專利名稱：一種生產(chǎn)氧化鋁新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種氧化鋁生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的生產(chǎn)氧化鋁的方法是用低硅高鋁的鋁土礦(鋁硅比≥4)為原料采用拜爾法或傳統(tǒng)的燒結(jié)法工藝生產(chǎn)而成。國(guó)內(nèi)鋁土礦儲(chǔ)量逐年減少，品位不斷下降，生產(chǎn)成本越來(lái)越高。傳統(tǒng)的燒結(jié)法即把鋁土礦、石灰石、煤與燒堿一起按比例混合煅燒，熟料呈硬塊狀，浸取時(shí)必須先破碎，用水浸取。其缺點(diǎn)是燒堿對(duì)設(shè)備有腐蝕性，燒成溫度高，浸出液純度低，工藝復(fù)雜，成本高，工業(yè)廢渣堆集如山，污染環(huán)境。
近年來(lái)國(guó)內(nèi)有根據(jù)國(guó)外技術(shù)改進(jìn)的煅燒新工藝生產(chǎn)氧化鋁，以粉煤灰為原料，把粉煤灰與石灰石粉碎后經(jīng)爐外預(yù)熱分解、入窯進(jìn)行煅燒生產(chǎn)，對(duì)熟料進(jìn)行堿液浸取生產(chǎn)氧化鋁。其技術(shù)核心是“爐外五級(jí)預(yù)熱與分解，噴煤粉煅燒，專用冷卻設(shè)備快速冷卻，與電廠、鍋爐形成整體，余熱利用，硅渣生產(chǎn)水泥”，其缺點(diǎn)是投資大，流程長(zhǎng)，工藝環(huán)節(jié)過(guò)多，成本高，當(dāng)鋁硅比≤1時(shí)，氧化鋁產(chǎn)出少，水泥產(chǎn)出多，主副產(chǎn)品位置顛倒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可用高硅低鋁的原料，采用簡(jiǎn)單低成本工藝，綜合利用提高效益，生產(chǎn)出高純度氧化鋁和附屬產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是將Al2O3≥30％的高嶺巖或粉煤灰先期脫硅，脫硅流程為將高嶺巖破碎成60-325目(如用粉煤灰為原料不需粉碎)，在煅燒爐內(nèi)煅燒1-4小時(shí)，溫度控制在900-1100℃，煅燒高嶺土粉用濃度為14-18％的NaOH燒堿液，加助劑(水玻璃或九水硅酸鈉)，固液比4-7ml/g進(jìn)行脫硅反應(yīng)，固液分離，液體荷化反應(yīng)后循環(huán)使用，固體為完成脫硅的高嶺巖，用于自粉碎燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的原料。
脫硅后的高嶺巖烘干與石灰石、煤按一定比例混合粉碎，成球后不用預(yù)熱與爐外分解，直接進(jìn)立窖燒成自粉碎熟料粉；再用5-8％碳酸鈉稀堿液浸取后，固液比1∶4，溫度75-90℃，反應(yīng)20分鐘浸取兩次。渣液分離；浸取液用洛合劑洛合反應(yīng)提純，固體渣清洗后送水泥工段；自粉碎煅燒立窯產(chǎn)生的廢氣回收凈化，產(chǎn)生純凈的CO2氣體與NaAl2O3溶液進(jìn)行炭化反應(yīng)、清洗，洗液返回浸出工段，沉淀為膏體Al(OH)3，氫氧化鋁膏體烘干為氫氧化鋁產(chǎn)品。入爐進(jìn)行轉(zhuǎn)變晶型結(jié)構(gòu)成為氧化鋁各種產(chǎn)品。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果是1、本發(fā)明利用的含鋁原料為高嶺石、粉煤灰、油頁(yè)巖等含鋁礦物，對(duì)原料要求不高，CaO2≥52％，高嶺石≥32％，原材料豐富，解決了鋁土資源短缺問(wèn)題。所用工業(yè)廢渣鋁硅比≤1，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，符合環(huán)保要求。2、先期脫硅工藝調(diào)整鋁硅比例，使硅含量降低50％以上，鋁硅比≥4，為本發(fā)明的自粉碎燒結(jié)法提供了優(yōu)質(zhì)原料。在高嶺土焙燒的現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，利用煤系高嶺巖在焙燒中，將化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的SiO2轉(zhuǎn)變?yōu)橐子趬A反應(yīng)的SiO2，而使Al2O3保持惰性，借助堿的作用脫硅保鋁，一步浸取完成先期脫硅。3、“自粉碎燒結(jié)法”可以達(dá)到在一個(gè)煅燒爐工段內(nèi)既完成原料相互之間的固液相反應(yīng)，又完成硅酸二鈣在β-γ的晶型轉(zhuǎn)變，在爐內(nèi)即開(kāi)始形成自粉碎熟料，粉料粒度達(dá)到≤60hm。不用燒堿，不腐蝕設(shè)備，燒成溫度低，浸出不破碎，產(chǎn)品純度高。4、浸取后廢渣含硅酸二鈣≥70％，且細(xì)度≤60hm，是生產(chǎn)水泥的最佳原料，可聯(lián)產(chǎn)高標(biāo)號(hào)水泥；自粉碎燒結(jié)法產(chǎn)生的廢氣經(jīng)收集洗滌，形成純凈的CO2氣體，作為原料氣體炭化鋁酸鈉。兩項(xiàng)綜合利用既解決了環(huán)境污染問(wèn)題，又降低了生產(chǎn)成本。5、可在同一生產(chǎn)線上多品種生產(chǎn)，市場(chǎng)適應(yīng)性很強(qiáng)。


附圖1為先期脫硅工藝流程圖。
附圖2為生產(chǎn)氧化鋁新工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式一、高嶺土或粉煤灰先期脫硅生產(chǎn)工藝先期脫硅工藝流程如附圖1所示。把高嶺巖粉碎到60-325目，經(jīng)900℃-1100℃焙燒1-4小時(shí)(如用粉煤灰則不用粉碎與焙燒)，用濃度為14-18％NaOH堿液，添加助劑水玻璃(添加量為脫硅堿液體積的1/50-1/30)或九水硅酸鈉(添加量為5-7g/150ml)，在80℃-95℃下反應(yīng)60-90分鐘，即完成脫硅處理。其中液固比為4-7ml/g。
二、氧化鋁生產(chǎn)工藝生產(chǎn)氧化鋁新工藝流程圖如圖2所示。先期脫硅后的高嶺巖或粉煤灰與石灰石、煤按一定比例混合后，粉碎到60-325目，成球后進(jìn)窖燒焙燒，成自粉碎熟料粉。該立窯不用爐外預(yù)熱與爐外分解，可直接將料入窯焙燒。再用5-8％碳酸鈉稀堿液浸取，固液比1∶4，溫度75-90℃，反應(yīng)20分鐘浸取兩次。然后固液分離，濾液采用洛合反應(yīng)提純，產(chǎn)品純度可達(dá)99.9％。固渣清洗三次送生產(chǎn)水泥工段；自粉碎煅燒立窯產(chǎn)生的廢氣回收凈化為純凈的CO2氣體，存入儲(chǔ)罐。將CO2與NaAl2O3溶液進(jìn)行炭化反應(yīng)、清洗，洗液返回浸出工段，沉淀為膏體Al(OH)3。氫氧化鋁膏體烘干為氫氧化鋁產(chǎn)品。用烘干的氫氧化鋁產(chǎn)品入爐進(jìn)行轉(zhuǎn)變晶型結(jié)構(gòu)，成氧化鋁各種產(chǎn)品。
本發(fā)明與目前國(guó)內(nèi)改革國(guó)外煅燒工藝—爐外分解、預(yù)熱，用粉煤灰與石灰石生產(chǎn)氧化鋁新工藝有實(shí)質(zhì)性進(jìn)步，主要區(qū)別在于1、原料不同原工藝原料為粉煤灰，本發(fā)明原料不僅用粉煤灰，更主要用高嶺巖，開(kāi)拓了原料新領(lǐng)域。
2、采用了全新的脫硅工藝，此工藝改變了原料中的鋁硅比含量，由原來(lái)的≤1脫硅后成為≥4，從根本上改變了原料與工藝的性質(zhì)。
3、核心部分的自粉碎燒結(jié)法煅燒工藝，原工藝是爐外預(yù)熱、分解技術(shù)的改進(jìn)，而且是五級(jí)旋風(fēng)與軸留預(yù)熱，熱源采用噴煤粉煅燒，專用設(shè)備冷卻；本發(fā)明不用爐外預(yù)熱與爐外分解，更不用專用設(shè)備冷卻，而是用立窖或回轉(zhuǎn)窖經(jīng)過(guò)改進(jìn)，一次性直接從爐內(nèi)完成了預(yù)熱、分解、固液反應(yīng)、冷卻、自粉碎全過(guò)程。大大縮短了工藝流程，減少投資50％。
4、原料配比上，原工藝是用粉煤灰、石灰石按摩爾比配料，向爐內(nèi)噴煤粉；本發(fā)明是用高嶺巖、石灰石、煤按摩爾比與熱能換算配比，煅燒時(shí)無(wú)二次熱源，不用噴煤粉。
5、原工藝對(duì)煅燒爐廢氣無(wú)回收利用，本發(fā)明將煅燒廢氣回收、凈化為原料CO2進(jìn)行炭化利用，既解決了環(huán)保問(wèn)題，又降低了原料成本。
6、本發(fā)明用西南師大洛合劑提純，與Ca(OH)3提純相結(jié)合，提純工藝先進(jìn)，產(chǎn)品純度高。原工藝只用Ca(OH)3提純，產(chǎn)品純度低。
7、生產(chǎn)成本較低，設(shè)備投入少，石灰石用量減少40％，高嶺巖脫硅后可用拜爾法生產(chǎn)，成本相對(duì)較低；而原工藝只有在聯(lián)產(chǎn)電、水泥的基礎(chǔ)上方可降低成本。
本發(fā)明的主要技術(shù)參數(shù)1、先期脫硅高嶺巖粉碎到60-325目；焙燒溫度900℃-1100℃，時(shí)間1-4小時(shí)，燒堿(NaOH)濃度14-18％，液固比4-7ml/g，反應(yīng)溫度80-95℃，反應(yīng)時(shí)間60-90分鐘。助劑填加量水玻璃為1/50-1/30或九水堿酸鈉5-7g/150ml。
2、石灰石與高嶺巖或粉煤灰的質(zhì)量要求，石灰石CaO含量≥52％，雜質(zhì)少；高嶺巖或粉煤灰Al2O3≥32％。
3、石灰石、高嶺巖、煤配比要求以在熟料中形成的硅酸二鈣(2CaO SiO2)、7鋁酸12鈣(12CaO 7Al2O3)、鐵酸二鈣(2CaOFa2O3)和鈦酸二鈣(2CaO TiO2)為準(zhǔn)計(jì)算合理配比。各組份的摩爾比為CaO∶SiO2＝2，CaO∶Al2O3＝1.7，CaO∶Fe2O3＝2，CaO∶TiO2＝2，煤占8-15％。
4、高溫形成的β_2CaOSiO2密度為3000-3300kg/m3轉(zhuǎn)變?yōu)棣胈2CaO SiO2密度為2700-3000kg/m3時(shí)的晶形轉(zhuǎn)變溫度400-600℃左右，緩慢冷卻，體積澎漲10％，形成自粉碎細(xì)料。這是自粉碎法的核心原理。
5、自粉碎焙燒溫度1200-1500℃，焙燒時(shí)間1小時(shí)左右，入爐球形5-15cm。
6、碳酸鈉溶液濃度5-7％，反應(yīng)20分鐘，溫度75-80℃，固液比1∶4-6，浸出兩次。
7、Ca(OH)2脫硅加入量與傳統(tǒng)方法一致。CO2氣體加入量可視反應(yīng)情況隨時(shí)控制。
8、氫氧化鋁生產(chǎn)氧化鋁，焙燒溫度根據(jù)產(chǎn)品種類確定在600-1450℃。
本發(fā)明的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為(1)高嶺巖礦物焙燒化學(xué)反應(yīng)
(2)先期脫硅反應(yīng)
(副反應(yīng))(3)自粉碎燒結(jié)反應(yīng)7(Al2O32SO22H2O)+40CaCO3——12CaO 7Al2O3高嶺石石灰石鋁酸鈣+14(β_2CaO SiO2)+14H2O+40CO2硅酸鈣β_2CaO SiO2——γ_2CaO SiO2(自粉化)(4)稀堿液浸取自粉碎料
(鋁酸鈉)(5)鋁酸鈉溶液脫硅處理
(硅酸鈉) (鋁硅酸鈣)(6)碳化處理
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)氧化鋁的新工藝，其特征在于對(duì)含高硅低鋁的高嶺巖或粉煤灰原料先期脫硅，使鋁硅比從≤1提高到≥4，采用自粉碎燒結(jié)法燒成熟料粉，用稀堿液浸取，洛合反應(yīng)提純，煅燒窯廢氣回收凈化為純凈CO2氣體與NaAl2O3溶液進(jìn)行炭化反應(yīng)，清洗沉淀為Al(OH)3膏體，經(jīng)烘干入爐轉(zhuǎn)變晶型結(jié)構(gòu)，成為氧化鋁各種產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)氧化鋁新工藝，其特征在于所述的高嶺巖先期脫硅的工藝流程為將高嶺巖破碎成60-325目，在煅燒爐內(nèi)煅燒1-4小時(shí)，煅燒爐內(nèi)溫度控制在900-1100℃；煅燒高嶺土粉用濃度為14-18％的NaOH燒堿液，加助劑進(jìn)行脫硅反應(yīng)，固液比為4-7ml/g，溫度80-95℃，反應(yīng)時(shí)間60-90分鐘，助劑為1/50-1/30量的水玻璃或5-7g/150ml量的九水硅酸鈉；固液分離后固體為脫硅后的高嶺巖。
3.如權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)氧化鋁新工藝，其特征在于所述的生產(chǎn)氧化鋁新工藝流程是將脫硅后的高嶺巖烘干，與石灰石、煤按一定比例混合粉碎，成球后不用預(yù)熱與爐外分解，直接入窯燒成自粉碎熟料粉；再用5-8％碳酸鈉稀堿液浸取后，固液比1∶4，溫度75-90℃，反應(yīng)20分鐘浸取兩次，渣液分離；浸取液用洛合劑洛合反應(yīng)提純，固體渣清洗后送水泥工段；自粉碎煅燒立窯產(chǎn)生的廢氣回收凈化，產(chǎn)生純凈的CO2氣體與NaAl2O3溶液進(jìn)行炭化反應(yīng)、清洗，洗液返回浸出工序，沉淀為膏體Al(OH)3，氫氧化鋁膏體烘干為氫氧化鋁產(chǎn)品，入爐進(jìn)行轉(zhuǎn)變晶型結(jié)構(gòu)成為氧化鋁各種產(chǎn)品，根據(jù)不同的產(chǎn)品品種與要求，轉(zhuǎn)型溫度為600-1450℃。
4.如權(quán)利要求1、2所述的生產(chǎn)氧化鋁新工藝，其特征在于所述的自粉碎燒結(jié)法生產(chǎn)熟料粉的流程和參數(shù)是脫硅后的高嶺巖與石灰石、煤原料配比為以熟料中形成的2CaOSiO2，12CaO7Al2O3，2CaOFe2O3，2CaOTiO2為準(zhǔn)計(jì)算合理配比，按各組份的摩爾比CaO∶SiO2＝2，CaO∶Al2O3＝1.7，CaO∶Fe2O3＝2，CaO∶TiO2＝2，煤占8-15％；混合破碎到60-325目，成球5-15cm入窯后烘干，預(yù)熱，高溫1200-1500℃鍛燒1小時(shí)后緩慢冷卻到400-600℃，使β_2CaOSiO2轉(zhuǎn)變?yōu)棣胈2CaOSiO2，密度3000-3300kg/m3轉(zhuǎn)變?yōu)?700-3000kg/m3，體積澎漲10％，在窯內(nèi)一步形成自粉碎細(xì)料。
5.如權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)氧化鋁新工藝，其特征在于所述的自粉碎燒結(jié)法生產(chǎn)熟料粉的流程和參數(shù)是脫硅后的高嶺巖與石灰石、煤原料配比為以熟料中2CaOSiO2，12CaO7Al2O3，2CaOFe2O3，2CaOTiO2為準(zhǔn)計(jì)算合理配比，按各組份的摩爾比CaO∶SiO2＝2，CaO∶Al2O3＝1.7，CaO∶Fe2O3＝2，CaO∶TiO2＝2，煤占8-15％，混合破碎到60-325目，成球5-15cm入窯后烘干，預(yù)熱，高溫1200-1500℃鍛燒1小時(shí)后緩慢冷卻到400-600℃，使β_2CaOSiO2轉(zhuǎn)變?yōu)棣胈2CaOSiO2，密度3000-3300kg/m3轉(zhuǎn)變?yōu)?700-3000kg/m3，體積澎漲10％，在窯內(nèi)一步形成自粉碎細(xì)料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種生產(chǎn)氧化鋁新工藝，其特征是采用先期脫硅將高嶺巖、粉煤灰等高硅低鋁原料轉(zhuǎn)化為鋁硅比≥4，用自粉碎燒結(jié)法混合焙燒，碳酸鈉稀堿液浸取，洛合反應(yīng)提純；自粉碎煅燒立窯產(chǎn)生的廢氣回收凈化為純凈CO
文檔編號(hào)C01F7/30GK1623901SQ20041006296
公開(kāi)日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月2日
發(fā)明者郭長(zhǎng)征, 陳伯清 申請(qǐng)人:郭長(zhǎng)征, 陳伯清