或者氫氧化鈉溶液將氧化鋁浸出；（2)堿石灰燒結法：即同時用石灰石和碳酸 鈉為添加劑，和粉煤灰一起焙燒，然后用水或者氫氧化鈉溶液將氧化鋁浸出；（3)兩步堿溶 法：即先在較低溫度下用氫氧化鈉溶液脫去一部分硅，然后在高溫下用濃氫氧化鈉溶液溶 出鋁；(4)預脫硅-堿石灰燒結法：即先用氫氧化鈉溶液于100?140°C預脫硅，然后用碳酸 鈉-石灰石燒結，用水溶出氧化鋁；（5)硫酸銨法：即用硫酸銨為焙燒添加劑，然后用水溶出 鋁；(6)酸浸法：將粉煤灰用機械法等作一定的處理，用硫酸或者鹽酸在高溫高壓等條件下 直接浸出三氧化二鋁。
[0007] 但上述方法存在各自不同的問題。如石灰石燒結法和堿石灰燒結法都存在大幅度 增加固體廢物量的缺陷，每生產1噸氧化鋁，消耗2. 5?3噸粉煤灰，但卻產生約9噸廢渣， 預脫硅-堿石灰燒結法產生約4噸的廢渣；此外，都存在焙燒溫度高，能耗高等缺點。另外， 粉煤灰中氧化鋁的主要存在礦相是莫來石和剛玉，兩者都是在酸或者堿性條件下比較穩定 的物質，單純的機械活化的方法很難改變其礦相，因此酸法對氧化鋁的浸出率都比較低。此 夕卜，酸浸方法大多使用高溫高壓，在此類條件下操作濃酸或者濃堿會有很大的危險性，對容 器的要求也很高。其它方法，雖然有固體廢渣相對較少的優點，但都不同程度地產生二次 污染。例如硫酸銨焙燒法，在350°C以上硫酸銨會分解產生氮氣、二氧化硫、氨氣和水，其中 二氧化硫是PM2. 5、酸雨等的主要成因之一，而增加脫硫流程則大幅度增加了產品的單位成 本。
[0008] 另外，目前從鋁土礦生產氧化鋁比較成熟的方法為拜耳法，但拜耳法對鋁土礦中 的鋁硅比要求比較高，一般而言鋁硅比大于7才能具有較好的經濟效益。而我國鋁土礦品 位普遍很差，適合使用拜耳法生產氧化鋁的鋁土礦資源稀少，且價格昂貴，我國很多氧化鋁 企業需要嚴重依賴進口鋁土礦。因此，如何更好的利用低品位鋁土礦是亟待解決的問題。
[0009] 綜上所述，目前資源化利用粉煤灰及低品位鋁土礦技術，都存在各自的缺點，如能 耗高、操作條件苛刻，流程復雜，綜合成本高，存在二次污染、利用率低等問題。要真正實現 1?附加值資源化1?錯粉煤灰、對存灰和新廣生的1?錯粉煤灰進行有效消納、以及能有效利 用我國所產的低品位鋁土礦等，仍然需要突破相關的技術瓶頸。而本發明的發明人經過大 量的實驗和艱苦的勞動，意外地發現，使用酸式硫酸鹽或者硫酸鹽和硫酸摩爾比為1 :1的 混合物作為焙燒添加劑，能夠有效利用粉煤灰和低品位鋁土礦生產氧化鋁。
[0010] 因而，在本發明的一個方面，本發明提供了一種生產氧化鋁的方法。根據本發明 的實施例，該方法包括：將含鋁的礦物原料和焙燒添加劑混合，并將所得到的混合物進行焙 燒，以便獲得焙燒熟料，其中，所述焙燒添加劑為酸式硫酸鹽，或者所述焙燒添加劑為硫酸 鹽和硫酸的混合物，其中所述硫酸鹽和所述硫酸的摩爾比為1 :1 ;將所述焙燒熟料用水浸 出，以便獲得浸出產物；將所述浸出產物進行固液分離，以便獲得浸出溶液和濾渣；將所述 浸出溶液濃縮后靜置結晶，以便獲得鋁鹽粗產品；將所述鋁鹽粗產品溶于水中，并利用氨水 將所得到的溶液的pH調節至8. 5,之后進行過濾，以便獲得氧化鋁。發明人發現，利用本 發明的該方法，能夠快速有效地生產氧化鋁，且該方法焙燒溫度較低、節約能源；加入焙燒 添加劑時，不需要復雜的配料調整過程；焙燒熟料中的鋁可以直接用水浸出，不需要酸堿溶 液，既節約了成本，又減少了危險；浸出溶液中雜質種類和含量少；獲得的氧化鋁產品純度 高，容易達到冶金級水平；對礦物原料中氧化鋁的含量無特別要求；尾渣量少，能夠有效避 免二次污染。
[0011] 根據本發明實施例的生產氧化鋁的方法，還可以具有下列附加技術特征：
[0012] 根據本發明的實施例，所述含鋁的礦物原料的粒徑為200目以下。由此，礦物原料 與焙燒添加劑的接觸面積較大，有利于焙燒的進行，進而提高氧化鋁的生產效率。
[0013] 根據本發明的實施例，將所述含鋁的礦物原料和所述焙燒添加劑按照質量比1 : 3-8的比例混合。由此，有利于在后續步驟中提高鋁的浸出率。
[0014] 根據本發明的實施例，所述含鋁的礦物原料為粉煤灰或鋁土礦。由此，能夠有效地 將粉煤灰回收利用，實現工業廢物的大幅減量化、無害化與資源化。
[0015] 根據本發明的實施例，所述鋁土礦為低品位鋁土礦。由此，能夠有效利用低品位鋁 土礦，降低生產氧化鋁的成本，實現較好的經濟效益。
[0016] 根據本發明的實施例，所述酸式硫酸鹽為選自硫酸氫鈉、硫酸氫鉀和硫酸氫氨的 至少一種，所述硫酸鹽為選自硫酸鈉、硫酸鉀和硫酸銨的至少一種。由此，能夠在較低的焙 燒溫度下，達到較高的氧化鋁浸出率。
[0017] 根據本發明的實施例，于280-320攝氏度下進行所述焙燒1-6小時。由此，能夠有 效降低能耗，且氧化鋁的浸出率較高。
[0018] 根據本發明的實施例，將焙燒熟料用水于80-100攝氏度下浸出30-120分鐘。由 此，鋁的浸出率較高。
[0019] 根據本發明的實施例，所述固液分離是通過保溫沉降或過濾進行的。由此，能夠有 效將固體雜質分離。
[0020] 根據本發明的實施例，進一步包括：利用80-100攝氏度的熱水將所述濾渣洗滌兩 次，將得到的洗滌溶液用于所述焙燒熟料的浸出。
[0021] 根據本發明的實施例，進一步包括：在將所述鋁鹽粗產品溶于水中之前，將所述鋁 鹽粗產品進行重結晶。由此，能夠去除部分雜質，有利于提高獲得的氧化鋁的純度。
[0022] 相對于現有技術，本發明的有益效果在于：
[0023] (1).焙燒溫度較低（在280?320°C范圍內），節約能源；
[0024] (2).加入焙燒添加劑時，不需要復雜的配料調整過程；
[0025] (3).熟料中的鋁可以直接用熱水浸出，不需要酸堿溶液，既節約了成本，又減少了 危險；
[0026] (4).浸出溶液中雜質種類和含量少；
[0027] (5).氧化鋁產品純度高，容易達到冶金級水平；
[0028] (6).對礦物原料中氧化鋁的含量無特別要求；
[0029] (7).尾渣量少，根據粉煤灰來源不同，產渣量為原灰的45?65%，達到固體廢物 大幅度減量的目的；
[0030] (8).解決了低品位鋁土礦的有效利用問題，既能將氧化鋁回收率提高到99%以 上，同時也消除了赤泥的產生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1顯示了根據本發明的一個實施例，生產氧化鋁的方法的流程示意圖。

【具體實施方式】
[0032] 下面詳細描述本發明的實施例。下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發 明，而不能理解為對本發明的限制。實施例中未注明具體技術或條件的，按照本領域內的文 獻所描述的技術或條件或者按照產品說明書進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均 為可以通過市購獲得的常規產品。
[0033] 在本發明的一個方面，本發明提供了一種生產氧化鋁的方法。根據本發明的實施 例，參照圖1，該方法包括以下步驟：
[0034] S100 :焙燒
[0035] 在該步驟中，將含鋁的礦物原料和焙燒添加劑混合，進行焙燒，以便獲得焙燒熟 料。根據本發明的實施例，焙燒添加劑可以為酸式硫酸鹽，或者可以為硫酸鹽和硫酸摩爾比 為1 :1的混合物。發明人發現，采用酸式硫酸鹽、或者硫酸鹽和硫酸摩爾比為1 :1的混合物 作為焙燒添加劑，可以在高溫下提供奪走氧化鋁中的氧而需要的氫，但不會產生酸霧，配料 過程簡單，不需要復雜的流程。且過量的酸式硫酸鹽存在于浸出液中，可以通過分段結晶而 回收，達到重復利用的目的。另外，本發明以酸式硫酸鹽為焙燒添加劑，使氧化鋁溶出時間 大大縮短，30分鐘即可達到>80%的浸出率，且在較低的焙燒溫度下即可完全分解莫來石 和大部分剛玉，達到較高的氧化鋁浸出率。
[0036] 根據本發明的實施例，含鋁的礦物原料的粒徑為200目以下。由此，礦物原料與焙 燒添加劑的接觸面積較大，有利于焙燒的進行，進而提高氧化鋁的生產效率。
[0037] 根據本發明的實施例，將含鋁的礦物原料和焙燒添加劑按照質量比1 :3_8的比例 混合。由此，有利于在后續步驟中提高鋁的浸出率。
[0038] 根據本發明的實施例，含鋁的礦物原料可以為粉煤灰或鋁土礦。由此，能夠有效地 將粉煤灰回收利用，實現工業廢物的大幅減量化、無害化與資源化。
[0039] 根據本發明的實施例，鋁土礦可以為低品位鋁土礦。由此，能夠有效利用低品位鋁 土礦，降低生產氧化鋁的成本，實現較好的經濟效益。
[0040] 根據本發明的實施例，酸式硫酸鹽為選自硫酸氫鈉、硫酸氫鉀和硫酸氫氨的至少 一種，所述硫酸鹽為選自硫酸鈉、硫酸鉀和硫酸銨的至少一種。由此，能夠在較低的焙燒溫 度下，達到較高的氧化鋁浸出率。
[0041] 根據本發明的實施例，將焙燒熟料于280-320攝氏度下進行焙燒1-6小時。由此， 能夠有效降低能耗，且氧化鋁的浸出率較高。
[0042] S200 :浸出
[0043] 在完成焙燒之后，可以將焙燒熟料用水浸出，以便獲得浸出產物。
[0044] 根據本發明的實施例，可以將焙燒熟料于80-100攝氏度下浸出30-120分鐘。由 此，氧化鋁的浸出率較高。
[0045] 在本發明的一個實施例中，加酸式硫酸鹽焙燒以后，粉煤灰原灰中的莫來石和剛 玉中含的氧化鋁，轉變成溶于水的硫酸鋁，用水將原粉煤灰中的氧化鋁以硫酸鋁的化學形 態溶出，硅以二氧化硅的形式存在于固相中，從而實現硅鋁分離，不受粉煤灰是否經過脫 硅、脫鐵工序的影響。并且，溶出液呈酸性（pH為1?2)，因此，鈣、鐵等含量較高的金屬以 及稀散稀缺金屬鎵也能順利進入溶液。和堿溶方法相比，本發明的該方法使得粗產品的硅 量指數大大提高。另外，浸出液中的硫酸鋁和其他酸式硫酸鹽，采用不同溫區分段結晶的方 式進行分離（注：酸式硫酸鹽的溶解度非常大），產品純度高。母液中的酸式硫酸鹽經蒸發 后回收，能夠循環使用。
[0046] S300:固液分離
[0047] 在完成浸出之后，將得到的浸出產物進行固液分離，以便獲得浸出溶液和濾渣。
[0048] 根據本發明的實施例，固液分離是通過保溫沉降或過濾進行的。由此，能夠有效將 固體雜質分尚。
[0049] 根據本發明的實施例，進一步包括：利用80-100攝氏度的熱水將濾渣洗滌兩次， 將得到的洗滌溶液回用于焙燒熟料的浸出。
[0050] S400 :濃縮和結晶
[0051] 在該步驟中，將上述步驟所得到的浸出溶液濃縮后靜置結晶，以便獲得鋁鹽粗產 品。
[0052] 根據本發明的實施例，焙燒產物用水浸出并濃縮后，溶液中的鋁以硫酸鋁晶體形 式析出，也可以采用添加硫酸銨的方法將鋁鹽以硫酸鋁銨晶體的形式析出。
[0053] S500 :精制
[0054] 在該步驟中，將上述步驟所得到的鋁鹽粗產品溶于水中，并利用氨水將所得到的 溶液的pH調節至8. 5,之后進行過濾，以便獲得氧化鋁。
[0055] 根據本發明的實施例，進一步包括：在將所述鋁鹽粗產品溶于水中之前，將所述鋁 鹽粗產品進行重結晶。由此，能夠去除部分雜質，有利于提高獲得的氧化鋁的純度。根據本 發明的實施例，鋁鹽粗產品進一步重結晶，純度可達99%以上。根據本發明的一個具體示 例，一次重結晶，硫酸鋁銨的純度可達99. 9%以上。進一步的，硫酸鋁銨在高溫下焙燒生產 氧化鋁，純度達到AO-3 (YS/T2741998氧化鋁行業標準）以上，生成的氨氣和三氧化硫用水 收集，可以循環使用。
[0056] 發明人發現，利用本發明的該方法，能夠快速有效地生產氧化鋁，且該方法焙燒溫 度較低、節約能源；加入焙燒添加劑時，不需要復雜的配料調整過程；焙燒熟料中的鋁可以 直接用水浸出，不需要酸堿溶液，既節約了成本，又減少了危險；浸出溶液中雜質種類和含 量少；獲得的氧化鋁產品純度高，容易達到冶金級水平；對粉煤灰中氧化鋁的含量無特別 要求；尾渣量少，能夠有效避免二次污染。
[0057] 實施例
[0058] 一般方法
[0059] 將含鋁的礦物原料過篩除去其中的土塊等雜質，再進行風選，選取粒度小于200 目的礦物原料，粒徑大于200目的礦物原料經球磨至200目以下，鋁土礦粉碎到100目以下 即可。
[0060] 接下來，將粉末狀的酸式硫酸鹽（或者硫酸鹽和硫酸的等摩爾混合物）和礦物原 料按質量比3?8:1混合均勻，然后于280?320°C下焙燒1?6小時，得到焙燒熟料。
[0061] 接著，將焙燒熟料轉移至浸出容器中，用熱水浸出。其中，浸出溫度為80?100°C， 浸出時間30分鐘?2小時，浸出過程中不間斷攪拌，浸出溶液經保溫沉降或者過濾后，得到 的濾渣用80?100°C熱水洗滌兩次，過濾后，洗滌溶液可用于下一次熟料浸出。
[0062] 然后，浸出溶液經濃縮后靜置結晶。如果所用焙燒添加劑為硫酸氫銨以外的酸式 硫酸鹽，可采用向溶液中添加硫酸銨的方式，以生成較低溫度下溶解度較小的硫酸鋁銨，力口 快鋁鹽從溶液中析出。待鋁鹽析出完成后，過濾，晶體經離心機甩干，得到鋁鹽粗產品。鋁 鹽粗產品可以進一步精制，或者用于生產氧化鋁。
[0063] 實施例1 :從高鋁粉煤灰中回收氧化鋁
[0064] 來自內蒙一處火電廠的高鋁粉煤灰組成如表1所示。
[0065] 表1高鋁粉煤灰樣品化學組成 [0066]

【權利要求】
1. 一種生產氧化鋁的方法，其特征在于，包括： 將含鋁的礦物原料和焙燒添加劑混合，并將所得到的混合物進行焙燒，以便獲得焙燒 熟料，其中，所述焙燒添加劑為酸式硫酸鹽，或者所述焙燒添加劑為硫酸鹽和硫酸的混合 物，其中，所述硫酸鹽與所述硫酸的摩爾比為1 :1 ; 將所述焙燒熟料用水浸出，以便獲得浸出產物； 將所述浸出產物進行固液分離，以便獲得浸出溶液和濾渣； 將所述浸出溶液濃縮后靜置結晶，以便獲得鋁鹽粗產品； 將所述鋁鹽粗產品溶于水中，并利用氨水將所得到溶液的pH調節至8. 5,之后進行過 濾，以便獲得氧化鋁。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述含鋁的礦物原料的粒徑為200目以 下。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將所述含鋁的礦物原料和所述焙燒添加 劑按照質量比1 :3-8的比例混合。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述含鋁的礦物原料為粉煤灰或鋁土礦。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述鋁土礦為低品位鋁土礦。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸式硫酸鹽為選自硫酸氫鈉、硫酸氫 鉀和硫酸氫氨的至少一種，所述硫酸鹽為選自硫酸鈉、硫酸鉀和硫酸銨的至少一種。
7. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，于280-320攝氏度下進行所述焙燒1-6小 時。
8. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將所述焙燒熟料用水于80-100攝氏度下 浸出30-120分鐘， 任選地，所述固液分離是通過保溫沉降或過濾進行的。
9. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括： 利用80-100攝氏度的熱水將所述濾渣洗滌兩次，將得到的洗滌溶液用于所述焙燒熟 料的浸出。
10. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括：在將所述鋁鹽粗產品溶于 水中之前，將所述鋁鹽粗產品進行重結晶。
【文檔編號】C01F7/26GK104058434SQ201410182895
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】王毅, 文洪濤, 雷雪飛, 劉靈歐, 孫應龍, 袁超, 李磊 申請人:清華大學, 德清熠環境科技（北京）有限公司