一種高鋁粉煤灰生產金屬鋁工藝方法

2023-07-22 07:16:56

專利名稱：一種高鋁粉煤灰生產金屬鋁工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種高鋁粉煤灰生產金屬鋁工藝方法。
背景技術：
目前世界上電解鋁行業主要採用氧化鋁為原料，氧化鋁(Al2O3)與冰晶石(3NaF-AlF3)在900多。C的高溫形成熔融的電解質，組成基本電解質成分，於電解槽中進行電解得到金屬鋁。氧化鋁生產主要以鋁土礦為原料，採用拜爾法生產工藝製得，氧化鋁的用途很多， 但絕大部分(90%以上)作為電解鋁廠的原料，用於生產金屬鋁。我國是世界上氧化鋁、金屬鋁最大生產國，氧化鋁及電解鋁產量佔世界總產量的40%左右，但是我國鋁土礦資源貧乏，礦石品位較低，礦石類型主要以難處理的一水硬鋁石為主，生產工藝複雜、單位產品能耗高、生產成本也較高。由於我國鋁土礦資源嚴重不足，只能依靠進口礦石解決原料問題，年進口鋁土礦約3000萬噸，佔國內鋁土礦使用量的一半左右。礦石資源不足制約了我國鋁工業發展，尋找新的可替代的非鋁土礦資源作為氧化鋁工業原料，以及研究新的電解鋁生產工藝，這對我國鋁工業的發展具有十分重要的意義。我國煤炭資源非常豐富，煤炭產量佔世界第一，每年產出20多億噸煤，煤炭燃燒後將排出大量粉煤灰，我國每年排放3 4億噸粉煤灰，其中高鋁粉煤灰(指粉煤灰中Al2O3 ^ 38%)在I億噸以上。經研究分析，高鋁粉煤灰主要由氧化鋁、氧化矽組成，2種成分的含量約佔80%，另含鐵、鎂、鈦、鈣、鎵等其他成分，是綜合利用提取冶金級氧化鋁和金屬鋁的原料，具有極高的工業利用價值。我國北方地區的粉煤灰中氧化鋁含量普遍高於南方地區，如山西、陝西、內蒙、寧夏、新疆等地部分礦區產出的粉煤灰中氧化鋁含量通常在40%左右，屬於高鋁粉煤灰，內蒙古鄂爾多斯地區粉煤灰中氧化鋁含量有的高達45 50%，這與國外三水鋁土礦中的氧化鋁含量相當，從化學成分分析，完全可以作為提取冶金級氧化鋁和金屬鋁的原料。目前粉煤灰通常是火電廠排出的廢棄物，主要作為一種工業廢渣堆存，這既佔用了大量土地，而且嚴重汙染了環境。沿海地區由於人口稠密、工業發達，有時將粉煤灰用於築路、制磚等建築材料，這僅屬於粉煤灰低檔次、低附加值的應用，而經濟欠發達地區或西部地區，粉煤灰仍主要作為工業廢渣堆存。總體來說，我國及世界發達國家對粉煤灰綜合利用課題仍處於試驗研究階段，正在尋找其合理利用的途徑。近年來，針對我國鋁土礦資源嚴重不足及粉煤灰富含氧化鋁的現狀，我國許多科研部門積極開展非鋁土礦資源生產冶金級氧化鋁研究，高鋁粉煤灰綜合利用生產冶金級氧化鋁是重點研究課題之一。各研究單位根據各自的研究成果，提出了一些處理高鋁粉煤灰的新工藝方法，主要研究方向如下
(I)鹼法是高鋁粉煤灰綜合利用研究的主流方法。它主要借鑑現有氧化鋁行業成熟的燒結法生產工藝，利用燒結法工藝可以處理低品位、低鋁矽比礦石的特點，將高鋁粉煤灰、石灰石(或石灰)、鹼按一定的配比，製備成生料漿進行燒結，燒結熟料經溶出、脫矽、分解、焙燒而得到冶金級氧化鋁產品。此法的優點是工藝技術成熟，能得到合格的氧化鋁產品。但此法的缺點很多，主要是石灰配量巨大、赤泥量大、鋁酸鈉溶液的濃度低、生產能耗高，其投資和成本高，此方法其技術上可行但經濟上不合理。(2)酸法採用鹽酸或硫酸與高鋁粉煤灰按比例配料，在一定的溫度及壓力條件下溶出粉煤灰中的氧化鋁，使氧化鋁進入溶液中，溶液經除雜提純後經蒸髮結晶、焙燒得到氧化鋁產品，其優點是流程簡單、渣量小、生產成本低。缺點是溶液除鐵及除雜較難、對設備及材料的耐腐蝕性能要求高，一些工藝及材料問題需進一步研究解決。針對我國鋁土礦資源和粉煤灰利用現狀，本發明提出一種高鋁粉煤灰生產金屬鋁工藝方法，與傳統的工藝方法及思路均不一樣，設法去掉將粉煤灰生產為氧化鋁的中間產品過程，由無水氯化鋁電解得到金屬鋁，可大幅度簡化粉煤灰生產鋁的工藝流程，降低投資及生產成本。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於提供一種高鋁粉煤灰生產金屬鋁工藝方法，該工藝方法將氧化鋁和電解鋁生產工藝結合為一體，簡化粉煤灰生產鋁的工藝流程，降低工程投資及生產成本，使企業具有較好的經濟效益，以克服現有技術存在的石灰配量巨大、赤泥量大、鋁酸鈉溶液的濃度低、生產能耗高，或者溶液除鐵及除雜較難、對設備及材料的耐腐蝕性能要求高等不足。為了解決所述的技術問題，本發明採取以下技術方案它包括以下工藝步驟
第一、粉煤灰溶出將含Al2O3≥38%的高鋁粉煤灰與20 30%濃度的鹽酸混合，制
備成原礦漿，採用預熱器、壓煮器保溫溶出的連續溶出方式，在高溫下溶出粉煤灰中的氧化鋁，本工序主要工藝技術指標如下
原礦漿溫度常溫，或15 35°C ;
溶出溫度150 180 V ；
溶出時間30 60min ；
溶出壓力0. 8 I. ImPa ；
氧化鋁溶出率85 92%。溶出配比0. 95 1.0，即採用粉煤灰中氧化鋁及其它金屬氧化物(按溶出過程實際參與反應的氧化鋁及其它金屬氧化物計算)溶出化學反應理論計算值的O. 95 I. O配t匕，鹽酸配量要求低於化學反應量，以防止溶出後的料漿中有未反應的游離鹽酸逸出汙染大氣環境。第二、酸渣分離洗滌、氯化鋁溶液淨化除雜採用沉降槽作為酸渣分離、洗滌設備，一次分離，4 5次反向洗滌，末次沉降槽底流用壓濾機過濾，濾餅為洗乾淨的酸渣，送酸渣堆場。分離沉降槽溢流為氯化鋁粗液，經控制過濾進行淨化，用樹脂吸附脫除各種雜質後，得到純淨的氯化鋁溶液，用泵送噴霧乾燥工序。分離及洗滌沉降槽底流固含250 450g/l，濾餅含水率≤35%，洗水量I. 5 2. 5t/t 一酸渣。
第三、噴霧乾燥及脫水將氯化鋁溶液送入噴霧乾燥器中,溫度控制在120 180°c，以得到無水氯化鋁晶體顆粒。
第四、熔鹽電解將無水氯化鋁加入到氯化鋁電解槽，無水氯化鋁溶解在熔融的電解質中，電解質由NaCl+LiCl+AlCl3 + MgCl2+ KCl+CaCl2混合物組成，因AlCl3的導電性很差，故選用NaCl+LiCl基本體系，可以彌補AlCl3的不良導電性。電解槽內溫度670 700°C，直流電耗10000 11000kWh/t-鋁。電解得到的鋁液送鑄造工序製備鋁錠，電解槽陽極產生的氯氣送往鹽酸製備工序。第五、製備鹽酸由電解得到的氯氣送到氯化氫的合成反應爐中，氯氣與氫氣反應得到氯化氫煙氣，氯化氫煙氣經冷卻、三級吸收塔吸收，氯化氫溶於水中得到鹽酸。將製得的鹽酸，其濃度28 36%，送往溶出工序，鹽酸組成閉路循環。由於生產過程中，粉煤灰含有的其他金屬氧化物會部分參與溶出過程化學反應，以及酸渣分離洗滌過程中，會將少量未洗淨的氯化物帶往酸渣堆場，生產中鹽酸每循環一次需要消耗少量硫酸，故生產過程中需要補充少量新酸，預計酸消耗為70 90kg/t —鋁。 本發明採用高鋁粉煤灰為原料生產金屬鋁，根據粉煤灰易溶於酸，無水氯化鋁在NaCl+LiCl電解質體系下進行電解可以得到金屬鋁的特性，提出了一種高鋁粉煤灰生產金屬鋁的新工藝方法。採用本發明的工藝處理高鋁粉煤灰，可得到滿足國家標準要求的鋁錠，使粉煤灰得到合理利用；同時也解決了我國鋁土礦資源不足、粉煤灰對環境的汙染難題。


圖I :本發明的高鋁粉煤灰生產金屬鋁工藝流程示意圖。
具體實施例方式
具體實施例方式本發明的高鋁粉煤灰生產金屬鋁工藝流程如圖I所示意，
其工藝過程如下氧化鋁含量45%的高鋁粉煤灰，加入30%濃度的鹽酸，配比採用氧化鋁溶出化學反應理論計算量I. O值，粉煤灰原礦漿溫度為25°C，用溶出進料泵送入溶出裝置的套管預熱器，料將經套管預熱後溫度達88°C，再用新蒸汽套管預熱器加熱至150°C，新蒸汽溫度180°C，壓力1.02MPa。經新蒸汽加熱套管出來的原礦漿進入壓煮器保溫溶出45min，在壓煮器溶出過程中，粉煤灰中氧化鋁溶出率可達90%。溶出料漿經過3級自蒸發降溫，溫度從180°C降至118°C後進入稀釋料漿槽中，再用泵將料漿送往酸渣分離洗滌工序，酸渣分離洗滌採用沉降槽設備，進行5級反向洗滌，洗滌後酸渣經壓濾機過濾後，送往酸渣堆場堆存。沉降分離得到的溶液經控制過濾後，再進行樹脂吸附淨化，然後將淨化後的氯化鋁溶液送往噴霧乾燥器，在150°C條件下乾燥及脫水製取無水氯化鋁，無水氯化鋁經熔鹽電解得到鋁水，鋁水經淨化鑄造得到金屬鋁錠產品。電解槽內溫度670 700°C，直流電耗10000 11000kWh/t-鋁。電解過程中，從陽極產生的氯氣，與氫氣一同送入氯化氫合成反應器中製備氯化氫氣體，再採用3級冷卻吸收塔製備30%鹽酸，鹽酸返回前面的溶出工序配料，組成閉路循環。
權利要求
1.一種高鋁粉煤灰生產金屬鋁的工藝方法，其特徵在於它包括以下工藝步驟 第一、粉煤灰溶出；即將含Al2O3彡38%的高鋁粉煤灰與20 30%濃度的鹽酸混合，製備成原礦漿，採用預熱器、壓煮器保溫溶出的連續溶出方式，在高溫下溶出粉煤灰中的氧化招; 第二、酸渣分離洗滌、氯化鋁溶液淨化除雜； 第三、噴霧乾燥及脫水；即將氯化鋁溶液送入噴霧乾燥器中，溫度控制在120 180°C，得到無水氯化鋁晶體顆粒； 第四、熔鹽電解；即將無水氯化鋁加入到氯化鋁電解槽，無水氯化鋁溶解在熔融的電解質中，電解槽內溫度670 700°C，電解得到的鋁液送鑄造工序，經淨化、澄清後製備鋁錠，電解槽陽極產生的氯氣送往鹽酸製備工序； 第五、製備鹽酸；即由電解得到的氯氣送到氯化氫的合成反應爐中，氯氣與氫氣反應得到氯化氫煙氣，氯化氫煙氣經冷卻、三級吸收塔吸收，氯化氫溶於水中得到鹽酸。
2.根據權利要求I所述的高鋁粉煤灰生產金屬鋁的工藝方法，其特徵在於第一工藝步驟中的主要工藝技術指標如下 原礦漿溫度常溫，或15 35°C ; 溶出溫度150 180 V ； 溶出時間30 60min ； 溶出壓力0. 8 I. ImPa ； 氧化鋁溶出率85 92%; 溶出配比0. 95 I. O,即採用粉煤灰中氧化鋁及其它金屬氧化物溶出化學反應理論計算值的O. 95 I. O配比,鹽酸配量要求低於化學反應量。
3.根據權利要求I所述的高鋁粉煤灰生產金屬鋁的工藝方法，其特徵在於在第二工藝步驟中，採用沉降槽作為酸渣分離、洗滌設備，一次分離，4 5次反向洗滌，末次沉降槽底流用壓濾機過濾，濾餅為洗乾淨的酸渣，送酸渣堆場；分離沉降槽溢流為氯化鋁粗液，經控制過濾進行淨化，用樹脂吸附脫除各種雜質後，得到純淨的氯化鋁溶液，用泵送噴霧乾燥工序；分離及洗滌沉降槽底流固含250 450g/l，濾餅含水率< 35%，洗水量I. 5 2. 5t/t 一酸渣。
4.根據權利要求I所述的高鋁粉煤灰生產金屬鋁的工藝方法，其特徵在於在第四工藝步驟中，電解質由NaCl+LiCl+AlCl3 + MgCl2+ KCl+CaCl2混合物組成；電解槽直流電耗10000 11000kWh/t-鋁。
5.根據權利要求I所述的高鋁粉煤灰生產金屬鋁的工藝方法，其特徵在於在第五工藝步驟中，製得的鹽酸濃度為28 36%，送往溶出工序，鹽酸組成閉路循環。
全文摘要
本發明公開了一種高鋁粉煤灰生產金屬鋁的工藝方法，它包括以下工藝步驟第一、粉煤灰溶出；即將含Al2O3≥38%的高鋁粉煤灰與20～30%濃度的鹽酸混合，製備成原礦漿，採用預熱器、壓煮器保溫溶出的連續溶出方式，在高溫下溶出粉煤灰中的氧化鋁；第二、酸渣分離洗滌、氯化鋁溶液淨化除雜；第三、噴霧乾燥及脫水得到無水氯化鋁晶體顆粒；第四、熔鹽電解；即將無水氯化鋁加入到氯化鋁電解槽，無水氯化鋁溶解在熔融的電解質中，電解槽內溫度670～700℃，電解得到的鋁液送鑄造工序，經淨化、澄清後製備鋁錠，電解槽陽極產生的氯氣送往鹽酸製備工序；第五、製備鹽酸。本發明的工藝處理高鋁粉煤灰得到鋁錠，使粉煤灰得到合理利用。
文檔編號C01F7/58GK102642857SQ20111003908
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月16日 優先權日2011年2月16日
發明者陳德 申請人:貴陽鋁鎂設計研究院有限公司