一种利用高铝煤和高铝煤矸石制备氧化铝的方法

摘要

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种利用高铝煤和高铝煤矸石制备氧化铝的方法，包括以下步骤：露天矿煤层及夹矸同时开采、破碎、燃烧、回收、粉磨，煅烧，碱浸预脱硅、过滤，回收物(粉煤灰)脱硅渣料浆制备，生料烧结至熟料后取出，发生自粉化，水淬、深脱硅，溶液碳分，焙烧，得到氧化铝。本发明的方法，与现有的煤系高岭土提取氧化铝的方法相比，本工艺不仅可以降低开采，分拣成本，还可以实现烧结过程中产生的窑气(主要为CO

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种利用高铝煤和高铝煤矸石制备氧化铝的方法。

背景技术

氧化铝(Aluminium oxide/Aluminum oxide，化学式Al₂O₃)是一种高硬度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，在高温下可电离的离子晶体，常用于制造耐火材料。

数据显示中国是全球最大的氧化铝生产国，2010年全球氧化铝产量为5635.50万吨，中国氧化铝产量达2895.50万吨，同比增长20.14％，占全球比重为51.38％。2010年中国氧化铝表观消费量达到了3321万吨，年增长率为14.05％，净进口426万吨，铝土矿进口量达3019万吨，对外依存度为39.71％，氧化铝对外依存度达47.26％。随着我国电解铝、陶瓷、医药、电子、机械等行业的快速发展，市场对氧化铝需求量仍有较大的增长空间，氧化铝产量将会不断增长。结合2005-2010年中国氧化铝产量数据，预计2011年中国氧化铝产量将达到3300万吨，增长率为14％，2012年将在2011年的基础上继续增长，产量将超过3800万吨。另外，鉴于中国的在建施工面积按年计持续大幅增长，且由于不断推行城镇化，未来铝业前景非常乐观。预计2011年中国氧化铝需求同比增长15％至3819万吨，2012年氧化铝需求将达到4200万吨，同比增长10％。

为推动社会经济发展，本发明提供一种利用高铝煤和高铝煤矸石制备氧化铝的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用高铝煤和高铝煤矸石制备氧化铝的方法，与现有的煤系高岭土提取氧化铝的方法相比，本工艺不仅可以降低开采，分拣成本，还可以实现烧结过程中产生的窑气(主要为CO₂)和烧碱、纯碱、石灰等原料在生产过程中的循环利用，大幅降低了生产的成本，提高了资源的利用率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种利用高铝煤和高铝煤矸石制备氧化铝的方法，包括以下步骤：

S1.将高铝煤和高铝煤矸石按照实际地层厚度比例混合均匀，破碎，粉磨至200目备用；

S2.将粉磨好的物料在960～1050℃下焙烧，冷却，得到偏高岭土；

S3.将氢氧化钠溶液与偏高岭土按质量比为3～10mL/g混合，在70～10℃下反应30～120min，得到脱硅高岭土；

S4.对脱硅高岭土进行化学成分分析，根据化学分析结果，按照摩尔比为Na₂O/(Al₂O₃+Fe₂O₃)＝1，CaO/SiO₂＝2，CaO/TiO₂＝1对氢氧化钠和偏高岭土进行配料；

S5.将配料在1200～1300℃下烧结至烧熟，冷却至600℃时取出，使其发生自粉化；

S6.将自粉化的熟料进行水淬，搅拌均匀，过滤，得到铝酸钠滤液；

S7.在铝酸钠滤液中加入质量添加量为2％的分散剂，通入含CO₂的气体进行碳酸化反应，反应至溶液pH值为9，过滤，滤渣干燥，得到氢氧化铝；

S8.将氢氧化铝进行焙烧，得到氧化铝。

进一步地，在960～1050℃下焙烧4～8h。

进一步地，氢氧化钠溶液的质量浓度为10～20％。

进一步地，配料在1200～1300℃下烧结1.8～2.2h。

进一步地，水淬是在65～75℃的水中进行。

进一步地，水淬过程中以380～420r/min转速进行搅拌。

进一步地，将铝酸钠滤液中加入质量添加量为3～5％熟石灰进行深脱硅，过滤，滤渣回收作为熟料。

进一步地，含CO₂的气体的通气速度为40～50mL/min。

进一步地，在395～410℃下进行焙烧，然后骤冷处理，得到氧化铝。

一种氧化铝，由上述方法制备而成。

本发明的有益效果是：

(1)利用高铝煤与高铝煤矸石协同提铝，降低了开采成本，简化了开采工艺，提高了铝的产量，同时解决了煤炭开采时伴生的大量煤矸石的堆积所带来的环境问题；

(2)在980℃煅烧活化后，碱液浓度15％，温度90℃，时间90min，液固比为5ml/g的条件下，提高了脱硅率，降低了铝的损失率，使脱硅高岭土的铝硅比超过4；

(3)在实验条件为1250℃烧结2h，70℃快速水淬，400r/min的搅拌速度，含CO₂的气体的通气速度为45mL/min，反应终点pH值为9的最佳工艺条件下，制备的超细氢氧化铝为结晶度和分散性较好的拜耳石颗粒，其各项性能指标均达到或超过了国家标准；

(4)采用铝酸钠浓度为1.2mol/L，浓度为1.8％的PEG2000分散剂添加量为2％，采用400℃焙烧，骤冷等工艺条件制得的γ-Al₂O₃比表面积最大。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例

一种利用高铝煤和高铝煤矸石制备氧化铝的方法，包括以下步骤：

S1.将高铝煤和高铝煤矸石按照实际地层厚度比例混合均匀，破碎，粉磨至200目备用；

S2.将粉磨好的物料在960～1050℃下焙烧，冷却，得到偏高岭土；

S3.将氢氧化钠溶液与偏高岭土按质量比为3～10mL/g混合，在70～10℃下反应30～120min，得到脱硅高岭土；

S4.对脱硅高岭土进行化学成分分析，根据化学分析结果，按照摩尔比为Na₂O/(Al₂O₃+Fe₂O₃)＝1，CaO/SiO₂＝2，CaO/TiO₂＝1对氢氧化钠和偏高岭土进行配料；

S5.将配料在1200～1300℃下烧结至烧熟，冷却至600℃时取出，使其发生自粉化；

S6.将自粉化的熟料进行水淬，搅拌均匀，过滤，得到铝酸钠滤液；

S7.在铝酸钠滤液中加入质量添加量为2％的分散剂，通入含CO₂的气体进行碳酸化反应，反应至溶液pH值为9，过滤，滤渣干燥，得到氢氧化铝；

S8.将氢氧化铝进行焙烧，得到氧化铝。

在一个优选实施例中，在960～1050℃下焙烧4～8h。

在一个优选实施例中，氢氧化钠溶液的质量浓度为10～20％。

在一个优选实施例中，配料在1200～1300℃下烧结1.8～2.2h。

在一个优选实施例中，水淬是在65～75℃的水中进行。

在一个优选实施例中，水淬过程中以380～420r/min转速进行搅拌。

在一个优选实施例中，将铝酸钠滤液中加入质量添加量为3～5％熟石灰进行深脱硅，过滤，滤渣回收作为熟料。

在一个优选实施例中，含CO₂的气体的通气速度为40～50mL/min。优选地，所述含CO₂的气体为本发明过程中产生的窑气。

在一个优选实施例中，在395～410℃下进行焙烧，然后骤冷处理，得到氧化铝。

试验例

一种利用高铝煤和高铝煤矸石制备氧化铝的方法，包括以下步骤：

S1.将高铝煤与高铝煤矸石按照实际地层厚度比例混合均匀，除杂、破碎后，粉磨至200目备用；

S2.将粉磨好的高铝煤与矸石置于马弗炉中，在980℃下焙烧2小时后得煤系偏高岭土，自然冷却后待用；

S3.称取若干份的偏高岭土与配制好的浓度分别为10％、15％、20％的NaOH溶液按照液固比3mL/g、5mL/g、10mL/g混合后置于三口烧杯中搅拌反应，分别在70℃反应30min，80℃反应45min，85℃下反应60min，90℃反应90min，95℃反应120min，反应完成后进行过滤即得脱硅高岭土，滤液即为偏硅酸钠溶液；

S4.对脱硅高岭土的化学成分进行分析；根据化学分析结果，将Na₂O和CaO按照摩尔比Na₂O/(Al₂O₃+Fe₂O₃)＝1，CaO/SiO₂＝2，CaO/TiO₂＝1进行配料，以便使煤系高岭土脱硅渣中的Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂及TiO₂在合适的烧结温度下，相应的全部生成Na₂O·Al₂O₃、Na₂O·Fe₂O₃、2CaO·SiO₂及CaO·TiO₂；

S5.把配好的生料放入电炉中在1250℃下烧结2h，烧结熟料冷却至600℃时取出，使其发生自粉化；

S6.把自粉化的熟料和Na₂CO₃调整液(使碱量能够同时满足Al₂O₃和Fe₂O₃生成相应的Na₂O·Al₂O、Na₂O·Fe₂O₃)放入70℃温水中进行水淬，快速搅拌，并快速过滤；为了降低铝酸钠溶液残余的含量，可在滤液中加入少量熟石灰溶液进行深脱硅，并过滤，滤渣回收返回作熟料；

S7.在转速为400r/min的搅拌条件下，在铝酸钠溶液中加入适当分散剂后，通入CO₂气体进行碳酸化反应，反应至溶液pH值为9，过滤、滤渣干燥即得氢氧化铝；

S8.氢氧化铝在400℃下进行焙烧，然后骤冷处理，得到氧化铝。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。