一种新的石灰烧结－拜耳法联合生产氢氧化铝的方法

摘要

本发明是一种石灰烧结—拜耳法联合生产氢氧化铝的方法，涉及铝工业行业中用铝土矿为原料生产氢氧化铝的生产工艺方法，这种新的石灰烧结—拜耳联合法是将石灰烧结法的溶出液用拜耳法赤泥进行脱硅处理，使石灰烧结法的溶出液获得很好的脱硅效果，硅指数达500以上。同时可将拜耳法赤泥中的氧化铝和碱获得80％的提取回收，使拜耳法赤泥中的碱降至1％以下，从而使拜耳法赤泥可以作为水泥生产原料而加以充分利用，本发明不仅解决了低品位铝土矿的利用，而且解决了拜耳废渣赤泥的回收使用问题，使氧化铝生产工业成为无废渣排放的环保型生产工业。

说明书

技术领域：本发明涉及一种生产氢氧化铝的生产方法，涉及铝工业行业中用铝土矿为原料生产氢氧化铝的生产工艺方法。

背景技术：目前工业上以铝土矿为原料生产氧化铝的生产方法，主要有拜耳法、碱石灰烧结法和碱石灰烧结-拜耳联合法。这些已有技术在文献1《氧化铝生产工艺学》(中南工业大学杨重愚主编，冶金工业出版社1982年1月出版)中已全面论述。目前世界上生产的氧化铝绝大部分是以拜耳法生产的。所谓拜耳法是用烧碱(NaOH)溶液在一定的高温高压下处理铝土矿，以溶出其中的氧化铝而获得铝酸钠溶液，然后将铝酸钠溶液稀释降温，加入氢氧化铝晶种，使溶液中的氧化铝成为氢氧化铝结晶析出，母液经蒸发浓缩后返回用于溶出铝土矿，循环进行，这就是所谓的拜耳法循环生产氧化铝的方法。拜耳法生产流程短，能耗低，产品质量好，适于处理高品位铝土矿，一般要求铝硅比(A/S，矿石中Al₂O₃含量与SiO₂含量的质量比)在8以上。拜耳法的缺点是不适于处理铝硅比低的铝土矿，因为用苛性钠溶解铝土矿时，碱要与含硅矿物反应并进一步与Al₂O₃反应生成含水铝硅酸钠而析出，成为钠硅渣进入赤泥，这样造成碱和氧化铝的大量损失。同时拜耳法赤泥中由于含碱高，目前还未开发出对它大量综合利用的可行可靠方法，使得拜耳法赤泥碱性渣不得不大量丢弃，不但大量占用土地，而且还丢弃了宝贵的铝和碱资源，并严重污染环境。如何将损失到拜耳法赤泥中的碱和氧化铝回收出来，并将赤泥得到大量开发利用，这是当今氧化铝工业急待解决的重大课题。

文献2《一种生产氢氧化铝的新方法》(发明专利号：ZL 90 1 10019.6)的生产方法是将石灰(或石灰石)和铝土矿按CaO与Al₂O₃的分子比为1∶1配料后，粉磨细度至150目以上，加水制成砖块状料块，放在隧道窑中于1250～1450℃下烧结，烧结料经破碎粉磨后用150g/L碳酸钠溶液溶出，氧化铝以NaAlO₂形式进入溶液，经过滤后，溶出液用CO₂进行碳酸化分解而析出氢氧化铝(Al(OH)₃)，母液又变为碳酸钠溶液得到再生，循环使用。文献2技术优势是氧化铝生产流程短，设备简单，建厂投资大幅度减少，对铝土矿的氧化铝提取率高，对铝土矿的铝硅比适用范围也较宽，高品位和低品位都可适应，碱耗低，同时产生的赤泥渣含碱少，而且主要是以附着碱形式存在，化学碱含量少，该渣经一定洗涤后，总碱含量可降到1％以下，可以作为水泥生产的基本原料。这种方法可以将氧化铝生产作到无废渣排放的环保型和循环经济型的工业生产。

用文献2技术生产冶金级的氧化铝还必须将用碳酸钠溶出后得到的铝酸钠溶液经过脱硅后才能得到冶金级的氧化铝。文献2中报道的脱硅技术是按已有的常压二次脱硅方法处理。但是常压二次脱硅存在问题是需二次脱硅，更主要存在问题是脱硅过程要损失相当数量的氧化铝和碱，影响了氧化铝总提取率和碱的消耗，从而制约了文献2的推广应用。

发明内容：本发明的目的是为了克服文献2现有技术存在的脱硅流程中氧化铝和碱损失的问题，同时将二次脱硅变为一次脱硅，也为解决文献1中碱和氧化铝的回收利用，并使拜耳法赤泥通过脱碱后而得到大量开发利用，使整个氧化铝生产工业成为无废渣排放的环保型和循环经济型的工业。

本发明是这样实现的，按文献2石灰烧结法工艺将石灰石和铝土矿按CaO与Al₂O₃的分子比为1∶1配料后，粉磨细度至150目以上，加水制成砖块状料块，放在隧道窑中于1250～1450℃下烧结，烧结料经破碎粉磨后，用150g/L碳酸钠溶液按固液比为1∶5溶出烧结熟料，经过滤得到的铝酸钠溶液，加入拜耳法赤泥，拜耳法赤泥加入量按10～60g/L加入，并将溶液加热至沸腾，维持1～4h，经过滤(精滤)后，溶出液用CO₂进行碳酸化分解，而析出氢氧化铝(Al(OH)₃)，经过滤洗涤后得氢氧化铝产品，母液循环到溶出烧结熟料用。

本发明具有以下有益效果：

1.经本法按发明内容实施后，文献2中用150g/L碳酸钠溶液溶出烧结熟料粉后，经过滤得溶出液，溶出液中SiO₂含量为0.5～1.5g/L，Al₂O₃含量为90～100g/L，硅指数(溶液中Al₂O₃和SiO₂的质量比)为90～100。按10～30g/L的量加入拜耳法赤泥，加热至沸腾，维持1～3h后，经精滤后得到滤液，滤液中SiO₂含量为0.1～0.2g/L，硅指数为500～1000。硅指数只要达到400以上，就可以得到冶金1、2级的氧化铝。本方法实施可从根本上解决了文献2的脱硅问题。

2.经本法按发明内容实施后，文献1中的拜耳法赤泥中的Al₂O₃和Na₂O得到有效回收。拜耳法赤泥Al₂O₃含量13～25％，Na₂O含量2～5％。按发明内容实施后，文献2的溶出液硅指数由100上升至500～1000，而且溶液的Al₂O₃、Na₂O浓度上升，拜耳法赤泥中的Al₂O₃、Na₂O溶于溶液中，溶液中的Al₂O₃含量由95～100g/L提高为99～104g/L，溶液中Na₂O浓度由91g/L提高到92g/L。通常情况下，通过脱硅过程由于生成钠硅渣和钙硅渣，一般要损失溶液中相当数量的氧化铝和碱，本发明的有益效果一方面使溶液的硅指数大幅度提高，而且不但不损失溶液中的氧化铝和碱，反而将拜耳法赤泥中的氧化铝和碱得到80％的溶出率，使溶液中的氧化铝和碱得到提高。

3.经本法按发明内容实施后，文献1中的拜耳法赤泥得到大量利用。经本法按发明内容实施，在使文献1中的拜耳法赤泥中所含的氧化铝和碱得到大幅度回收的同时，赤泥中的碱含量达到1％以下，从而使赤泥可作为水泥生产的基本原料，这将从根本上解决拜耳法赤泥的出路，使拜耳法也可以成为无废渣排放的环保型和循环经济型的工业。

具体实施方式：

实施例1：

实施原料：

铝土矿：Al₂O₃为75.0％，SiO₂为6.5％，Fe₂O₃为1.5％，TiO₂为0.3％，烧失量为17.O％，铝土矿原料采集点为贵州省清镇市。

石灰石：CaO为54.0％，MgO为0.51％，SiO₂为0.55％，Fe₂O₃为0.22％，石灰石采集点为贵州省安顺老罗坡。

拜耳法赤泥：Al₂O₃为24.0％，SiO₂为8.0％，Fe₂O₃为15％，CaO为27.0％，Na₂O为4.0％，烧失量为22.0％，拜耳法赤泥采集点为凯里氧化铝厂。

实施方法：

将铝土矿和石灰石破碎至10mm以下粒度后，按铝土矿中Al₂O₃与石灰石中CaO的分子比为1.00∶0.95进行配料，经混匀后，用球磨机磨至150目，筛余量小于5％，生粉料加入14％的水，制成60mm×120mm×240mm的料普通砖块状物，然后放在平顶隧道窑中，在1300℃下煅烧，烧结熟料经破碎粉磨至120目后，用150g/L碳酸钠溶液，按固液比为1∶5在95～100℃下溶出，溶出时间为40min至1h。溶出后得到的溶出液Al₂O₃含量98g/L，SiO₂含量1.0g/L，溶出液经固液分离后，滤液按按每升加拜耳法赤泥干料20克，在搅拌下常压加热至沸腾维持2h，然后将固液分离，滤液再经精滤后，滤液中Al₂O₃含量102g/L，SiO₂含量0.2g/L，总碱Na₂O含量91g/L，将精滤后的滤液送入碳分塔，通入CO₂进行碳酸化分解，而得到氢氧化铝产品，母液中的碳酸钠得到再生，循环使用。

实施结果：

对铝土矿的Al₂O₃提取率(总收率)达91％，得到的氢氧化铝产品，Al₂O₃为64.0％，SiO₂为0.02％，Fe₂O₃为0.02％，Na₂O为0.5％，符合冶金一级产品。

石灰烧结法溶出液SiO₂为1.0g/L，Al₂O₃为98g/L，经用拜耳法赤泥处理脱硅后，溶液中SiO₂降为0.2g/L，硅指数由100升至500，溶液中的Al₂O₃不但没有损失，反而由98g/L升至102g/L，溶液中总碱(Na₂O)也没有损失，反而由90g/L升至91g/L。拜耳法赤泥的氧化铝和碱得到80％的回收，拜耳法赤泥经本法处理后的赤泥经洗涤后，总碱降至1％以下，可以作为水泥生产的原料。

实施例2；

实施原料：

铝土矿：Al₂O₃为73.5％，SiO₂为8.0％，Fe₂O₃为2.0％，TiO₂为0.2％，烧失量为16.4％，铝土矿原料采集点为贵州凯里炉山。

石灰石：CaO为54.2％，MgO为0.48％，SiO₂为0.52％，Fe₂O₃为0.20％，石灰石采集点为贵州省贵定。

拜耳法赤泥：Al₂O₃为29.0％，SiO₂为7.0％，Fe₂O₃为9.0％，CaO为27.0％，Na₂O为7.0％，烧失量为21.0％，拜耳法赤泥采集点为贵州平坝曾氏集团氧化铝厂。

实施方法：

将铝土矿和石灰石破碎至10mm以下粒度后，按铝土矿中Al₂O₃与石灰石中CaO的分子比为1.00∶0.98进行配料，经混匀后，用球磨机磨至150目，筛余量小于5％，生粉料加入14％的水，制成60mm×120mm×240mm的料普通砖块状物，然后放在平顶隧道窑中，在1200～1350℃下煅烧，烧结熟料经破碎在粉磨至120目后，用150g/L碳酸钠溶液，按固液比为1∶5在95～100℃下溶出，溶出时间为40min至1h。溶出后得到的溶出液Al₂O₃含量95g/L，SiO₂含量1.0g/L，溶出液经固液分离后，滤液按每升加拜耳法赤泥干料30克，在搅拌下常压加热至沸腾维持1h，然后将固液分离，滤液再经精滤后，滤液中Al₂O₃含量99.6g/L，SiO₂含量0.15g/L，总碱Na₂O含量91g/L，将精滤后的滤液送入碳分塔，通入CO₂进行碳酸化分解，而得到氢氧化铝产品，母液中的碳酸钠得到再生，循环使用。

实施结果：

对铝土矿的Al₂O₃提取率(总收率)达90.5％，得到的氢氧化铝产品，Al₂O₃为64.0％，SiO₂为0.02％，Fe₂O₃为0.02％，Na₂O为0.5％，符合冶金一级产品。

石灰烧结法溶出液SiO₂为1.0g/L，Al₂O₃为95g/L，经用拜耳法赤泥处理脱硅后，溶液中SiO₂降为0.15g/L，硅指数由100升至660，溶液中的Al₂O₃不但没有损失，反而由95g/L升至99.6g/L，溶液中总碱(Na₂O)也没有损失，反而由90g/L升至91g/L。拜耳法赤泥的氧化铝和碱得到80％的回收，拜耳法赤泥经本法处理后的赤泥经洗涤后，总碱降至1％以下，可以作为水泥生产的原料。