一种利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法

摘要

本发明公开了一种利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法。首先以铝灰为原料焙烧制成粗沸石产品，即熟料A；所得熟料A进行加水浸出、固液分离，得到滤饼B和滤液C；滤饼B烘干得到沸石产品；所得滤液C中通入CO2气体进行碳酸化分解反应，反应后固液分离，得到白色沉淀D和滤液E；白色沉淀D烘干得到氢氧化铝产品；所得滤液E进行浓缩结晶，得到碳酸钠，作为药剂返回焙烧工序循环使用。本发明整体操作过程中没有废水废渣外排，环境友好；制备氢氧化铝工序不产生赤泥，满足工业化绿色工厂生产要求。

说明书

一、技术领域：

本发明涉及铝工业(包括电解铝、铝加工、再生铝)危废资源化利用技术领域，具体涉及一种利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法。

二、背景技术：

铝灰是电解铝、铝加工、再生铝熔铸过程中产生的固体废弃物，主要成分为金属铝、氧化铝、氮化铝、二氧化硅、氯化物和氟化物等。目前，国内外大部分的铝灰处理方式是粗放式处理，一般采用球磨分离、炒灰分离、热压分离、离心分离的方法提取其中含有的金属铝，剩余的铝灰大量堆存在车间、危废库或填埋场。铝灰中氮化铝含量一般为10～30％，且比较活泼，遇水易发生水解反应生成氨气，对人类和环境均产生较大危害。水浸方法脱氨过程中，由于水解生成的氢氧化铝和羟基氧化铝会包裹在氮化铝颗粒表面，抑制水解反应，故采用水浸方法除去铝灰中氮化铝的问题存在技术瓶颈，至今未得到彻底解决。因此，如何彻底脱除铝灰中氮化铝、解决铝灰氨气污染的问题，对铝灰的无害化和后续产品化利用均具有十分重要的意义。

目前，已有相关专利报道了铝灰中氮化铝的脱除方法。例如：1、发明专利CN108217688A公开了一种铝灰中氮化铝的深度水解方法，该方法是通过粉磨水解脱氨，虽然粉磨去除了氮化铝表面新生成的氢氧化铝，但由于氨在水溶液中的溶解度有限，水解条件温和，导致氮化铝无法彻底脱除。2、发明专利CN108671462A公开了一种铝灰渣除氮方法，该方法是在铝灰渣水解反应过程中添加反应剂，促使生成的氨与反应剂结合生成铵盐，溶解于溶液中，但该方法试剂和铵盐回收成本相对较高。3、发明专利CN110314923A公开了一种强化铝灰脱盐脱氮的方法，包括常温搅拌球磨和高温加碱两段水解工序，该方法是将铝灰料浆球磨一定时间，过滤细料浆得到滤饼和滤液，滤液蒸发回收工业盐，滤饼和碱液混合、搅拌水解，吸收产生的氨气，得到氨水或铵盐，但该方法流程长、设备多、过程复杂。4、发明专利CN109928413A公开了一种铝灰苏打烧结脱氮同步制备铝酸钠的方法，该方法将铝灰与由碳酸钠、碳酸氢钠和过氧化钠组成的混合钠盐混匀，压制成团块；所得团块经过干燥后，依次置于空气气氛中进行一段低温焙烧、置于强氧化性气氛中进行二段高温焙烧，焙烧产物经过冷却、破碎后，采用碱性溶液浸出，得到铝酸钠溶液。该方法流程长、铝灰需要制团和两段焙烧、生产成本高。5、发明专利CN111170325A公开了一种铝灰脱氮固氟同步制备沸石的方法，该方法在铝灰中加入含氧化钠和/或氧化钾物料、含氧化钙和/或氧化镁物料，混合均匀，混合料置于高温炉内进行加热处理，加热过程保持混合料与空气充分接触，高温下将氮化铝转化为氧化铝和氮气，焙烧熟料即为粗沸石。XRD分析表明熟料的主要物相是Na

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术在处理铝灰脱氨和后续产品化方面存在的不足之处，本发明提供了一种利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法。本发明方法能够在铝灰脱氮固氟、同步制备沸石之后，从熟料浸出液中提取氢氧化铝，从而实现铝灰成分的全量利用，是对发明专利CN111170325A的进一步改进。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，所述制备方法包括以下步骤：

a、首先以铝灰为原料焙烧制成粗沸石产品，即熟料A；

b、将步骤a所得熟料A进行加水浸出，浸出后进行固液分离，分离得到滤饼B和滤液C；所得滤饼B进行烘干，得到沸石产品；

c、将步骤b所得滤液C中通入CO

d、将步骤c所得白色沉淀D进行烘干，烘干后得到氢氧化铝产品；所得滤液E进行浓缩结晶，得到碳酸钠。

根据上述的利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，步骤a中所述以铝灰为原料焙烧制成粗沸石产品，采用的方法为申请号202010059394.3记载的技术方案。

根据上述的利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，步骤b中所述熟料A进行加水浸出时，控制液固比为2～8：1；浸出时间为20～90min。

根据上述的利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，步骤b中所述熟料A进行加水浸出时，控制液固比为4～8：1；浸出时间为45～90min。

根据上述的利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，步骤c中所述碳酸化分解反应的时间为5～45min；所述通入CO

根据上述的利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，步骤c中所述碳酸化分解反应的时间为15～45min；所述通入CO

根据上述的利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，步骤d中所得碳酸钠作为药剂返回焙烧工序循环使用。

本发明技术方案中，在对熟料A进行浸出时，液固比过低，熟料A的可溶性成分溶解较慢而且溶解不完全；液固比过高，水耗大，将增加生产成本。因此，液固比是本发明技术方案的关键点之一。

本发明技术方案中，在对熟料A进行浸出时，水浸时间过短，熟料A的可溶性成分溶解不完全；水浸时间过长、能耗高，增加生产成本。因此，浸出时间也是本发明技术方案的关键点之一。

本发明技术方案中，滤液C中通入CO

本发明技术方案中，滤液C中通入CO

本发明方法在加热处理铝灰过程中发生的主要化学反应如下：

C+O

2Al+1.5O

2NaHCO

Na

Na

K

2KHCO

K

Ca(HCO

2AlN+1.5O

CaCO

Mg(HCO

MgCO

本发明方法在碳酸化分解过程中发生的主要化学反应如下：

2NaAlO

由于脱氮的效率主要取决于铝灰中氮化铝氧化生成氧化铝的反应，而铝灰中氮化铝被氧化铝包裹，采用申请号202010059394.3发明专利申请公开的方法焙烧处理铝灰，药剂先跟氮化铝表层的氧化铝反应生成多孔结构的沸石，随着产物沸石的生成，氧气就会通过沸石中的孔隙与内层氮化铝反应，从而使氮化铝不断地变成氧化铝和氮气，达到高效脱氮的目的，脱氮率达99％以上。由于熟料A为多孔的沸石结构，熟料A中可溶性成分更容易浸出，后续提取氢氧化铝更容易。

本发明的积极有益效果：

本发明技术方案利用铝工业废渣铝灰为主要原料，原料来源广、成本低，首先采用申请号202010059394.3发明专利申请公开的方法焙烧处理铝灰，脱氮过程不会造成环境污染，在脱氮固氟的同时可以低成本制备沸石，没有二次污染，满足工业化绿色工厂生产要求；沸石的多孔结构不仅有利于脱氮，而且有利于熟料中可溶性成分的浸出；采用碳酸化分解提取氢氧化铝成本低、产品纯度高、不产生赤泥，实现了铝灰成分的绿色全量利用。该方法反应药剂廉价易得、无公害，整体流程操作简单，适合工业化推广应用。

综上所述，本发明具有显著的经济效益和社会效益。

四、具体实施方式：

以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明技术方案保护的范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所公知的常规手段。以下实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。以下实施例中所用原料铝灰来自于电解铝、铝加工、再生铝的熔铸工序。

实施例1：

本发明利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，该制备方法的详细步骤如下：

a、首先以铝灰为原料，采用申请号202010059394.3发明专利申请说明书中实施例六公开的方法焙烧制成粗沸石产品1000g，即熟料A1000g；

b、将步骤a所得熟料A中加入8000g工业纯水搅拌进行浸出，浸出时间为30min，浸出后进行固液分离，分离得到645g滤饼B和含铝酸钠的溶液8355克；所得滤饼B进行烘干，得到沸石产品；

c、将步骤b所得含铝酸钠的溶液中持续通入CO

d、将步骤c所得白色沉淀进行烘干，烘干后得到氢氧化铝产品；所得含碳酸钠的溶液进行浓缩结晶，得到碳酸钠164.7g，返回脱氮固氟工序循环使用。

实施例2：

本发明利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，该制备方法的详细步骤如下：

a、首先以铝灰为原料，采用申请号202010059394.3发明专利申请说明书中实施例一公开的方法焙烧制成粗沸石产品1000g，即熟料A1000g；

b、将步骤a所得熟料A中加入7000g工业纯水搅拌进行浸出，浸出时间为45min，浸出后进行固液分离，分离得到662g滤饼B和含铝酸钠的溶液7338克；所得滤饼B进行烘干，得到沸石产品；

c、将步骤b所得含铝酸钠的溶液中持续通入CO

d、将步骤c所得白色沉淀进行烘干，烘干后得到氢氧化铝产品；所得含碳酸钠的溶液进行浓缩结晶，得到碳酸钠153.7g，返回脱氮固氟工序循环使用。

实施例3：

本发明利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，该制备方法的详细步骤如下：

a、首先以铝灰为原料，采用申请号202010059394.3发明专利申请说明书中实施例五公开的方法焙烧制成粗沸石产品1000g，即熟料A1000g；

b、将步骤a所得熟料A中加入6000g工业纯水搅拌进行浸出，浸出时间为60min，浸出后进行固液分离，分离得到686g滤饼B和含铝酸钠的溶液6314克；所得滤饼B进行烘干，得到沸石产品；

c、将步骤b所得含铝酸钠的溶液中持续通入CO

d、将步骤c所得白色沉淀进行烘干，烘干后得到氢氧化铝产品；所得含碳酸钠的溶液进行浓缩结晶，得到碳酸钠138.2克，返回脱氮固氟工序循环使用。

实施例4：

本发明利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，该制备方法的详细步骤如下：

a、首先以铝灰为原料，采用申请号202010059394.3发明专利申请说明书中实施例三公开的方法焙烧制成粗沸石产品1000g，即熟料A1000g；

b、将步骤a所得熟料A中加入5000g工业纯水搅拌进行浸出，浸出时间为75min，浸出后进行固液分离，分离得到707g滤饼B和含铝酸钠的溶液5293克；所得滤饼B进行烘干，得到沸石产品；

c、将步骤b所得含铝酸钠的溶液中持续通入CO

d、将步骤c所得白色沉淀进行烘干，烘干后得到氢氧化铝产品；所得含碳酸钠的溶液进行浓缩结晶，得到碳酸钠124.6克，返回脱氮固氟工序循环使用。

实施例5：

本发明利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，该制备方法的详细步骤如下：

a、首先以铝灰为原料，采用申请号202010059394.3发明专利申请说明书中实施例四公开的方法焙烧制成粗沸石产品1000g，即熟料A1000g；

b、将步骤a所得熟料A中加入4000g工业纯水搅拌进行浸出，浸出时间为90min，浸出后进行固液分离，分离得到723g滤饼B和含铝酸钠的溶液4277克；所得滤饼B进行烘干，得到沸石产品；

c、将步骤b所得含铝酸钠的溶液中持续通入CO

d、将步骤c所得白色沉淀进行烘干，烘干后得到氢氧化铝产品；所得含碳酸钠的溶液进行浓缩结晶，得到碳酸钠114.3克，返回脱氮固氟工序循环使用。

实施例6：

本发明利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，该制备方法的详细步骤如下：

a、首先以铝灰为原料，采用申请号202010059394.3发明专利申请说明书中实施例二公开的方法焙烧制成粗沸石产品1000g，即熟料A1000g；

b、将步骤a所得熟料A中加入2000g工业纯水搅拌进行浸出，浸出时间为60min，浸出后进行固液分离，分离得到815g滤饼B和含铝酸钠的溶液2185克；所得滤饼B进行烘干，得到沸石产品；

c、将步骤b所得含铝酸钠的溶液中持续通入CO

d、将步骤c所得白色沉淀进行烘干，烘干后得到氢氧化铝产品；所得含碳酸钠的溶液进行浓缩结晶，得到碳酸钠54.9克，返回脱氮固氟工序循环使用。

实施例7：

本发明利用铝灰脱氮固氟熟料制备氢氧化铝的方法，该制备方法的详细步骤如下：

a、首先以铝灰为原料，采用申请号202010059394.3发明专利申请说明书中实施例二、三、五的混合原料焙烧制成粗沸石产品1000g，即熟料A1000g；

b、将步骤a所得熟料A中加入9000g工业纯水搅拌进行浸出，浸出时间为20min，浸出后进行固液分离，分离得到799g滤饼B和含铝酸钠的溶液9201克；所得滤饼B进行烘干，得到沸石产品；

c、将步骤b所得含铝酸钠的溶液中持续通入CO

d、将步骤c所得白色沉淀进行烘干，烘干后得到氢氧化铝产品；所得含碳酸钠的溶液进行浓缩结晶，得到碳酸钠65.2克，返回脱氮固氟工序循环使用。