一種利用鋁土礦生產氧化鋁的方法
2023-05-12 00:51:36 3
專利名稱：一種利用鋁土礦生產氧化鋁的方法
技術領域：
本發明涉及一種氧化鋁的生產方法，尤其涉及一種利用鋁土礦生產氧化鋁的方法，屬於氧化鋁的生產領域。
背景技術：
評價鋁土礦的質量不僅看它的化學成份以及鋁矽比的高低，還要看鋁土礦的類型。鋁土礦中有用成份氧化鋁的含量一般在45%-75%之間。與其它有色金屬礦石相比，鋁土礦屬富礦。鋁土礦中的二氧化矽是減法生產氧化鋁中最有害的雜質。鋁土礦中氧化鋁與二氧化矽的重量之比值稱為鋁土礦的鋁矽比，用符號A/S表示。鋁矽比越高，說明礦石中二氧化矽的含量越少。氧化鋁生產要求鋁土礦鋁矽比和氧化鋁含量越高越好，這兩項指標對氧化鋁生產技術經濟指標影響很大，尤其是拜耳法。處理鋁矽比低的鋁土礦較處理鋁矽比高的鋁土礦工藝要複雜，並且單位產品的投資和成本都要高鋁土礦的類型對氧化鋁的可溶性影響較大。三水鋁石型最易溶於苛性鹼溶液， 一水軟鋁石次之，一水硬鋁石最難溶。有資料表明用苛性鹼溶液溶出澳大利亞的三水鋁石_ 一水軟鋁石混和型礦溶出溫度為245°C，115g/l苛性鹼濃度，溶出時間只需要7分鐘。 用中國一水硬鋁石型鋁土礦在245°C，240g/l苛性鹼濃度下，需要150分鐘。如果用同樣容積的設備處理澳礦要比中國礦石提高產能約10倍，而且對以後生產工序的技術經濟指標也有很大影響。由此看出，由於鋁土礦的礦石類型不同，將對拜耳法氧化鋁生產的投資和成本引起很大的差別，但對燒結法影響則不是很大。根據中國鋁土礦資源的特點和生產現狀，中國氧化鋁工業必須發展自己的技術。 鋁土礦的礦石構造三水鋁石多呈鬆散碎屑狀，而一水硬鋁石主要為石質塊狀。礦石結構有土狀、緻密狀與豆鮞狀。鋁土礦可以具有從白色到赭色之間的很多顏色。一般含鐵高的呈紅色，鐵低的呈灰色、黃褐色及褐色。硬度變動於1-7之間。
中國鋁土礦資源屬一水硬鋁石型，以中低鋁矽比礦石為主，礦石含氧化鋁和二氧化矽均高，含氧化鐵低。鋁矽比多數在4-7之間，佔礦石總量的60%以上，而鋁矽比在10以上的優質鋁土礦較少，不到7%。四十多年來，中國主要是應用和發展燒結法並在燒結法的基礎上研究和創造了燒結-拜耳混聯法。在中國六大氧化鋁廠中就有三個混聯法廠，其產量已佔中國氧化鋁總產量的60%以上，而且隨著今後的發展，聯合法將在中國氧化鋁生產工藝中佔有決定性的地位，建設了具有世界先進水平的一水硬鋁石為原料的拜耳法氧化鋁生產線，氧化鋁的回收率和鹼耗等也達到了先進水平。但中國氧化鋁工業與世界先進水平相比，還有相當大的差距，主要表現在技術裝備水平和某些主要技術經濟指標比較落後，特別是生產過程的能耗太高，自動化水平和勞動生產率低，氧化鋁產量也難以滿足經濟日益發展的需要。目前拜耳法工藝過程是高溫下在壓煮器中用氫氧化鈉溶液溶出鋁土礦，將其中的氧化鋁水合物溶浸出來，生成鋁酸鈉溶液，雜質則進入殘渣中，往徹底分離赤泥的鋁酸鈉溶液中添加晶種，析出氫氧化鋁。分離後的母液再返回溶出下一批礦石，氫氧化鋁焙燒後便得到氧化鋁。目前燒結法生產氧化鋁工藝過程是將鋁土礦與一定量的純鹼、石灰(或石灰石) 配成爐料，控制N/(A+ [F])=0. 9-1.0, [C]/S=2.0-2.2，在高溫下進行燒結，使氧化矽與石灰化合成不溶於水的矽酸二鈣，氧化鐵與純鹼化合成可以水解的鐵酸鈉，而氧化鋁與純鹼化合成可溶於水的鋁酸鈉；將燒結產物(熟料)用水溶出時，鋁酸鈉進入水，鐵酸鈉水解形成氧化鐵。氧化鐵與矽酸二鈣一起進入赤泥，以後再用二氧化碳分解鋁酸鈉溶液便可以析出氫氧化鋁。分離氫氧化鋁後的母液稱為碳分母液，經蒸發後又可返回配料。氫氧 化鋁其中一部分經分類包裝作為化學品氧化鋁出售，大部分氫氧化鋁經焙燒即得產品氧化鋁。鹼一石灰燒結法生產氧化鋁有生料漿的製備、熟料燒結、熟料溶出、赤泥分離及洗滌、粗液脫矽、精液碳酸化分解、氫氧化鋁分離及洗滌、氫氧化鋁焙燒、母液蒸發等主要生產工序。鋁土礦中的氧化鐵在鹼法氧化鋁生產中雖基本屬於惰性雜質，但對單位產品礦石的消耗量以及對燒結法生產均有影響，同樣目前燒結法氧化鋁生產對鋁土礦中氧化鐵的含量有一定要求。目前燒結法工藝缺點在於高能耗，同時大量氧化矽和氧化鐵發生物化反應，改變了原有物相性質的同時，進入赤泥後不能實現鋁土礦的綜合利用，並且產生1.5-3倍的赤泥堆存，赤泥裡面的鐵不但無法有效利用丨。所以，必須針對中國鋁土礦資源特點，研究採用新的氧化鋁生產新工藝，以達到簡化生產流程，降低能耗，降低生產成本的目的。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有的燒結法生產氧化鋁方法中所存在的能耗高、赤泥排放量過大且赤泥中的有效成分難以有效利用等缺陷，提供一種新的採用鋁土礦生產氧化鋁的方法，該方法充分發揮了燒結法的優勢，降低熟料折合比和燒成溫度，提高熟料窯產能，有效的降低生產成本並顯著減少了赤泥排放量。本發明所要解決的技術問題是通過以下技術方案來實現的 一種利用鋁土礦生產氧化鋁的方法，包括以下步驟
(1)、將鋁土礦破碎處理後，加入還原助劑、純鹼和石灰石進行配料得到混合生料；
(2)、將混合生料磨礦後加入到窯爐內進行高溫燒成；
(3)、將高溫燒成熟料進行溶出分離，得到鋁酸鈉溶液；從高溫燒成熟料中採用直接沉降法分離得到赤泥；
(4 )、鋁酸鈉溶液淨化處理，分解析出氫氧化鋁；赤泥外排。其中，所述還原助劑選自石墨、焦炭、無煙煤或褐煤中的任意一種或多種的混合物；
為了達到更好的技術效果，步驟(1)中將鋁土礦破碎處理後，除了加入還原助劑、純鹼和石灰石外，還加入蒸發母液；所述蒸發母液的組成成分為NT:200-260g/L，A0:20-30g/ L, Nc:170-260g/Lo步驟(1)中所得到的混合生料中各組分用量按照以下用量配比進行控制 按摩爾比計，還原助劑中碳的加入量，為理論配碳量的1. 1-1. 8倍；[N]/[A] = [Na2O]/ =2[Na+]/2[Al3+] =Na+:Al3+=O. 9-1. 2:1 ；/[F] = [Na2O]/[Fe2O3] =2 [Na+]/2 [Fe3+] =Na+: Fe3+=O-O. 1:1； [C]/[S_S (石英)]=2. 0-2. 2(配料後混合組分中，氧化鈣與氧化矽扣除了石英矽的摩爾比；由於扣除了石英矽結合的那部分石灰用量，導致本發明方法的石灰加入量遠遠低於現有燒結法生產氧化鋁時的加入量)；
本發明中所述的「理論配碳量」是指混合生料中氧化鐵的摩爾量與碳的摩爾量比值為 1:1. 5。步驟(2)中所述的磨礦是指將混合生料磨成粒度為d50=30-120微米的微粒； 步驟(2)中在進行高溫燒成時控制燒成帶溫度優選為1000-1200°C，更優選
1050-1150°C ；燒成帶時間優選為0. 3-1. 5hr,更優選0. 4-0. 8hr。本發明將鋁土礦 破碎後，加入還原劑、蒸發母液、純鹼、石灰等進行配料，在高溫下進行燒結，控制單體氧化矽不再發生物化反應，直接進入赤泥，氧化鐵發生還原反應生成磁性氧化鐵後再進入赤泥；而其它含矽鋁物質中的氧化矽與石灰化合成不溶於水的矽酸二鈣，而氧化鋁與純鹼化合成可溶於水的鋁酸鈉；將燒結產物(熟料)溶出時，得到鋁酸鈉溶液和還原燒結法赤泥，熟料溶出後，赤泥分離過程中，不需要按照原來燒結法生產氧化鋁的溶出液沉降模式進行分離，不添加絮凝劑，赤泥直接沉降進行分離。分離氫氧化鋁後的母液稱為碳分母液，經蒸發後又可返回配料。氫氧化鋁其中一部分經分類包裝作為化學品氧化鋁出售，大部分氫氧化鋁經焙燒即得產品氧化鋁。本發明方法所得赤泥在組成成分和物化結構上與現有燒結法赤泥有著顯著不同， 其主要含有磁性鐵和石英，還含有少量的鈉矽渣以及矽酸二鈣。本發明方法顯著降低了熟料折合比，提高熟料窯產能，生產成本大幅降低，赤泥排放量減少50%以上。本發明方法燒成溫度較低，矽的溶出率低，粗液的矽量指數呈顯著提升，特別適用於高鐵鋁土礦的處理或者複雜多金屬鋁土礦的處理，在成本和技術優勢上更明顯。
具體實施例方式下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而更為清楚。但這些實施例僅是範例性的，並不對本發明的範圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和範圍下可以對本發明技術方案的細節和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發明的保護範圍內。實施例1
1、根據鋁土礦所含有的氧化鐵成分13%進行計算，加入還原焦炭，按照所需理論配碳量的1.1倍；再按照[N]/[A] =0.9，[N/[F]=0，[C]/[S- S (石英=2. 0的配比加入純鹼、石灰石進行配料，得到混合生料；
2、混合生料磨礦，控制粒度為d50=30微米；
3、混合生料磨礦後加入到窯爐內中進行高溫燒成，生料燒成過程中控制燒成帶溫度 1050°C，燒成帶時間控制1. 5hr ；
4、高溫燒成熟料進行溶出分離，得到鋁酸鈉溶液，氧化鋁溶出率達到94%，氧化鈉溶出率97%。同時採用直接沉降法分離得到赤泥；經檢測，所得到的赤泥中主要含有磁性鐵和石英，還含有少量的鈉矽渣以及矽酸二鈣。實施例2
1、根據鋁土礦所含有的氧化鐵成分18%進行計算，加入還原焦炭，按照所需理論配碳量的ι. 8倍；再按照[N]/[A]=1. 2，[N/[F]=0. 1，[C]/[S- S (石英)]=2. 2的配比加入純鹼、石灰石進行配料，得到混合生料；
2、混合生料磨礦，控制粒度為d50=100微米；
3、 混合生料磨礦後加入到窯爐內中進行高溫燒成，生料燒成過程中控制燒成帶溫度 1150°C，燒成帶時間控制0. 4hr ；
4、高溫燒成熟料進行溶出分離，得到鋁酸鈉溶液，氧化鋁溶出率達到95%，氧化鈉溶出率97%。同時採用直接沉降法分離得還原燒結法赤泥；經檢測，所得到的赤泥中主要含有磁性鐵和石英，還含有少量的鈉矽渣以及矽酸二鈣。實施例3
1、根據鋁土礦所含有的氧化鐵成分23%進行計算，加入還原焦炭，按照所需理論配碳量的1.4倍；再按照[N]/[A]=1.0，[N/[F]=0，[C]/[S- S w英)]=2. 1的配比加入純鹼、蒸發母液、石灰石進行配料，得到混合生料；
2、混合生料磨礦，控制粒度為d50=120微米；
3、混合生料磨礦後加入到窯爐內中進行高溫燒成，生料燒成過程中控制燒成帶溫度 1100°C，燒成帶時間控制1. Ohr ；
4、高溫燒成熟料進行溶出分離，得到鋁酸鈉溶液，氧化鋁溶出率達到93%，氧化鈉溶出率95%。同時採用直接沉降法分離得還原燒結法赤泥；經檢測，所得到的赤泥中主要含有磁性鐵和石英，還含有少量的鈉矽渣以及矽酸二鈣。實施例4
1、根據鋁土礦所含有的氧化鐵成分13%進行計算，加入還原焦炭，按照所需理論配碳量的1.6倍；再按照[N]/[A]=1. 1，[N/[F]=0 .05，[C]/[S- S (石英)]=2. 1的配比加入純鹼、 蒸發母液、石灰石進行配料，得到混合生料；
2、混合生料磨礦，控制粒度為d50=80微米；
3、混合生料磨礦後加入到窯爐內中進行高溫燒成，混合生料磨礦後加入到窯爐內中進行高溫燒成，生料燒成過程中控制燒成帶溫度1150°C，燒成帶時間控制0. Shr ；
4、高溫燒成熟料進行溶出分離，得到鋁酸鈉溶液，氧化鋁溶出率達到96%，氧化鈉溶出率98%。同時採用直接沉降法分離得還原燒結法赤泥；經檢測，所得到的赤泥中主要含有磁性鐵和石英，還含有少量的鈉矽渣以及矽酸二鈣。
權利要求
1.一種利用鋁土礦生產氧化鋁的方法，包括以下步驟(1)、將破碎的鋁土礦加入還原助劑、純鹼和石灰石進行配料得到混合生料；(2)、將混合生料磨礦後進行高溫燒成；(3)、將高溫燒成熟料進行溶出分離，得到鋁酸鈉溶液；將高溫燒成熟料分離得到赤泥；(4 )、鋁酸鈉溶液淨化處理，分解析出氫氧化鋁；赤泥外排。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(1)中所述還原助劑選自石墨、焦炭、無煙煤或褐煤中的任意一種或多種按任意比例組成的混合物。
3.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(1)中將鋁土礦破碎處理後，除了加入還原助劑、純鹼和石灰石外，還加入蒸發母液。
4.按照權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述蒸發母液的成分包括NT:200-260g/ L, A0:20-30g/L, Nc: 170_260g/L。
5.按照權利要求1-4任何一項所述的方法，其特徵在於步驟(1)中所得到的混合生料中各組分用量按照以下摩爾配比進行控制還原助劑中碳的加入量，為理論配碳量的1. 1-1. 8倍；[N]/[A] =0.9-1. 2; [N/ [F] =0-0. 1 ； [C]/[S-S (石英)]=2. 0-2. 2。
6.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(2)中所述的磨礦是指將混合生料磨成粒度為d50=30-120微米的礦物微粒。
7.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(2)中在進行高溫燒成時，控制燒成帶溫度為1000-1200°C。
8.按照權利要求7所述的方法，其特徵在於步驟(2)中在進行高溫燒成時，控制燒成帶溫度為1050-1150°C。
9.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(2)中在進行高溫燒成時，燒成時間為 0. 3-1. 5hr。
10.按照權利要求9所述的方法，其特徵在於步驟(2)中在進行高溫燒成時，燒成時間為 0. 4-0. 8hr。
全文摘要
本發明公開了一種利用鋁土礦生產氧化鋁的方法，包括以下步驟(1)將鋁土礦破碎處理後，加入還原助劑、純鹼和石灰石進行配料得到混合生料；(2)將混合生料磨礦後加入到窯爐內進行高溫燒成；(3)高溫燒成熟料進行溶出分離，得到鋁酸鈉溶液；採用直接沉降法從高溫燒成熟料中分離得到赤泥；(4)鋁酸鈉溶液淨化處理，分解析出氫氧化鋁；赤泥外排。本發明方法顯著降低了熟料折合比，提高熟料窯產能，生產成本大幅降低，赤泥排放量減少了50%以上。本發明方法燒成溫度較低，矽的溶出率低，粗液的矽量指數有顯著提升，特別適合於高鐵鋁土礦的處理或者複雜多金屬鋁土礦的處理。
文檔編號C01F7/20GK102249274SQ20111016457
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月20日 優先權日2011年6月20日
發明者馮柳, 周曉燕, 薛忠秀, 鄭霞, 陳玉海, 高建陽, 鹿中科 申請人:中國鋁業股份有限公司