[發明專利]一種基于鈣化-碳化法的無蒸發生產氧化鋁的方法

有效

• 申請號: 201410182601.9
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103950960A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 張廷安;呂國志;張子木;劉燕;豆志河
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C01F7/30
• 分類號: C01F7/30;C01F7/04;C01B33/24;C01F11/18
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明涉及氧化鋁生產領域，具體涉及一種基于鈣化-碳化法的無蒸發生產氧化鋁的方法。

技術背景

鋁是我國有色金屬冶金行業中的支柱產業，截止2013年，我國原鋁產能達到1800萬噸，氧化鋁產能接近4000萬噸，列世界首位。與我國高速發展的鋁工業相比，我國的鋁土礦資源儲量并不大，且多為高鋁、高硅、低鋁硅比的一水硬鋁石型鋁土礦。使用一水硬鋁石型鋁土礦生產氧化鋁過程的能耗遠高于國外三水鋁石生產過程。其原因在于：

(1)一水硬鋁石的拜耳法溶出過程需要的溫度(普遍在260℃以上)以及苛性堿濃度(240g/L左右)較高，導致溶出過程能耗較高，可占氧化鋁生產過程的30％以上；

(2)由于溶出產生的偏鋁酸鈉溶液很難在高堿度的情況下分解，因此分解時需將溶出母液的堿濃度稀釋至170g/L以下，經分解過，相對濃度較低的溶出母液還需要經過蒸發過程才可以返回拜耳法氧化鋁生產過程循環使用，蒸發過程的能耗可占生產過程的40％左右。

另外，隨著我國氧化鋁工業的高速發展，伴隨生產過程產生的赤泥量也逐年增大，赤泥中由于堿含量較高而難以被大規模的利用，因此多采用直接堆存的方式處理，2013年，我國赤泥排放量達到近5000萬噸。

近年來，我國鋁工業者針對如何降低氧化鋁生產過程的能耗以及拜耳法赤泥綜合利用進行了大量的研究工作，如中國鋁業股份有限公司陳湘清等人發明的“一種鋁土礦選礦脫硅方法，申請號：201210262148”是采用浮選脫硅的方式提高鋁土礦的鋁硅比以降低拜耳法溶出過程的能耗，該方法是將粗選后的底流進行分級，將分級得到的粗粒級產物進行磨礦后，入粗選流程進行二次粗選脫硅；分級得到的細粒級產物給入掃選流程進行浮選脫硅，采用該方法浮選氧化鋁回收率大于80％；

中國鋁業股份有限公司的李迎春等發明的“一種氧化鋁焙燒爐煙氣余熱回收過程的防結疤方法，申請號：201010265999”的特征在于其回收過程的氣液交換塔的水系統采用獨立自循環方式，生產的熱水再通過間接換熱設備，與生產用戶所需水進行換熱，實現直接換熱系統用水與用戶水分開的目的。本發明的一種氧化鋁焙燒爐煙氣余熱回收過程的防結疤方法，在氧化鋁焙燒爐煙氣直接換熱回收余熱的工藝，可大大減緩系統結疤速度，提高回收系統運轉率以及能源利用效率，從而保證回收工藝的正常運行；

湖南晟通科技集團有限公司發明的“一種對氧化鋁進行預熱的料倉，申請號：201220035681”公開了一種對氧化鋁進行預熱的料倉，所述料倉內部設置有與料倉出料方向一致的打殼裝置，在所述打殼裝置與所述料倉內壁之間，設置有煙氣回收管道。本方案使煙氣回收管道內的高溫氣體與料倉內的氧化鋁原料產生大面積的熱交換，從而加熱氧化鋁，實現節能降耗的目的；

昆明理工大學夏舉佩等人發明的“一種以赤泥和鎂渣為主材的免燒磚，申請號：201110209460”以赤泥和鎂渣為原料，經原料預處理、混合、靜壓成型、碼坯、蒸汽養護等制磚工序，得到免燒磚。

上述專利技術均針對氧化鋁生產過程的節能降耗以及赤泥無害化利用展開，但都沒有達到徹底解決赤泥中含堿以及大幅度降低生產過程能耗的目的。

發明內容

為了解決以上問題，本發明一種基于鈣化-碳化法的無蒸發生產氧化鋁的方法，該方法利用鋁酸鈣在拜耳法溶出體系中的活化作用，降低了拜耳法溶出過程所需的苛性堿濃度，使溶出母液無需稀釋即可達到分解要求，從而取消了傳統氧化鋁生產過程的蒸發工序，達到大幅度降低生產過程能耗的目的，并且解決了赤泥中堿鋁含量高的問題。

實現本發明的技術方案按以下步驟進行：

(1)鈣化轉型溶出

將破碎后的鋁土礦與鋁酸鈣或鋁酸鈣和石灰以及鋁酸鈉一次循環母液混合，于100～280℃溫度下進行鈣化轉型溶出反應，反應時間為15～60min；反應得到的溶出礦漿經固液分離，得到鈣化渣以及氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為(1.5～2)：1的鋁酸鈉一次溶出母液，鋁土礦中的含硅相全部轉化為水化石榴石進入鈣化渣中；

其中，所述鋁酸鈣或鋁酸鈣和石灰與鋁土礦的質量比為(0.2～1.2)：1；

所述的鋁酸鈉一次循環母液濃度為氧化鈉含量100～170g/L、氧化鈉與氧化鋁的摩爾比(2.5～3.5)：1；

所述的鋁酸鈉一次溶出母液為氧化鈉與氧化鋁的摩爾比為(1.5～2)：1的鋁酸鈉溶液；

鈣化轉型溶出反應中，礦物中部分氧化鋁與鋁酸鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉，該反應如下：