一种常压碱浸-硫酸熟化-加热酸浸的铝灰回收工艺

摘要

本发明公开了一种常压碱浸‑硫酸熟化‑加压酸浸的铝灰回收工艺，具体包括以下步骤：将铝灰加入到碳酸钠溶液中进行常压碱浸，碱浸渣烘干后加入浓硫酸熟化，熟化过程中产生的气体用铝酸钠碱浸液吸收，吸收后液经经蒸发结晶浓缩后得到铝酸钠、氯化钠、氟化钠混合结晶体作为铝熔铸打渣剂，熟化后的碱浸渣与水加入到酸性加压釜中进行加压酸浸反应，加压酸浸液作为硫酸铝产品直接外售；加压酸浸渣经高温烧结后制得高温耐火材料。本发明提供了一种无“三废”产生的铝灰无害化综合回收利用工艺。

说明书

技术领域

本发明属于铝冶炼行业及其环保技术领域，具体涉及一种常压碱浸-硫酸熟化-加热酸浸的铝灰回收工艺。

背景技术

铝灰经过金属铝的人工分拣、铝液分离回收和球磨回收后的剩余铝灰，

不含金属铝，该铝灰又叫铝灰（作为项目原料的铝灰，指铝灰）。铝灰主要成分为三氧化二铝（Al _{2>O>）、氯化物和氟化物，还含少量有电解槽内衬耐火材料所带如的硅（Si）、钠（Na）、镁（Mg）、钙（Ca），和熔化的冰晶石（Na 3AlF6）、氟化铝（AlF）等。其产量大，其中可溶性的氯化物和氟化物污染环境，属于危废渣。}

铝灰作为一种重要的铝二次资源，越来越受到人们的重视。刚出炉的铝灰通常含有60%~70%的金属铝，经过常规的回收处理后，剩余的废铝灰中仍含有10-15%的金属铝，通常采取填埋的方式进行处理，不仅造成资源的浪费，同时也造成环境的污染。铝灰的主要成分为三氧化二铝，具有一定的经济价值，但如何回收利用，却存在问题。经过多年的不断探索，人们已经开发出了许多铝灰(渣)综合利用方法，如回收金属铝、生产硫酸铝、棕刚玉、合成聚合氯化铝、合成油墨用氧化铝等。

以上的生产方法，对于铝生产企业来说，是不太现实的。部分铝生产企业采用厂区建查库堆存的方式，但随着产量的不断增加，处理压力大，并且与日俱增。也有部分铝生产企业根据周边的产业配套情况，采用委托有资质的专业废渣处理厂家处理的途径，处理的外委成本，增加了铝生产企业的经济负担。我国目前铝渣处理回收率低，能量消耗大和浪费大，应大力发展新技术和采用先进设备来改变这一落后状态。研究和开发从工业铝灰中回收各有价元素的技术，对于提高企业的经济效益、保护生态环境都有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种常压碱浸-硫酸熟化-加热酸浸的铝灰回收工艺。

本发明的目的是这样实现的，包括常压碱浸、硫酸熟化、加压酸浸和后处理步骤，具体包括：

A、常压碱浸：将原料铝灰中加入原料铝灰质量20~100%的氢氧化钠溶液进行调浆，然后升温至40~90℃保温0.5~8h，过滤得到常压碱浸液a和常压碱浸渣b；

B、硫酸熟化：将碱浸渣b洗涤烘干后加入碱浸渣b质量20~100%的浓硫酸进行熟化得到碱浸渣c，熟化过程中产生的HF、HCl气体采用常压碱浸液a进行吸收，蒸发结晶浓缩后得到铝熔铸打渣剂；

C、加压酸浸：将碱浸渣c置入到加压釜中，加入碱浸渣c体积1~5倍的水，然后再加入浓硫酸调至酸浸溶液的质量百分浓度为5~100%，在温度100~160℃、压力0.1~1MPa下加压酸浸反应1~8h得到加压酸浸液d和加压酸浸渣e；加压酸浸液经蒸发结晶浓缩后得到硫酸铝产品；

D、后处理：加压酸浸渣e经高温烧结后得到高温耐火材料。

本发明针对当前铝灰处理工艺的问题，开发出一种以常压碱浸-硫酸熟化-加压酸浸的综合回收工艺，本工艺的目的在于将铝灰中的Na、F、Cl和部分Al碱浸到溶液中，剩余少量冰晶石的碱浸渣通过硫酸熟化后将F以HF进入烟气用碱浸液吸收，硫酸熟化后的碱浸渣与水进行加压酸浸反应使剩余活性氧化铝、镁、钠、钾、铁进入酸浸液中，酸浸渣高温烧结后制成高温耐火材料；水、气、固三相物质都得到有效利用，提供了一种无“三废”产生、环保经济的铝灰回收方法，解决了目前铝灰中F、Cl污染并难以利用的问题。

本发明所产生的积极作用：

（1）常压碱浸将F、Cl转入到铝酸钠溶液中并通过吸收硫酸熟化烟气中的HF、HCl气体，95%以上的F、Cl进入碱浸液中，既避免了F、Cl对环境的污染，又可将其与铝酸钠溶液蒸发结晶制成铝熔铸用，避免环境污染同时增加了经济效益。

（2）碱浸渣通过浓酸熟化后将F全部挥发到烟气进行回收，避免了加压酸浸液中F离子浓度超标；

（3）加压酸浸过程尽可能将反应性较好的氧化铝全部进入到硫酸铝溶液中，提高了硫酸铝的浓度，另外将Ca转化为CaSO₄进入加压酸浸渣中。

（4）加压酸浸渣通过高温烧结将CaSO₄中的结晶水脱除，制成高铝耐火材料。

附图说明

图1为本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明所述的常压碱浸-硫酸熟化-加压酸浸的铝灰回收工艺，包括常压碱浸、硫酸熟化、加压酸浸和后处理步骤，具体包括：

A、常压碱浸：将原料铝灰中加入原料铝灰质量20~100%的氢氧化钠溶液进行调浆，然后升温至40~90℃保温0.5~8h，过滤得到常压碱浸液a和常压碱浸渣b；

B、硫酸熟化：将碱浸渣b洗涤烘干后加入碱浸渣b质量20~100%的浓硫酸进行熟化得到碱浸渣c，熟化过程中产生的HF、HCl气体采用常压碱浸液a进行吸收，蒸发结晶浓缩后得到铝熔铸打渣剂；

C、加压酸浸：将碱浸渣c置入到加压釜中，加入碱浸渣c体积1~5倍的水，然后再加入浓硫酸调至酸浸溶液的质量百分浓度为5~100%，在温度100~160℃、压力0.1~1MPa下加压酸浸反应1~8h得到加压酸浸液d和加压酸浸渣e；加压酸浸液经蒸发结晶浓缩后得到硫酸铝产品；

D、后处理：加压酸浸渣e经高温烧结后得到高温耐火材料。

A步骤中氢氧化钠溶液的加入量为碱浸渣b质量的25~50%。

所述的氢氧化钠溶液的质量百分浓度为10~30%。

A步骤中常压碱浸的进出温度为60~90℃，浸出时间为1~6h。

B步骤中所述的浓硫酸的加入量为碱浸渣b质量的50~100%。

B步骤中熟化的时间为5~10h。

C步骤中所述的酸浸溶液的质量百分浓度为5~30%。

C步骤中浸出的温度为120~160℃。

C步骤中加压酸浸反应的时间为2~6h。

D步骤中高温烧结的温度为1100~1400℃。

本发明所述的常压碱浸-硫酸熟化-加压酸浸的铝灰回收工艺，具体操作如下：

1、铝熔铸产生的铝灰与氢氧化钠溶液（氢氧化钠浓度为5~50%）按质量比1：20~100%调浆，调浆后加入搅拌槽，升温至反应温度（40~90℃）反应0.5~8h过滤得到碱浸液和碱浸渣。常压碱浸主要反应有：

2NaOH+ Al₂O₃=2NaAlO₂+H₂O（1）

2、碱浸液中含有NaF、NaCl、NaAlO₂等；碱浸渣洗涤烘干后加入浓硫酸熟化，由于浓酸熟化过程氧化铝和氟化钠等与硫酸反应放热，挥发产生HF、HCl气体采用碱浸液进行吸收，吸收后得到NaF、NaCl，与碱浸出液中的NaF、NaCl、NaAlO₂等，一并进行蒸发结晶浓缩后制得铝熔铸打渣剂。

3、硫酸熟化后的渣与水加入到加压釜中进行加压酸浸反应，利用高温高压加速氧化铝的溶解，目的尽可能将活性氧化铝部分全部浸出到溶液中，浸出液主要含有硫酸铝，作为硫酸铝溶液直接外售。加压酸浸反应如式（2）-（5）：

Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂(SO₄)₃+3>2O>

2NaF +H₂SO₄=Na₂SO₄+2>

2Na₃AlF₆+6H₂SO₄=3Na₂SO₄+12>2(SO₄)₃>

CaO+H₂SO₄=CaSO₄+>2O(5)

4、加压酸浸渣中仅含有氧化铝、硫酸钙、二氧化硅，由于三种化合物熔点均较高，高温烧结（1100-1400℃）后作为高温耐火材料使用。

下面以具体实施案例对本发明做进一步说明：

实施例1

本实施例铝灰成分如下表

成分Al₂O₃NaFClCaOKMgOFeSiO₂含量/%73.2110.975.576.530.390.0331.020.060.83

（1）将100kg铝灰和200L氢氧化钠溶液（碳酸钠浓度为10%）加入搅拌槽中进行碱浸，升温至85℃保温时间4h，产出含氟氯的铝酸钠溶液185.31L, 浸出液成分为Al₂O_{3>79.15g/L、Na 93.08g/L、Cl 35.21g/L、F 18.06 g/L、K0.17g/L、SiO2>2}O₃91.18%、Na>2>1.03%、CaO>

（2）63.82kg碱浸渣在反应釜中加入31.91kg浓硫酸熟化，浓酸熟化条件：常温常压、时间6h，产出的HF、HCl烟气通过碱浸液吸收；熟化后在加压反应釜中加入水191.46L、浓硫酸6.38kg，升温至140℃、保温3h、压力0.25MPa，反应结束后液固分离得到加压酸浸液182.3L和加压酸浸渣41.53kg，加压酸浸液成分为（g/L）：Al₂(SO₄)₃>2O_{3>161.70）、Na 18.75、SiO2>0.01、Fe 0.36，可作为工业II类硫酸铝溶液直接出售；加压浸出渣成分（%）：Al2O3>97.41、CaO 0.96、SiO2>1.62、Fe 0.01，经1200℃高温烧结后制成高铝耐火材料。}

（3）常压碱浸液蒸发结晶浓缩后获得结晶物44.95kg，成分为（%）：Al₂O_{3>33.28、Na39.14、Cl 14.81、F 12.66、K 0.04、SiO2>}

实施例2

本实施例铝灰成分如下表

成分Al₂O₃NaFClCaOKMgOFeSiO₂含量/%67.3312.716.228.010.550.0172.030.111.42

（1）将150kg铝灰和450L氢氧化钠溶液（碳酸钠浓度为5%）加入搅拌槽中进行碱浸，升温至60℃保温时间6h，产出含氟氯的铝酸钠溶液410.24L, 浸出液成分为Al₂O_{3>50.48g/L、Na104.95g/L、Cl 30.03g/L、F 13.99g/L、K0.09g/L、SiO2>2}O₃89.57%、Na>2>1.22%、CaO>

（2）89.64kg碱浸渣在反应釜中加入71.71kg浓硫酸熟化，浓酸熟化条件：常温常压、时间4h，产出的HF、HCl烟气通过碱浸液吸收；熟化后在加压反应釜中加入水179.28L、浓硫酸13.45kg，升温至160℃、保温2h、压力0.4MPa，反应结束后液固分离得到加压酸浸液165.21L和加压酸浸渣kg，加压酸浸液成分为（g/L）：Al₂(SO₄)₃>2O_{3>152.32）、Na21.28、SiO2>0.008、Fe 0.41，可作为工业II类硫酸铝溶液直接出售；加压浸出渣成分（%）：Al2O3>94.90、CaO 1.45、SiO2>3.62、Fe 0.02，经1400℃高温烧结后制成高铝耐火材料。}

（3）常压碱浸液蒸发结晶浓缩后获得结晶物87.39kg，成分为（%）：Al₂O_{3>23.68、Na49.24、Cl 14.09、F 12.85、K0.04、SiO2>}