一種氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝的製作方法

2023-06-12 18:16:31 1

專利名稱：一種氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於鋁土礦的處理領域，具體地說是涉及一種氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦 生產氫氧化鋁的工藝。
背景技術：
作為電解鋁的主要原料，氧化鋁工業在我國國民經濟中佔有非常重要的地位。我 國鋁土礦98%以上為一水硬鋁石型鋁土礦。我國目前對鋁土礦進行處理的方法主要有 拜耳法和燒結法。拜耳法的工藝流程是鋁土礦經破碎後，與石灰和種分蒸發後的母液磨製成原礦 漿，在240 28(TC和3.7 6.5MPa壓力下溶出。溶出漿液用赤泥洗水進行稀釋，再在 沉降槽中將鋁酸鈉溶液和赤泥分離，赤泥經洗漆後排往赤泥堆場。淨化後的鋁酸鈉溶 液加入氫氧化鋁晶種進行分解，析出氫氧化鋁，經過濾洗滌後得到氫氧化鋁，然後再 煅燒，即得到氧化鋁產品。在這種方法中，母液和洗液需蒸發濃縮循環。蒸發時有一 定數量的Na2C03*H20從母液中析出，將其分離後用石灰漿料苛化成NaOH溶液與蒸 發母液一同送往溼磨配料。拜耳法主要適用於鋁土礦中鋁矽比大於8的優質鋁土礦，使得該方法的應用受到原料來源的限制。燒結法的工藝流程是將鋁土礦與蘇打、石灰高溫(IOO(TC以上)燒結，礦石中 的A1203與Na2C03反應生成鋁酸鈉，而Si02與石灰石反應生成矽酸二鈣(2Ca0Si02)， 然後將燒結產物用鹼液溶出，分離後的溶液經深度脫矽精製後進行碳酸化分解得到 Al(OH)3。碳分母液經蒸發後返回配製生料漿。這種方法可用於鋁矽比在3以上的低品 位鋁土礦，其應用不受到原料來源的限制，但是這種方法的反應溫度高，大於IOO(TC， 工藝複雜，能耗高，成本高，且產品質量不穩定。在中國專利CN 03148717.3中公開了一種"氧化鋁的常壓低溫溶出生產方法"，該 方法是採用氫氧化鈉亞熔鹽進行一水硬鋁石型鋁土礦的低溫常壓溶出，然後液固分離， 將得到的鋁酸鈉粗液脫矽後進行鋁酸鈉結晶，初步實現鋁鈉的分離，鋁酸鈉結晶溶解 後進行種分操作得到氫氧化鋁，氫氧化鋁經過煅燒得到氧化鋁產品。該方法的溶出溫 度和壓力較常規拜耳法顯著降低，可將鋁土礦溶出溫度降低至小於18(TC，溶出壓力降低至小於0.2MPa，但是該方法採用的鹼濃度較高，液固分離較為困難，而且流程相 對複雜，不利操作。在中國專利CN 00112940.6中公開了一種"氫氧化鈉鹼熔鋁土礦製備氫氧化鋁工 藝"，該方法是將鋁土礦按比例加入到氫氧化鈉熔鹽中，使鋁土礦中氧化鋁與氫氧化鈉 反應得到鋁酸鈉固塊，加水煮沸浸出後，鋁酸鈉溶液進行二氧化碳碳化分解得到氫氧 化鋁和碳酸鈉溶液。碳酸鈉溶液再加石灰苛化回收氫氧化鈉。這種方法類似碳酸鈉燒 結法，產品質量不穩定，且鋁土礦與氫氧化鈉熔鹽直接混合不均勻影響氧化鋁的溶出 率，石灰苛化容易造成氫氧化鈉損失。發明內容本發明的目的在於克服現有技術在處理鋁土礦生產氫氧化鋁或氧化鋁時，或是使 用的原料有限制，或是反應溫度高導致能耗高、工藝複雜、成本高，且產品質量不穩 定，或是採用的鹼濃度較高，使得液固分離較為困難，流程相對複雜，不利操作，或 是由於鋁土礦與氫氧化鈉熔鹽直接混合不均勻會導致影響氧化鋁的溶出率，而石灰苛 化容易造成氫氧化鈉損失等缺陷，從而提供一種工藝簡單，氧化鋁利用率高，無需高 溫高壓設備，投資少，易於操作的氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝。本發明的目的是通過如下的技術方案實現的本發明提供的氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝，如圖1所示，包 括(A)將混合均勻的氫氧化鈉溶液和鋁土礦加熱進行熔鹽溶出反應；(B)溶出熟料 進行浸出，分離赤泥得到鋁酸鈉溶液，鋁酸鈉溶液進行深度脫矽；(C)鋁酸鈉溶液種子 分解得到氫氧化鋁晶體和種分母液；(D)種分母液進行蒸發、結晶，結晶母液返回到 熔鹽溶出步驟，鋁酸鈉結晶加水溶解後返回到種分步驟；具體歩驟包括 (A)熔鹽溶出將30 80wtW氫氧化鈉水溶液和60 300目的鋁土礦顆粒按照氧化鈉和氧化鋁的 摩爾比1.4 2.0: 1 (優選1.5 1.8: 1)進行攪拌，混合均勻，將混合液加熱到320 60(TC(優選350 50(TC)，反應5min 2h,使鋁土礦中的氧化鋁和氫氧化鈉充分反應， 得到含鋁酸鈉的溶出熟料；所述的氫氧化鈉水溶液中的氫氧化鈉可以是分析純氫氧化鈉、工業級的氫氧化鈉， 或是含氫氧化鈉的混合物質，或是來自步驟(D)返回的結晶母液；所述的鋁土礦優選一水硬鋁石型鋁土礦，也可以是其它含氧化鋁的原料；(B) 鋁酸鈉浸出將步驟(A)得到的含鋁酸鈉的溶出熟料降溫至IO(TC左右，用浸取液浸取，鐵、鈦及 大部分矽等雜質留在固相中形成赤泥，過濾除去赤泥後，得到澄清的鋁酸鈉溶液；將 此濾液進行深度脫矽，得到已脫矽的鋁酸鈉溶液，赤泥濾餅洗滌後棄去；所述的浸取液為水或是0 5wt^氫氧化鈉水溶液；加入浸取液的量以浸出後鋁酸 鈉溶液中氧化鈉濃度在100 150g/L之間為宜；所述的深度脫矽為將濾液在150 17(TC脫矽2 4小時，採用拜耳赤泥，或是鈉 矽渣、高嶺石、鋁土礦、煤粉、活性碳粉、鐵粉、石英砂等作為晶種；或者是在90 12(TC下加入上述晶種脫矽2 4小時，然後再在此溫度下加入5 10g/L氧化鈣或鋁酸 鈣再脫矽0.5 4小時；赤泥濾餅洗滌水可返回到步驟(B)的浸取，作為含鋁酸鈉的溶出熟料的浸取液；(C) 鋁酸鈉溶液種分 將步驟(B)得到的已脫矽的鋁酸鈉溶液加入氫氧化鋁晶種，在常規拜耳法的條件下進行種子分解，得到氫氧化鋁粗晶和種分母液，氫氧化鋁粗晶經洗滌、乾燥後，得到 氫氧化鋁產品；所述的常規拜耳法的條件具體為分解初溫60 75'C，分解終溫40 5(TC，分解時 間為40 70小時，晶種添加量為50 250g/L;(D) 種分母液蒸發和結晶將步驟(C)得到的種分母液進行蒸髮結晶，加熱蒸發到其含有的氧化鈉濃度為 500 700g/L後，在45 120。C下恆溫0.5 6h進行結晶，同時加入鋁酸鈉晶種(晶種 添加量以體系鋁酸鈉總量的5 20wtc/。為宜)，得到鋁酸鈉晶體和結晶母液；過濾分離 出鋁酸鈉晶體，結晶母液返回到步驟(A)用於溶出鋁土礦；得到的鋁酸鈉晶體或以產品形式出售，或加水溶解成鋁酸鈉溶液後返回到步驟(C) 進行種子分解。本發明提供的氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝為一種氫氧化鈉熔 鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁新工藝。其在步驟(A)熔鹽處理過程中，主要目的是 將鋁土礦中的一水硬鋁石轉化為可溶性的鋁酸鈉，然後在步驟(B)將溶出熟料中的鋁酸 鈉以溶液形式與赤泥分開，並進行深度脫矽，所得鋁酸鈉溶液可通過種子分解生產氫
氧化鋁，也可用作製備其它鋁化合物，如六氟鋁酸鈉等；經過以上(A)、 (B)兩個操 作步驟可以得到澄清的鋁酸鈉溶液。與現有技術相比，本發明提供的氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝 的優點在於-(1) 本發明的溶出溫度為320 600°C，較傳統燒結法低500 800°C (傳統燒結法 溫度在1100左右r)，可大幅降低能耗；(2) 本發明在常壓下操作，流程簡單，操作方便；(3) 本發明能處理中低品位一水硬鋁石鋁土礦，符合我國氧化鋁發展的現實需要；(4) 氧化鋁溶出率高，在處理一水硬鋁石型鋁土礦時，氧化鋁的溶出率高達96%;(5) 本發明不添加任何輔料，赤泥量少，因而鈉損和鋁損小，且易於回收其中的有 價金屬；(6) 本發明採用種子分解得到氫氧化鋁繼而得到氧化鋁，因而產品質量好；(7) 與中國專利CN 03148717.3中公開的方法相比，本發明提供的鋁土礦溶出反應， 其反應溫度為320 60(TC，在氫氧化鈉的熔點之上，而且使用的鹼礦比低(在本發明 中使用的鋁土礦氧化鋁含量66.8%，鹼礦比只有0.7 1.0: 1 (質量比)，低於中國專利 CN 03148717.3中公開的方法中的1 2: 1)，易於後續操作，尤其是省去了種分前的 結晶步驟(中國專利CN 03148717.3中公開的方法由於鹼礦比高，鋁土礦溶出後必須 經過鋁酸鈉結晶後才能進行種分)，使得本發明的工藝流程大大簡化，便於應用。


圖1是本發明的氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝流程圖。
具體實施方式
實施例1在耐鹼反應器中，將40g40wt^氫氧化鈉水溶液(由16克分析純氫氧化鈉加水配 制的)和20g磨至100目的貴州鋁土礦(鋁土礦中氧化鋁含量為66.8%)進行攪拌混 合均勻(混合物中氧化鈉和氧化鋁的摩爾比1.5:1 )，在反應釜中將混合液加熱到350°C ， 在此溫度下反應lh,使鋁土礦中的氧化鋁和氫氧化鈉充分反應，得到含鋁酸鈉的溶出熟料。將該含鋁酸鈉的溶出熟料降溫至io(rc左右，加入卯r的熱水使得浸出後鋁酸鈉溶液中氧化鈉濃度在120g/L，浸取30min後，鐵、鈦及大部分矽等雜質留在固相中 形成赤泥，過濾除去赤泥後，得到澄清的鋁酸鈉溶液；通過對赤泥和母液鋁酸鈉的分析表明，氧化鋁的溶出率達到96.6%。將上述濾液(鋁酸鈉溶液)加入高嶺石粉末，在16(TC進行脫矽3小時，得到已 脫矽的鋁酸鈉溶液，赤泥濾餅洗滌後棄去。將已脫矽的鋁酸鈉溶液加入氫氧化鋁晶種，按照常規拜耳法，在分解初溫6(TC， 分解終溫5(TC，分解時間60小時，晶種添加量為100g/L下進行種子分解，得到白色 的氫氧化鋁粗晶和種分母液，氫氧化鋁粗晶經洗滌、乾燥後，得到氫氧化鋁產品10.8g。種分母液加熱蒸發至氧化鈉濃度為540g/L，在11(TC下恆溫結晶6h，同時加入鋁 酸鈉晶種(晶種添加量以體系鋁酸鈉總量的10wt%)，得到鋁酸鈉晶體和結晶母液；過 濾分離出鋁酸鈉晶體，結晶母液返回到熔鹽溶出歩驟進行鋁土礦的溶出。實施例2在鎳攪拌釜中，將鋁酸鈉結晶母液70ml (結晶母液濃度為氧化鈉578.6g/L，氧化 鋁24.1g/L)和50g磨至100目的貴州鋁土礦(鋁土礦中氧化鋁含量為66.8%)進行攪 拌混合均勻(混合物中氧化鈉和氧化鋁的摩爾比2.0: 1)後，在反應釜中將混合液加 熱到32(TC，在此溫度下反應2h，使鋁土礦中的氧化鋁和氫氧化鈉充分反應，得到含 鋁酸鈉的溶出熟料。將該含鋁酸鈉的溶出熟料降溫至IO(TC左右，加入80'C的熱水使 得浸出後鋁酸鈉溶液中氧化鈉濃度在120g/L，浸取30min後，鐵、鈦及大部分矽等雜 質留在固相中形成赤泥，過濾除去赤泥後，得到澄清的鋁酸鈉溶液；通過對赤泥和母 液鋁酸鈉的分析表明，氧化鋁的溶出率達到96.0%。將上述濾液(鋁酸鈉溶液)加入拜耳赤泥，在IO(TC進行脫矽4小時，過濾後將 得到的已一次脫矽的鋁酸鈉溶液再加入鋁酸鈣(加入量10g/L),在此溫度下再脫矽2h， 得到二次脫矽的鋁酸鈉溶液，赤泥濾餅洗滌後棄去。將已脫矽的鋁酸鈉溶液加入氫氧化鋁晶種，按照常規拜耳法，在分解初溫75t:， 分解終溫45X:，分解時間72小時，晶種添加量為200g/L下進行種子分解，得到白色 的氫氧化鋁粗晶和種分母液，氫氧化鋁粗晶經洗滌、乾燥後，得到氫氧化鋁產品29.7g。種分母液加熱蒸發至氧化鈉濃度為700g/L，在45"下恆溫結晶0.5h，同時加入鋁 酸鈉晶種(晶種添加量以體系鋁酸鈉總量的10wt。/。)，得到鋁酸鈉晶體和結晶母液；過 濾分離出鋁酸鈉晶體，結晶母液返回到熔鹽溶出步驟進行鋁土礦的溶出。
實施例3在耐鹼反應器中，將122g 30wt^氫氧化鈉水溶液(由36.5克分析純氫氧化鈉加 水配製的)和50g磨至100目的貴州鋁土礦(鋁土礦中氧化鋁含量為66.8%)進行攪 拌混合均勻(混合物中氧化鈉和氧化鋁的摩爾比1.4: 1)。在反應釜中將混合液加熱到 600°C，在此溫度下反應5min，使鋁土礦中的氧化鋁和氫氧化鈉充分反應，得到含鋁 酸鈉的溶出熟料。將該含鋁酸鈉的溶出熟料降溫至IO(TC左右，加入95i:的熱水使得 浸出後鋁酸鈉溶液中氧化鈉濃度在150g/L,浸取30min後，鐵、鈦及大部分矽等雜質 留在固相中形成赤泥，過濾除去赤泥後，得到澄清的鋁酸鈉溶液；通過對赤泥和母液 鋁酸鈉的分析表明，氧化鋁的溶出率達到97.1%。將上述濾液(鋁酸鈉溶液)加入鈉矽渣，在17(TC進行脫矽4小時，得到己脫矽 的鋁酸鈉溶液，赤泥濾餅洗滌後棄去。將已脫矽的鋁酸鈉溶液加入氫氧化鋁晶種，按照常規拜耳法，在分解初溫70'C， 分解終溫5(TC，分解時間70小時，晶種添加量為50g/L下進行種子分解，得到白色 的氫氧化鋁粗晶和種分母液，氫氧化鋁粗晶經洗滌、乾燥後，得到氫氧化鋁產品21.7g。種分母液加熱蒸發至氧化鈉濃度為500g/L，在6CTC下恆溫結晶6h，同時加入鋁 酸鈉晶種(晶種添加量以體系鋁酸鈉總量的10wt%),得到鋁酸鈉晶體和結晶母液；過 濾分離出鋁酸鈉晶體，結晶母液返回到熔鹽溶出步驟進行鋁土礦的溶出。實施例4在耐鹼反應器中，將25.6g80wtX氫氧化鈉水溶液(由20.1克工業氫氧化鈉(其 中除氫氧化鈉94.4%)加水配製的)和20g磨至100目的貴州鋁土礦(鋁土礦中氧化 鋁含量為66.8%)進行攪拌混合均勻(混合物中氧化鈉和氧化鋁的摩爾比1.8: 1)。在 反應釜中將混合液加熱到40(TC，在此溫度下反應30min,使鋁土礦中的氧化鋁和氫氧 化鈉充分反應，得到含鋁酸鈉的溶出熟料。將該含鋁酸鈉的溶出熟料降溫至IO(TC左 右，加入95r的熱水使得浸出後鋁酸鈉溶液中氧化鈉濃度在110g/L，浸取30min後， 鐵、鈦及大部分矽等雜質留在固相中形成赤泥，過濾除去赤泥後，得到澄清的鋁酸鈉 溶液；通過對赤泥和母液鋁酸鈉的分析表明，氧化鋁的溶出率達到96.8%。將上述濾液(鋁酸鈉溶液)加入鈉矽渣，在17(TC進行脫矽4小時，得到已脫矽 的鋁酸鈉溶液，赤泥濾餅洗滌後棄去。將已脫矽的鋁酸鈉溶液加入氫氧化鋁晶種，按照常規拜耳法，在分解初溫7(TC， 分解終溫5(TC,分解時間48小時，晶種添加量為50g/L下進行種子分解，得到白色 的氫氧化鋁粗晶和種分母液，氫氧化鋁粗晶經洗滌、乾燥後，得到氫氧化鋁產品7.6g。 種分母液加熱蒸發至氧化鈉濃度為500g/L，在6(TC下恆溫結晶6h，同時加入鋁 酸鈉晶種(晶種添加量以體系鋁酸鈉總量的10wtQ/。)，得到鋁酸鈉晶體和結晶母液；過 濾分離出鋁酸鈉晶體，結晶母液返回到熔鹽溶出步驟進行鋁土礦的溶出。
權利要求
1、一種氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝，包括如下步驟(A)熔鹽溶出將30～80wt％氫氧化鈉水溶液和60～300目的鋁土礦顆粒按照氧化鈉和氧化鋁的摩爾比1.4～2.0∶1進行攪拌，混合均勻，將混合液加熱到320～600℃，反應5min～2h，使鋁土礦中的氧化鋁和氫氧化鈉充分反應，得到含鋁酸鈉的溶出熟料；(B)鋁酸鈉浸出將步驟(A)得到的含鋁酸鈉的溶出熟料降溫至100℃，用浸取液浸取，鐵、鈦及大部分矽留在固相中形成赤泥，過濾除去赤泥後，得到澄清的鋁酸鈉溶液；將此濾液進行深度脫矽，得到已脫矽的鋁酸鈉溶液，赤泥濾餅洗滌後棄去；赤泥濾餅洗滌水返回到步驟(B)的浸取，作為含鋁酸鈉的溶出熟料的浸取液；(C)鋁酸鈉溶液種分將步驟(B)得到的已脫矽的鋁酸鈉溶液加入氫氧化鋁晶種，在常規拜耳法的條件下進行種子分解，得到氫氧化鋁粗晶和種分母液，氫氧化鋁粗晶經洗滌、乾燥後，得到氫氧化鋁產品；(D)種分母液蒸發和結晶將步驟(C)得到的種分母液進行蒸髮結晶，加熱蒸發到其含有的氧化鈉濃度為500～700g/L後，在45～120℃下恆溫0.5～6h進行結晶，同時加入鋁酸鈉晶種，得到鋁酸鈉晶體和結晶母液；過濾分離出鋁酸鈉晶體，結晶母液返回到步驟(A)用於溶出鋁土礦；得到的鋁酸鈉晶體或以產品形式出售，或加水溶解成鋁酸鈉溶液後返回到步驟(C)進行種子分解。
2、 如權利要求1所述的氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝，其特徵 在於所述步驟(A)中的氫氧化鈉水溶液和鋁土礦顆粒按照氧化鈉和氧化鋁的摩爾 比L5 1.8: 1進行投料。
3、 如權利要求1所述的氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝，其特徵 在於所述步驟(A)中將混合液加熱到350 50(TC。
4、 如權利要求1所述的氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝，其特徵 在於所述步驟(A)的氫氧化鈉水溶液中的氫氧化鈉為分析純氫氧化鈉、工業級的 氫氧化鈉，或是含氫氧化鈉的混合物質。
5、 如權利要求1所述的氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝，其特徵 在於所述步驟(A)的氫氧化鈉水溶液來自步驟(D)返回的結晶母液。
6、 如權利要求1所述的氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝，其特徵在於所述步驟(B)的浸取液為水或是0 5wt^氫氧化鈉水溶液；加入浸取液的量以浸出後鋁酸鈉溶液中氧化鈉濃度在100 150g/L之間為宜。
7、 如權利要求1所述的氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝，其特徵 在於所述步驟(B)中深度脫矽為將濾液在150 170。C脫矽2 4小時，採用拜耳赤 泥，或是鈉矽渣、高嶺石、鋁土礦、煤粉、活性碳粉、鐵粉、石英砂作為晶種；或者 是在90 12(TC下加入上述晶種脫矽2 4小時，然後再在此溫度下加入5 10g/L氧 化鈣或鋁酸鈣再脫矽0.5 4小時。
8、 如權利要求1所述的氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝，其特徵 在於:所述步驟(C)中常規拜耳法的條件具體為分解初溫60 75'C ，分解終溫40 5(TC ， 分解時間為40 70小時，晶種添加量為50 250g/L。
9、 如權利要求1所述的氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝，其特徵 在於所述步驟(D)中加入鋁酸鈉晶種的添加量以達到體系鋁酸鈉總量的5 20wt%。
全文摘要
本發明涉及一種氫氧化鈉熔鹽法處理鋁土礦生產氫氧化鋁的工藝，包括將混合均勻的氫氧化鈉溶液和鋁土礦加熱進行熔鹽溶出反應；溶出熟料進行浸出，分離赤泥得到鋁酸鈉溶液，鋁酸鈉溶液進行深度脫矽；鋁酸鈉溶液種子分解得到氫氧化鋁晶體和種分母液；種分母液進行蒸發、結晶，結晶母液返回到熔鹽溶出步驟，鋁酸鈉結晶加水溶解後返回到種分步驟。本發明的優點在於溶出溫度為較傳統燒結法低500～800℃，可大幅降低能耗；在常壓下操作，流程簡單，操作方便；能處理中低品位一水硬鋁石鋁土礦，符合我國氧化鋁發展的現實需要；氧化鋁溶出率高；不添加任何輔料，赤泥量少，因而鈉損和鋁損小，且易於回收其中的有價金屬；產品質量好。
文檔編號C01F7/06GK101108740SQ20061009939
公開日2008年1月23日 申請日期2006年7月19日 優先權日2006年7月19日
發明者懿 張, 鄭詩禮, 馬淑花 申請人:中國科學院過程工程研究所