本發(fā)明涉及到冶金工業(yè)中固體廢棄物資源化利用領(lǐng)域，具體的說是一種熔煉鋁灰制備棕剛玉的方法。

背景技術(shù)：

棕剛玉是以鋁礬土、焦碳（無煙煤）為主要原料，在電弧爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成棕褐色人造剛玉，又稱為金剛砂。主要含有95.0%～97.0%的Al₂O₃，其余為少量的Fe₂O₃、SiO₂、TiO₂等。棕剛玉具有純度高，結(jié)晶好，流動(dòng)性強(qiáng)，線膨脹系數(shù)低，耐腐蝕的特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。隨著棕剛玉生產(chǎn)主要原料高品位鋁礬土資源的枯竭，用于生產(chǎn)棕剛玉的鋁礬土品味越來越低，已成為制約棕剛玉行業(yè)發(fā)展的最主要因素，所以尋找生產(chǎn)棕剛玉用鋁礬土的替代資源成為科研人員急需解決的關(guān)鍵問題。

鋁灰是電解鋁、金屬鋁合金鑄造、金屬鋁回收等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熔渣。主要含有Al₂O₃、SiO₂、CaO、Fe₂O₃、MgO及單質(zhì)Al和一些氮化物和氯化物。我國(guó)每年生產(chǎn)的鋁灰高達(dá)112萬～180萬t。鋁灰作為一種可再生資源主要用于生產(chǎn)硫酸鋁、棕剛玉、合成聚合氯化鋁、合成油墨用氧化鋁以及作為路用材料等技術(shù)領(lǐng)域。就目前以公開的相關(guān)專利而言，如利用鋁灰生產(chǎn)棕剛玉的方法（200610148219.1）、生產(chǎn)棕剛玉用鋁灰的處理工藝（201310205937.8）、一種用于剛玉生產(chǎn)的鋁灰處理系統(tǒng)（201510123613.9）、使用鋁灰低溫冶煉生產(chǎn)棕剛玉的方法（201310205936.3）等相關(guān)專利。主要存在著工藝復(fù)雜、生產(chǎn)能耗高、產(chǎn)品理化指標(biāo)不合格、二次污染等問題。因此開發(fā)一種工藝簡(jiǎn)單，能耗低、無二次污染的鋁灰資源化再利用技術(shù)處理技術(shù)，在解決鋁灰存放造成的環(huán)境污染和土地占用問題的同時(shí)，又解決了棕剛玉生產(chǎn)用高鋁礬土資源短缺的問題，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有利用鋁灰生產(chǎn)棕剛玉時(shí)存在的工藝復(fù)雜、能耗高、產(chǎn)品理化指標(biāo)不合格、二次污染等問題，本發(fā)明提供了一種熔煉鋁灰制備棕剛玉的方法，該方法具有工藝簡(jiǎn)單、工藝控制條件溫和、設(shè)備生產(chǎn)效率高、設(shè)備投資小，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了鋁灰的無害化處理和資源化利用，解決了用于棕剛玉生產(chǎn)原料的高鋁礬土資源枯竭的問題，降低了棕剛玉的生產(chǎn)成本。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種熔煉鋁灰制備棕剛玉的方法，首先對(duì)鋁灰依次進(jìn)行酸化處理和堿化處理，而后固液分離得到的鋁灰依次進(jìn)行干燥脫水和高溫煅燒，待其冷卻后與鐵屑、焦炭混合進(jìn)行熔煉，從而得到棕剛玉產(chǎn)品，所述熔煉時(shí)，煅燒后的鋁灰、鐵屑和焦炭按照重量比100:3-4:8-13的比例混合，在2300-2700℃條件下熔煉煉2-3h，然后冷卻、破碎、分級(jí)即制得棕剛玉產(chǎn)品。

所述堿化處理時(shí)，在鋁灰漿中加入鋁灰總重量0.02-0.05%的助劑，該助劑包含EDTA、十二烷基多糖苷、十二烷基二羥乙基甜菜堿、十二烷基苯磺酸鈉、二異丙基萘磺酸鈉、聚丙烯酰胺和N-月桂?；劝彼岫』０分兄辽僖环N物質(zhì)。

所述助劑為EDTA、十二烷基多糖苷、十二烷基苯磺酸鈉、二異丙基萘磺酸鈉、聚丙烯酰胺、N-月桂酰基谷氨酸二丁基酰胺中至少一種與十二烷基二羥乙基甜菜堿按重量比500-850:1的比例混合得到。

所述助劑中還含有粒徑為3-20nm的活性氧化鋁微粉和活性氧化鋁微粉重量100-500%的丙醛，且活性氧化鋁微粉的量為鋁灰總重量的0.01-0.05%。

所述鋁灰進(jìn)行酸化處理之前先將鋁灰與水按照重量比為0.5-2:1的比例混合均勻制成鋁灰漿。

所述酸化處理是在鋁灰漿中加入酸，以控制鋁灰漿的pH值為3.5-5，并在溫度為45-90℃的攪拌條件下反應(yīng)0.5-2.5h。

所述的酸為工業(yè)級(jí)鹽酸、硝酸、硫酸的一種或兩種以上的組合物。

所述堿化處理是在經(jīng)酸化處理后的漿體中加入堿，以控制其pH值為6.5-8，并在溫度為25-40℃的攪拌條件下反應(yīng)2-4h。

所述堿為工業(yè)級(jí)氨水、氫氧化鈉和氫氧化鉀中的一種或兩種以上的組合物。

所述固液分離后得到的濾液用于制備鋁灰漿；固液分離得到的鋁灰依次在120-300℃的溫度下脫水、1150-1300℃的條件下煅燒0.5-2.0h，而后以300-400℃/min的降溫速率急速冷卻處理，之后再與鐵屑、焦炭混合進(jìn)行2300-2700℃條件下高溫熔煉2-3小時(shí)，經(jīng)冷卻、破碎、分級(jí)即可制得棕剛玉產(chǎn)品。

本發(fā)明中，酸化處理和堿化處理選用的反應(yīng)器為通用型槽式和釜式反應(yīng)器，煅燒后的鋁灰與鐵屑、焦炭混合熔煉是在三相電弧爐中進(jìn)行的。鋁灰漿料處理后的固液分離設(shè)備為單級(jí)或多級(jí)電動(dòng)離心分離機(jī)、袋式真空過濾機(jī)、盤式真空過濾機(jī)。干燥脫水設(shè)備為單級(jí)或多級(jí)滾筒式干燥機(jī)、機(jī)械攪拌式干燥機(jī)、回轉(zhuǎn)式干燥機(jī)、氣流式干燥機(jī)、振動(dòng)式干燥機(jī)以及微波干燥設(shè)備。高溫煅燒設(shè)備為氣體懸浮焙燒爐。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了鋁灰的無害化處理和資源化利用，解決了用于棕剛玉生產(chǎn)原料的高鋁礬土資源枯竭的問題，降低了棕剛玉的生產(chǎn)成本；

2）本發(fā)明在鋁灰預(yù)處理時(shí)采用在堿化過程中添加助劑的技術(shù)手段，提高和改善Al(OH)₃晶體的有效成分含量和過濾性能；添加EDTA等助劑使其與反應(yīng)物系中的Fe³⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)形成水溶性絡(luò)合物，降低Al(OH)₃晶體中雜質(zhì)金屬離子的含量；添加表面活性劑，調(diào)整Al(OH)₃晶體與水溶液之間固-液界面的表面張力，控制Al(OH)₃晶體的生長(zhǎng)速率，提高和改善物料的粒度分布和顆粒形貌；

3）本發(fā)明采用EDTA、十二烷基多糖苷、十二烷基苯磺酸鈉、二異丙基萘磺酸鈉、聚丙烯酰胺、N-月桂?；劝彼岫』０分兄辽僖环N與十二烷基二羥乙基甜菜堿按重量比500-850:1的比例混合得到助劑，助劑中含有的磺基甜菜堿在加入體系初期的酸性環(huán)境中，能使EDTA和聚丙烯酰胺更好的分散在反應(yīng)體系中，從而有助于金屬離子的絡(luò)合去除；在反應(yīng)體系后期的堿性環(huán)境中，磺基甜菜堿能和其他表面活性劑更好的調(diào)整Al(OH)₃晶體與水溶液之間固-液界面的表面張力，從而控制Al(OH)₃晶體的生長(zhǎng)速率，提高和改善Al(OH)₃晶體的粒度和顆粒形貌，從而提高Al(OH)₃晶體的過濾性能，降低其含水率和干燥能耗；

4）本發(fā)明通過在助劑中額外加入丙醛和活性氧化鋁微粉，能夠進(jìn)一步改善Al₂O₃的結(jié)晶環(huán)境，大幅度提高Al₂O₃晶體的粒度和產(chǎn)品過濾性能；

5）本發(fā)明控制酸化和堿化處理的反應(yīng)溫度及pH值、選用高效率的干燥和焙燒設(shè)備，提高了生產(chǎn)效率和設(shè)備單位有效容積的生產(chǎn)能力，降低設(shè)備投資和生產(chǎn)成本；

6）本發(fā)明對(duì)鋁灰的預(yù)先處理工藝簡(jiǎn)單、工藝控制條件溫和、設(shè)備生產(chǎn)效率高、設(shè)備投資小，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性生產(chǎn)，而且處理后的鋁灰中Al₂O₃含量高，處理成本低，處理過程中實(shí)現(xiàn)了濾液的循環(huán)利用，沒有造成二次污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式中對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。

實(shí)施例1

一種熔煉鋁灰制備棕剛玉的方法，首先將鋁灰與水按照重量比為0.5:1的比例混合均勻制成鋁灰漿，然后對(duì)鋁灰漿依次進(jìn)行酸化處理和堿化處理，而后進(jìn)行固液分離，固液分離后得到的濾液用于制備鋁灰漿，固液分離得到的鋁灰依次在300℃的溫度下脫水、1150℃的條件下高溫煅燒2.0h，而后以300℃/min的降溫速率急速冷卻，待其完全冷卻后與鐵屑、焦炭混合進(jìn)行熔煉，從而得到棕剛玉產(chǎn)品，熔煉時(shí)，煅燒后的鋁灰、鐵屑和焦炭按照重量比100:3:8的比例混合，在2300℃高溫熔煉2h，然后冷卻即制得棕剛玉產(chǎn)品；

所述酸化處理是在鋁灰漿中加入酸，以控制鋁灰漿的pH值為5，并在溫度為90℃的攪拌條件下反應(yīng)0.5h，所述堿化處理是在鋁灰漿中加入堿，以控制鋁灰漿的pH值為8，并在溫度為40℃的攪拌條件下反應(yīng)2h，在堿化處理時(shí)，向鋁灰漿中加入鋁灰總重量0.02%的助劑，該助劑為EDTA和十二烷基二羥乙基甜菜堿質(zhì)量比為500:1的混合助劑。

本實(shí)施例中所用的酸為工業(yè)級(jí)硫酸，而且酸化處理中，物料持有量占處理容器內(nèi)有效容積的0.6；

所用的堿為氫氧化鈉，氫氧化鈉加入時(shí)以水溶液的形式加入，氫氧化鈉溶液的濃度為40%。

本實(shí)施例所得棕剛玉產(chǎn)品中Al₂O₃含量為94.16%，產(chǎn)品回收率為92.41%。

實(shí)施例2

一種熔煉鋁灰制備棕剛玉的方法，首先將鋁灰與水按照重量比為2:1的比例混合均勻制成鋁灰漿，然后對(duì)鋁灰漿依次進(jìn)行酸化處理和堿化處理，而后進(jìn)行固液分離，固液分離后得到的濾液用于制備鋁灰漿，固液分離得到的鋁灰依次在120℃的溫度下脫水、1300℃的條件下高溫煅燒0.5h，而后以400℃/min的降溫速率急速冷卻，待其完全冷卻后與鐵屑、焦炭混合進(jìn)行熔煉，從而得到棕剛玉產(chǎn)品，熔煉時(shí)，煅燒后的鋁灰、鐵屑和焦炭按照重量比100:4:13的比例混合，在2700℃高溫熔煉3h，然后冷卻即制得棕剛玉產(chǎn)品；

所述酸化處理是在鋁灰漿中加入酸，以控制鋁灰漿的pH值為3.5，并在溫度為45℃的攪拌條件下反應(yīng)2.5h，所述堿化處理是在鋁灰漿中加入堿，以控制鋁灰漿的pH值為6.5，并在溫度為25℃的攪拌條件下反應(yīng)4h，在堿化處理時(shí)，向鋁灰漿中加入鋁灰總重量0.05%的助劑，該助劑為聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基二羥乙基甜菜堿質(zhì)量比為400:300:1的混合助劑。

本實(shí)施例中所用的酸為工業(yè)級(jí)鹽酸；

所用的堿為氫氧化鉀，氫氧化鉀加入時(shí)以水溶液的形式加入，氫氧化鉀溶液的濃度為20%。

本實(shí)施例所得棕剛玉產(chǎn)品中Al₂O₃含量為95.21%，產(chǎn)品回收率為85.9%。

實(shí)施例3

一種熔煉鋁灰制備棕剛玉的方法，首先將鋁灰與水按照重量比為1:1的比例混合均勻制成鋁灰漿，然后對(duì)鋁灰漿依次進(jìn)行酸化處理和堿化處理，而后進(jìn)行固液分離，固液分離后得到的濾液用于制備鋁灰漿，固液分離得到的鋁灰依次在210℃的溫度下脫水、1220℃的條件下高溫煅燒1.5h，而后以350℃/min的降溫速率急速冷卻，待其完全冷卻后與鐵屑、焦炭混合進(jìn)行熔煉，從而得到棕剛玉產(chǎn)品，熔煉時(shí)，煅燒后的鋁灰、鐵屑和焦炭按照重量比100:3.5:10.5的比例混合，在2500℃高溫熔煉2.5h，然后冷卻即制得棕剛玉產(chǎn)品；

所述酸化處理是在鋁灰漿中加入酸，以控制鋁灰漿的pH值為4.2，并在溫度為70℃的攪拌條件下反應(yīng)1.2h，所述堿化處理是在鋁灰漿中加入堿，以控制鋁灰漿的pH值為7.3，并在溫度為32℃的攪拌條件下反應(yīng)3h，在堿化處理時(shí)，向鋁灰漿中加入鋁灰總重量0.035%的助劑，該助劑為十二烷基多糖苷、二異丙基萘磺酸鈉、N-月桂?；劝彼岫』０泛褪榛u乙基甜菜堿質(zhì)量比為400:200:200:1的混合助劑。

本實(shí)施例中所用的酸為工業(yè)級(jí)硝酸；

所用的堿為工業(yè)級(jí)氨水。

本實(shí)施例所得棕剛玉產(chǎn)品中Al₂O₃含量為97.47%，產(chǎn)品回收率為90.8%。

實(shí)施例4

該實(shí)施例與實(shí)施例1的工藝完全相同，但是在堿化處理時(shí)加入的助劑中還含有粒徑為3-20nm的活性氧化鋁微粉和活性氧化鋁微粉重量100%的丙醛，且活性氧化鋁微粉的量為鋁灰總重量的0.01%。

本實(shí)施例所得棕剛玉產(chǎn)品中Al₂O₃含量為94.64%，產(chǎn)品回收率為92.82%。

實(shí)施例5

該實(shí)施例與實(shí)施例2的工藝完全相同，但是在堿化處理時(shí)加入的助劑中還含有粒徑為3-20nm的活性氧化鋁微粉和活性氧化鋁微粉重量500%的丙醛，且活性氧化鋁微粉的量為鋁灰總重量的0.05%。

本實(shí)施例所得棕剛玉產(chǎn)品中Al₂O₃含量為95.24%，產(chǎn)品回收率為86.2%。

實(shí)施例6

該實(shí)施例與實(shí)施例3的工藝完全相同，但是在堿化處理時(shí)加入的助劑中還含有粒徑為3-20nm的活性氧化鋁微粉和活性氧化鋁微粉重量300%的丙醛，且活性氧化鋁微粉的量為鋁灰總重量的0.03%。

本實(shí)施例所得棕剛玉產(chǎn)品中Al₂O₃含量為97.48%，產(chǎn)品回收率為91.3%。

對(duì)比試驗(yàn)

為了驗(yàn)證本發(fā)明的方法對(duì)鋁灰處理后品質(zhì)的提高，特進(jìn)行如下對(duì)比試驗(yàn)，并對(duì)處理后鋁灰中各成分的含量進(jìn)行測(cè)定；

選取三組鋁灰進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，其中一組嚴(yán)格按照實(shí)施例3的工藝條件對(duì)鋁灰進(jìn)行酸化、堿化、脫水和高溫煅燒和熔煉處理，冷卻后得到棕剛玉產(chǎn)品Ⅰ，另一組仍然以實(shí)施例3的工藝條件對(duì)鋁灰進(jìn)行酸化、堿化、脫水和高溫煅燒和熔煉處理，但是在堿化處理中并未加入助劑，最后冷卻得到棕剛玉產(chǎn)品Ⅱ，最后一組嚴(yán)格按照實(shí)施例6的工藝條件對(duì)鋁灰進(jìn)行酸化、堿化、脫水和高溫煅燒和熔煉處理，冷卻后得到棕剛玉產(chǎn)品Ⅲ，對(duì)產(chǎn)品Ⅰ、產(chǎn)品Ⅱ和產(chǎn)品Ⅲ進(jìn)行成分分析，其結(jié)果如附圖1所示。

由附圖1的分析結(jié)果可知，在堿化處理中加入助劑，能夠有效地提高產(chǎn)品中氧化鋁的含量和回收率，而在助劑中額外加入活性氧化鋁微粉和丙醛，能夠進(jìn)一步的提高產(chǎn)品中氧化鋁的含量和回收率。