一種利用鋁灰安全高效生產(chǎn)砂狀氧化鋁的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種利用鋁灰安全高效生產(chǎn)砂狀氧化鋁的方法，包括以下步驟：1）向鋁酸鈉溶液中加入的鋁灰與鋁酸鈉溶液反應(yīng)后固液分離得到一段溶出液和鋁灰渣，并綜合利用氫氣和氨氣；2）向鋁灰渣中加入堿與添加劑得到生料漿，以抑制氯、氟元素進(jìn)入尾氣中;3）將生料漿進(jìn)行燒結(jié)得到熟料；4）將熟料加入至調(diào)整液中溶出得二段溶出漿液；5）一段溶出液、二段溶出漿液并入拜耳法溶出漿液稀釋系統(tǒng)中隨拜耳法系統(tǒng)生產(chǎn)砂狀氧化鋁。本發(fā)明專利技術(shù)安全處置了鋁灰中氮、氟、氯和氫等有害元素，減少了拜耳法溶液中有機(jī)物濃度，高效經(jīng)濟(jì)回收其中鋁組分；對鋁灰而言，具有安全、高效、和低成本等特點(diǎn)；對拜耳法系統(tǒng)而言，增加了產(chǎn)量，凈化了溶液，顯著提高生產(chǎn)效率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種利用鋁灰安全高效生產(chǎn)砂狀氧化鋁的方法
本專利技術(shù)涉及鋁冶金
，具體涉及一種利用鋁灰安全高效生產(chǎn)砂狀氧化鋁的方法。
技術(shù)介紹
鋁灰是鋁電解和鋁熔鑄過程中產(chǎn)生的廢棄物，主要成分為α-Al2O3，還有鋁、氮化鋁、硅、鋁硅、鋁鈦合金以及氯化鹽、氟化鹽等，是一種成分復(fù)雜、難處理的固廢。國內(nèi)外的鋁灰產(chǎn)量大，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大，是公認(rèn)的危廢。我國鋁電解和鋁加工的產(chǎn)量大，鋁灰產(chǎn)量大，堆存量大，因而急需開發(fā)安全、高效、清潔的鋁灰綜合利用新技術(shù)。鋁灰由于來源多、成分復(fù)雜、粒度分布寬，與水接觸，放出氨氣、氫氣等，且有氯化物和氟化物進(jìn)入水中，因而可導(dǎo)致水、氣和土壤污染。目前，旨在回收利用其中鋁組分，國內(nèi)提出了許多鋁灰處理方法。主要有：熔融回收鋁灰中的鋁；預(yù)處理后鋁組分返回鋁電解過程，用作電解原料；生產(chǎn)剛玉；用于金屬冶煉的造渣劑；生產(chǎn)（聚合）硫酸鋁、（聚合）氯化鋁；制備特種氧化鋁粉（如超細(xì)氫氧化鋁、高純氧化鋁、納米氧化鋁等）；上述方法可回收部分（或全部）鋁組分，但沒有解決有害元素（氟、氯、硅、氫等）安全處理問題，難以大規(guī)模應(yīng)用。基于鋁灰中鋁元素含量高，硅含量較低的情況，國內(nèi)研究者就堿法回收鋁組分提出了較多生產(chǎn)砂狀氧化鋁的方法。其中，中國專利CN105347361.A公開了一種鋁灰利用的方法，通過鋁灰與水、催化劑反應(yīng)，生成氨氣；氨氣經(jīng)吸收得氨水或鹽水，含全部鋁組分的剩余固體與堿（氫氧化鈉、鋁酸鈉或碳酸鈉）混和，混和物在300~900℃燒結(jié)，燒結(jié)料經(jīng)水浸出得鋁酸鈉溶液；該專利中沒有提出氮、氯、氟和氫氣的處理方法。專利CN104261445A中公開了一種鋁灰處理方法，即：鋁灰在650~900℃重熔，回收其中金屬鋁，殘?jiān)ǘ武X灰）在經(jīng)0.1g/L~10g/L堿洗，得堿洗渣，堿洗渣與堿性物質(zhì)混和，混和物在750~1200℃燒結(jié)，得燒結(jié)料，燒結(jié)料在堿濃度10g/L~50g/L堿液中浸出，得鋁酸鈉溶液；鋁酸鈉溶液經(jīng)碳酸化分解和焙燒，得砂狀氧化鋁；該專利中沒有說明堿洗液處理方法，也沒有說明其他有害雜質(zhì)的反應(yīng)結(jié)果，且工藝復(fù)雜、能耗高。專利CN105271327A中，鋁灰經(jīng)水洗，脫氮和氯后，得水洗渣，回收氯化鈉；含全部鋁組分的水洗渣經(jīng)焙燒脫氟，得脫氟渣；脫氟渣與堿（氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉氧化鈣等）配料，再熔融燒結(jié)，得熟料；熟料水浸出后，得鋁酸鈉溶液，該溶液用于生產(chǎn)砂狀氧化鋁的原料。該專利中公開了有害元素的最終處理方法，只是提出鋁灰脫雜質(zhì)的方法中，有害雜質(zhì)不能除盡，必然在燒結(jié)過程中有逸出，而沒有提出進(jìn)一步的處理方法；且工藝復(fù)雜，鋁酸鈉溶液濃度低，沒有綜合利用鋁灰中各元素，也沒報(bào)道通過何種方法生產(chǎn)砂狀氧化鋁。專利CN200610049387.5公開了一種利用鋁灰制得氫氧化鋁的方法，鋁灰與碳酸鈉混和，在900~1500℃熔融燒結(jié)，熔融物在水中浸出，得鋁酸鈉溶液；用硫酸中和鋁酸鈉溶液，得氫氧化鋁，該方法中沒有涉及有害元素的處理方法；中和制得氫氧化鋁時(shí)，會產(chǎn)生大量的高鹽廢水；且燒結(jié)溫度高，有害雜質(zhì)進(jìn)入尾氣量大，不能滿足環(huán)保要求。上述方法中均提出了以水浸出熟料（熔融物）從鋁灰中回收氧化鋁的方法，沒有考慮得到的鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性差、易水解，也沒有提出如何綜合利用氨氣和氫氣，更沒有就氯化物、氟化物的最終安全處理提出經(jīng)濟(jì)的方法，同時(shí)水浸出熟料時(shí)溶液中氧化鋁濃度低、也沒有硅元素的處理方法，導(dǎo)致工藝長，產(chǎn)品質(zhì)量差、成本高。同時(shí)，我國拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的量占氧化鋁總產(chǎn)量的90%以上。而鋁土礦中的大部分有機(jī)物在溶出過程中進(jìn)入鋁酸鈉溶液中，且各種有機(jī)添加劑也會在鋁酸鈉溶液中有殘留，這些有機(jī)物在氧化鋁生產(chǎn)中發(fā)生轉(zhuǎn)化，并在母液循環(huán)過程中積累，導(dǎo)致鋁酸鈉溶液中有機(jī)物種類多、濃度高，已導(dǎo)致脫硅難、漿液分離難、分解率低、產(chǎn)品中雜質(zhì)含量高、產(chǎn)品物理指標(biāo)差等，嚴(yán)重影響氧化鋁的正常運(yùn)行，急需降低鋁酸鈉溶液中有機(jī)物濃度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為克服上述問題，本專利技術(shù)嫁接現(xiàn)有拜耳法生產(chǎn)砂狀氧化鋁的生產(chǎn)流程，提供了一種既能妥善處理鋁灰中氟、氯、氫、硅等有害元素，綜合利用鋁灰處理過程中產(chǎn)生的氫氣和氨氣，又能降低拜耳法鋁酸鈉溶液中有機(jī)物的量的一種低成本、高效率鋁灰生產(chǎn)砂狀氧化鋁的方法。結(jié)合專利技術(shù)人對鋁灰中氧化鋁（剛玉）、鋁、硅、氮化鋁、鋁硅、鋁鈦合金，以及氯化鈉和氟化物等反應(yīng)規(guī)律的深入研究，發(fā)現(xiàn)了鋁、硅和氮化鋁以細(xì)粒嵌布、包裹等形式共存，氯化物以單獨(dú)顆粒相存在；堿液中鋁、硅反應(yīng)速率遠(yuǎn)大于氮化鋁的反應(yīng)速率，鋁灰在堿液反應(yīng)速率遠(yuǎn)大于在水中的反應(yīng)速率；鋁灰與堿液反應(yīng)后氫氣體積遠(yuǎn)大于氨氣的體積；有機(jī)碳在非還原性氣氛下燒結(jié)完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳；鋁酸鈉溶液中氯可進(jìn)入鈉硅渣、氟可以生成氟化鈣，從而氯、氟均可隨赤泥排出體系等。在上述研究結(jié)果基礎(chǔ)上，旨在簡化工藝流程、無害化處理鋁灰，安全和綜合利用鋁灰處理過程中的有害元素，減少拜耳法鋁酸鈉溶液中有機(jī)物的量，嫁接現(xiàn)有拜耳法生產(chǎn)砂狀氧化鋁的生產(chǎn)流程，高效、經(jīng)濟(jì)地制備砂狀氧化鋁。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：1）活性鋁溶出：向鋁酸鈉溶液中加入鋁灰，所述鋁灰與所述鋁酸鈉溶液反應(yīng)后固液分離得到一段溶出液和鋁灰渣；2）生料漿配制：向所述鋁灰渣中加入堿與添加劑得到生料漿，所述添加劑固化所述鋁灰渣中的氟、氯元素；3）熟料燒結(jié)：將所述生料漿進(jìn)行燒結(jié)得到熟料；4）熟料溶出：將所述熟料加入至調(diào)整液中溶出得到二段溶出漿液；5）砂狀氧化鋁制得：將所述一段溶出液、所述二段溶出漿液一并進(jìn)入拜耳法溶出漿液稀釋系統(tǒng)，并隨拜耳法系統(tǒng)生產(chǎn)砂狀氧化鋁。較佳的，在所述步驟1）中，所述鋁酸鈉溶液為拜耳法生產(chǎn)氧化鋁過程中的鋁酸鈉溶液或?yàn)榕渲频玫降匿X酸鈉溶液。較佳的，在所述步驟1）中，所述鋁酸鈉溶液組成為：所述鋁酸鈉溶液中所述鋁酸鈉溶液中苛性鈉（Na2Ok）濃度為60g/L-170g/L、氧化鋁（Al2O3）濃度小于170g/L，苛性比（ak）大于1.6。較佳的，在所述步驟1）中，所述鋁灰的加入量每次小于40g/L，鋁灰總加入量小于500g/L，所述鋁灰與所述鋁酸鈉溶液的反應(yīng)溫度為25℃-100℃、反應(yīng)時(shí)間為10min-15h。較佳的，在所述步驟1）中產(chǎn)生的氣體經(jīng)水吸收分離得到氨水和氫氣，所述氨水用于鍋爐窯氣脫硫，所述氫氣用作回轉(zhuǎn)窯、鍋爐燃料。較佳的，在所述步驟2）中，所述生料漿中氧化鈉物質(zhì)的量與氧化鋁、氧化鐵總物質(zhì)的量之比為0.95:1-1.05:1;所述堿為富含有機(jī)物的堿，所述富含有機(jī)物的堿為拜耳法生產(chǎn)氧化鋁過程中的循環(huán)母液、蒸發(fā)析鹽、碳酸鈉中的一種或幾種的混合物。較佳的，在所述步驟2）中，所述添加劑為含鈣化合物、鋁土礦和種分結(jié)疤中的一種或多種；所述含鈣化合物（以氧化鈣計(jì)量）的加入量小于所述鋁灰渣添加量的5%，所述含鈣化合物為石灰、石灰石、鋁酸鈣或鈣硅渣中的一種或多種；所述鋁土礦和/或所述種分結(jié)疤的加入量為所述鋁灰渣量的10%-200%。較佳的，所述步驟3）中，所述生料漿的燒結(jié)溫度為750℃-1050℃、燒結(jié)時(shí)間為0.5h-3h。較佳的，在所述步驟4）中，所述熟料加入量為60g/L-300g/L，所述熟料溶出溫度為40℃-95℃、溶出時(shí)間為10min-180min。較佳的，在所述步驟4）中，所述調(diào)整液為鋁酸鈉溶液，鋁酸鈉溶液中苛性鈉（Na2Ok）濃度為60-140g/L，氧化鋁（Al2O3）濃度為0-1本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種利用鋁灰安全高效生產(chǎn)砂狀氧化鋁的方法，其特征在于，包括以下步驟：1）活性鋁溶出：向鋁酸鈉溶液中加入鋁灰，所述鋁灰與所述鋁酸鈉溶液反應(yīng)后固液分離得到一段溶出液和鋁灰渣；2）生料漿配制：向所述鋁灰渣中加入堿與添加劑得到生料漿，所述添加劑固化所述鋁灰渣中的氟、氯元素；3)熟料燒結(jié)：將所述生料漿進(jìn)行燒結(jié)得到熟料；4）熟料溶出：將所述熟料加入至調(diào)整液中溶出得到二段溶出漿液；5）砂狀氧化鋁制得：將所述一段溶出液、所述二段溶出漿液一并進(jìn)入拜耳法溶出漿液稀釋系統(tǒng)，并隨拜耳法系統(tǒng)生產(chǎn)砂狀氧化鋁。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種利用鋁灰安全高效生產(chǎn)砂狀氧化鋁的方法，其特征在于，包括以下步驟：1）活性鋁溶出：向鋁酸鈉溶液中加入鋁灰，所述鋁灰與所述鋁酸鈉溶液反應(yīng)后固液分離得到一段溶出液和鋁灰渣；2）生料漿配制：向所述鋁灰渣中加入堿與添加劑得到生料漿，所述添加劑固化所述鋁灰渣中的氟、氯元素；3)熟料燒結(jié)：將所述生料漿進(jìn)行燒結(jié)得到熟料；4）熟料溶出：將所述熟料加入至調(diào)整液中溶出得到二段溶出漿液；5）砂狀氧化鋁制得：將所述一段溶出液、所述二段溶出漿液一并進(jìn)入拜耳法溶出漿液稀釋系統(tǒng)，并隨拜耳法系統(tǒng)生產(chǎn)砂狀氧化鋁。2.如權(quán)利要求1所述的一種利用鋁灰安全高效生產(chǎn)砂狀氧化鋁的方法，其特征在于，在所述步驟1）中，所述鋁酸鈉溶液為拜耳法生產(chǎn)氧化鋁過程中產(chǎn)生的鋁酸鈉溶液或?yàn)橹苯优渲频玫降匿X酸鈉溶液。3.如權(quán)利要求2所述的一種利用鋁灰安全高效生產(chǎn)砂狀氧化鋁的方法，其特征在于，在所述步驟1）中，所述鋁酸鈉溶液組成為：所述鋁酸鈉溶液中苛性鈉濃度為60g/L-170g/L、氧化鋁濃度小于170g/L，苛性比大于1.6。4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的一種利用鋁灰安全高效生產(chǎn)砂狀氧化鋁的方法，其特征在于，在所述步驟1）中，所述鋁灰的加入量每次小于40g/L，鋁灰總加入量小于500g/L，所述鋁灰與所述鋁酸鈉溶液的反應(yīng)溫度為25℃-100℃、反應(yīng)時(shí)間為10min-15h。5.如權(quán)利要求1所述的一種利用鋁灰安全高效生產(chǎn)砂狀氧化鋁的方法，其特征在于，在所述步驟1）中產(chǎn)生的氣體經(jīng)水吸收分離得到氨水和氫氣，所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉桂華，郝紅杰，李小斌，劉定明，黃文強(qiáng)，黃源，齊天貴，晏華釬，彭志宏，陳映，周秋生，段昌祥，熊德芬，
申請(專利權(quán))人：中南大學(xué)，云南文山鋁業(yè)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：湖南,43