从低品位含铝矿石中提取氧化铝的硫铵方法

摘要

本发明涉及从低品位含铝矿石中提取氧化铝的方法。本发明目的在于克服已有技术对设备腐蚀及污染环境的缺陷，解决从低品位含铝矿石中提取氧化铝，充分利用我国资源，从而提供一种硫铵提取氧化铝的方法，该方法通过矿石粉碎、筛分经活化焙烧，再与硫酸铵混合进行固相反应，反应产物经水浸取固液分离后用氨水解离然后通过除铁及后续分离精制工序制得氢氧化铝，再经煅烧可得氧化铝，该方法用硫酸铵溶矿从而可从低品位含铝矿石中提取氧化铝，其氧化铝溶出率在90％以上，硫铵并可循环回用。

说明书

本发明涉及一种化学提取冶金工艺，特别是涉及从低品位含铝矿石中用非碱法提取氧化铝，最终生产氢氧化铝和氧化铝产品的工艺方法。

现有氧化铝生产工艺，完全采用拜耳法、烧结法或联合法等碱法工艺，碱法工艺由于涉及较复杂的脱硅工序，因而工艺要求处理的矿石中氧化铝含量高(＞50～60％)，氧化硅含量低(如拜耳法要求铝硅比＞7～8)，从而限制了由低品位高硅铝矿石用碱法工艺生产氧化铝的可能性。

显然，采用碱法工艺生产氧化铝，将无法利用我国储量丰富的低品位高硅铝钒土，以及明矾石矿、高岭土等来提取氧化铝，而且碱法工艺中还有高温高压的脱硅作业，这样生产操作增加了一定难度也增大成本。

为了革新碱法工艺，后有许多人进行了酸法工艺的研究开发。如文献(1)：美国专利公开号4,124,680(1978.11.7)题为：“用酸浸含有其它元素的高铝矿石来获得纯氧化铝的方法”。[US Patent 4,124,680(1978)中，Method ofobtaining pure alumina by acid attack on aluminous minerals containingother elements]。(2)金属杂志1962，121-125中题目为：“用酸提取氧化铝”(Journal of Metals 1962：121-125 Alumina by acid extraction)。

酸法工艺是采用无机酸(如硫酸、盐酸等)来处理铝矿石，矿石中的氧化铝与酸作用生成铝盐，此外矿石中的铁钛等杂质也将生成相应的盐与铝盐一起进入提取液，而矿石中的氧化硅则因不溶于酸几乎全部残留于不溶性的矿渣中。除去铝盐溶液中的杂质(主要是铁)，再经过后处理及煅烧，即可制得冶金用氧化铝，图1例示了一种酸法工艺流程。

与碱法工艺相比，酸法工艺的主要特点是：

A.无需进行复杂的脱硅工艺操作，从而适于处理高硅铝土矿，比碱法有更大的原料适应性。

B.由于铝矿石中铁含量远比硅少，因此铝盐的除杂量很少，生产流程中的物流通量，动力及热能消耗减少，设备的复杂程度与操作均较碱法要少或更为简便，从而可节省设备投资与操作费。

C.由于采用酸溶矿石，酸对生产设备的腐蚀问题及环境污染问题突出。

D.氧化铝中铁杂质的去除比较困难。

E.酸法生产工艺的中间产物是含铝极低的铝盐，如果用直接焙烧的方法使其分解成氧化铝，将需耗费大量的热能，且酸根回收不易；如果采用其它解离铝盐的方法，则又会产生大量的副产物。这些均使酸法工艺在经济上难以立足，至今酸法没有在工业上得以实现。

本发明的目的在于克服上述碱法和酸法工艺的不足，为了从多种低品位(氧化铝含量＜40％)铝土矿中提取氧化铝，以克服碱法工艺对矿石中硅含量的限制性要求，充分地利用我国低品位铝土矿资源，发明目的之二采用非酸非碱原料处理矿石，克服了原有工艺(尤其是酸法工艺)对生产设备腐蚀严重及环境污染的弊病，目的之三利用一种可回收循环使用的硫酸铵溶矿，因而本发明工艺可将原料消耗降至最低限度，并且不形成副产物，经济上可以立足，目的之四为了提高氧化铝的溶出率。

本发明的目的是这样实现的：(1)本发明硫铵法的基本原理可由下述反应式表述：①②③④⑤(2)硫铵法基本工艺过程：

第一步，首先将含铝矿石破碎、筛分，取100～300目粒度范围的矿粉为生产原料；

第二步活化焙烧，矿粉在500～700℃下活化焙烧1～3小时，使矿石中的氧化铝得以活化，可大大提高氧化铝的溶出率；本发明工艺中由于采用了矿石焙烧工艺，破坏了铝土矿中含铝氧化物与其它组分间的键合力，使矿石中的氧化铝处于分散状态，有较大的作用表面，化学活性很高，从而可大大提高氧化铝的溶出率；

第三步固相溶出反应，焙烧后的矿粉与硫酸铵按硫铵与矿石中氧化铝的摩尔比为6～10混合后，在350～450℃下进行固相反应，反应产生的尾气通过吸收方法回收其中的氨，及除去可能产生的少量废气，以避免环境污染。采用硫酸铵与矿石直接进行固相反应，矿石中的氧化硅因不与硫铵反应，而残留于渣中，在浸取过滤时得以分离。氧化铁与硫铵作用生成的硫酸铁，在铝铵钒结晶时得以分离，或在后续工艺中碱溶除铁，从而可保证氢氧化铝及氧化铝的质量指标，尤其是冶金氧化铝对铁、硅含量的限制。本发明优化了最佳的反应操作条件，尤其是矿石粒度对反应转化率(氧化铝溶出率)的影响规律。本工序是本发明区别于已有的碱法及酸法工艺的关键一步。

第四步，反应产物在70～100℃下用水搅拌浸取0.5～1小时，然后进行固液分离，(矿渣洗涤后可作为综合利用的原料)。反应产物直接用水浸取，而不用任何浓度的酸或其它浸取剂，使工艺操作简便易行。这一步工序加上过滤步骤将使矿石中的氧化硅得以从系统中分离出去。由于分离了铝和铁，有利于硅渣的综合利用；

第五步，浸取液在常温常压下采用氨水进行解离，其反应式为从而获得氢氧化铝沉淀。将沉淀与溶液过滤分离，滤液送入浓缩、结晶工序制得硫酸铵供循环使用，氢氧化铝沉淀将进一步进行精制。在氨解操作中所加入氨水量按化学计量式计算出的数再过量，氨过量系数为1.05～1.5，并搅拌20～30分钟。

第六步，氢氧化铝沉淀采用NaoH溶液+苛化液进行碱溶除铁，碱液浓度为[Na₂O]＝130～160g/L或苛化系数α_苛＝1.6～2.0，操作在60～90℃温度下搅拌60～80分钟。除铁后将Fe(OH)₃沉淀与铝酸钠溶液过滤分离。碱溶剂除铁能有效地除去铁杂质，使氢氧化铝、氧化铝的质量得到保证；

第七步，铝酸钠溶液经分解操作制得氢氧化铝产品，氢氧化铝产品进一步煅烧则制得氧化铝产品。分解与煅烧操作通常采用拜耳法工艺条件。

本发明的效果：

(1)本发明的工艺方法采用硫酸铵与矿石中的氧化铝进行反应，由于硫铵不与氧化硅反应，故后续工序中无需脱硅作业，从而适于处理多种铝硅比很低的低品位含铝矿石；且由于采用了活化焙烧工艺及固相溶出反应，使矿石中氧化铝的溶出率均能达到90％以上。

(2)由本发明除铁工艺采用碱液调PH值方法，不同于多次重结晶纯化方法，使除铁更有效，保证产品质量，从低品位铝土矿制备出氧化铝产品组成示例如下：

Al₂O₃   Fe₂O₃  SiO₂    TiO₂    MgO

99.87      0.012      0.039     0.053     0.018   wt％

(3)本发明解决了由低品位铝矿石用硫酸铵提取氧化铝的工艺方法，氧化铝溶出率均在90％以上，从而可充分利用我国丰富的低品位铝土矿及矸石、明矾石和粘土等含铝矿石；

(4)该方法无环境污染问题，和对设备无腐蚀；

(5)硫酸铵原料可以循环使用，大大降低了原料消耗，不形成副产物。

下面结合实施例与附图对本发明进行详细的说明：

图1是酸法提取氧化铝的工艺流程图

图2是本发明的工艺流程图

实施例1

采用山东淄博铝钒土矿作原料，矿石组成如下：

Al₂O₃ SiO₂ CaO   MgO    Fe₂O₃ TiO₂ MaO₂  灼减

55.92    23.18   1.20    0.22     1.37      2.13  0.022  14.43wt％

矿石粒度100～200目，在550～650℃下焙烧1～3小时；然后矿石与硫铵按硫铵与矿石中氧化铝摩尔比值6～10进行混合，在350℃下反应4小时；反应物在90℃下用水搅拌浸取1小时，然后固液分离，浸取液再经氨解，所加氨水量按化学计量式计算数目再以氨过量系数为1.05加料，在常温常压下搅拌20分钟，得到氢氧化铝沉淀。再用碱液浓度为[Na₂]＝130g/L或苛化系数α_苛＝1.6，在60～90℃温度下搅拌60分钟除铁，除铁后分离、煅烧步骤按通常拜耳法进行。矿石中氧化铝溶出率大于90％，最高达96％。产品指标同发明效果(1)。实施例2

采用阳泉低品位铝钒土(三级)做原料，其组成为

Al₂O₃ SiO₂   Fe₂O₃

47.76    30.21    1.53wt％

矿石粒度200～300目，在650～700℃下焙烧1～2小时；然后矿石与硫酸铵按硫氨与矿石中氧化铝的摩尔比6进行混合，在400℃下反应2～4小时，反应物用水在80～90℃下搅拌浸取1小时，其余条件按实施例1，矿石中氧化铝溶出率89.70～95.22％。实施例3

采用阳泉固庄煤矸石为原料，其组成为

Al₂O₃ SiO₂   Fe₂O₃ CaO    MgO   SO₃

26.43    54.01     6.34      1.94    0.6    1.09wt％

矿石粒度200～300目，在650℃下活化焙烧1小时；然后按硫氨与矿石中氧化铝的摩尔比为8将矿石与硫酸铵混合，并在350℃下反应3～5小时；反应产物在80～90℃下搅拌浸取1小时，其余操作工艺按实施例。矿石中氧化铝溶出率达95.04～96.67％。