專利名稱：酸鹽聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用含鋁硅酸鹽礦物(煤矸石、粘土、高嶺土)生產(chǎn)氧化鋁的方法。
目前，全世界絕大多數(shù)氧化鋁是用鋁土礦堿法生產(chǎn)的。隨著鋁土礦資源的減少及開采難度的加大，鋁的生產(chǎn)將受到影響。尋求非鋁土礦原料，研究酸法及鹽法生產(chǎn)氧化鋁的工業(yè)方法，一直是科學(xué)工作者潛心研究的課題。
我國煤矸石，粘土、高嶺土等儲量豐富，酸法和鹽法處理這些含鋁硅酸鹽礦物，原則上較堿法合理，因?yàn)樗岱ê望}法可以在工藝初期將氧化硅排除。但酸法存在一系列缺點(diǎn)鋁鹽溶液除鐵困難;需防酸設(shè)備;酸的再生困難等。由于上述缺點(diǎn)，酸法一直沒有在工業(yè)化生產(chǎn)中得到應(yīng)用。
酸堿聯(lián)合法即先用酸法處理原料，得到含鐵氫氧化鋁，再以拜耳法處理得到合格氫氧化鋁，再煅燒為氧化鋁。該法副產(chǎn)大量硫酸銨，且工藝流程長，至今也沒有工業(yè)化生產(chǎn)的先例。
酸式硫酸銨法是先將硫酸銨在380℃熱解，生成硫酸氫銨并放出氨氣。氨氣用水吸收作為中和硫酸鹽溶液用。硫酸氫銨在加壓下，在200℃左右與焙燒過的粘土礦反應(yīng)。該工藝熱解溫度高，且硫酸銨不與礦物直接燒結(jié)，而造成銨和硫的損失。
美國礦物局的硫酸銨法是一個(gè)不從氣體中再生硫酸的閉路循環(huán)法。但該法存在一些缺點(diǎn)粘土礦不經(jīng)予先焙燒，直接與硫酸銨進(jìn)行燒結(jié)，需在600℃左右才能使AL2O3轉(zhuǎn)化率提高到75%左右。我國吳錦教授對粘土和硫酸銨進(jìn)行燒結(jié)也證明了這一點(diǎn)。由于硫酸氫銨在燒結(jié)過程中分解，造成氨和硫的損失;二、該法燒結(jié)后直接溶出，氧化鋁轉(zhuǎn)化率低;三、進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)的水消耗大量熱能;四、氨水處理礬時(shí)，得到的氫氧化鋁夾雜堿性硫酸鹽，造成氫氧化鋁不純，在煅燒時(shí)造成硫的損失;五、該法在工藝過程中還需預(yù)先將三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵，增加成本。
針對美國礦物局硫酸銨閉路循環(huán)法存在的上述缺點(diǎn)，我們研究成功了酸鹽聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁新工藝。
本工藝對美國礦物局硫酸銨閉路循環(huán)法改進(jìn)要點(diǎn)為一、粘土，高嶺土預(yù)先焙燒脫水，然后在300-320℃左右與循環(huán)中的硫酸銨進(jìn)行燒結(jié)，有效地防止了銨和硫的損失。
二、硫酸銨燒結(jié)后的熟料，再加25-30%稀硫酸溶液浸取，可提高氧化鋁的轉(zhuǎn)化率。
三、離心分離的廢液分含鐵廢水與不含鐵廢水，分別作浸取和重結(jié)晶用液，降低了水的蒸發(fā)量，并防止了鋁、硫、銨的損失。
四、礬溶液與氨氣并流中和，可防止堿式硫酸鋁的生成。
五、本工藝不必加任何還原劑即可達(dá)到除鐵目的。
酸鹽聯(lián)合法基于以下化學(xué)原理
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(1)、(2)式為原料中氧化鋁在加熱的條件下，與硫酸銨反應(yīng)，放出氨氣的過程。(3)式為鋁銨礬與氨氣中和，析出氫氧化鋁的過程。若硫酸銨焙燒溫度超過硫酸分解溫度，則硫酸氨銨發(fā)生自氧化還原反應(yīng)
或造成氨和硫的損失。酸鹽聯(lián)合法采用降低(1)、(2)的溫度，使氧化鋁與硫酸銨在300-320℃下進(jìn)行焙燒后使氧化鋁轉(zhuǎn)化率達(dá)75%左右，其余未反應(yīng)的氧化鋁再加酸浸出。其反應(yīng)為
酸鹽聯(lián)合法的工藝流程為A、粘土礦在600-800℃下焙燒脫水。
B、硫酸銨焙燒焙燒脫水后的粘土礦與流程中循環(huán)的硫酸銨均勻混合，在300-320℃下進(jìn)行燒結(jié)。
C、稀酸浸出用濃度為25-30%的硫酸溶液，在100℃左右將熟料浸取約2個(gè)小時(shí)。
D、熱過濾，冷卻結(jié)晶得銨明礬。
E、銨明礬重結(jié)晶。
F、中和銨明礬溶解后與硫酸銨燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的氨氣在80℃左右熱水中中和，PH值恒定在7-8。
G、氫氧化鋁的漂洗與干燥。
H、氫氧化鋁經(jīng)煅燒得氧化鋁。
I、中和銨明礬得到的硫酸銨母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮后循環(huán)使用。
實(shí)例1已焙燒脫水的粘土礦58g與116g硫酸銨均勻混合，在320℃下進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)分解出的氨氣中和已經(jīng)制取的礬150g，中和溫度75℃，PH7-8。硫酸銨燒結(jié)后的熟料加硫酸16ml，水70ml，在110℃下浸取。熱過濾得礬213g。中和銨明礬得氫氧化鋁，將氫氧化鋁煅燒成氧化鋁17.2g。蒸發(fā)硫酸銨溶液得硫酸銨結(jié)晶92g。
實(shí)例2已焙燒脫水的粘土礦58g與132g硫酸銨均勻混合在300-320℃下進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的氨氣中和銨明礬200g，中和析出的氫氧化鋁煅燒得氧化鋁23.3g。燒結(jié)熟料加硫酸12ml，水60ml在105℃下浸取2小時(shí)，熱過濾得銨明礬185g。母液加氨水20ml中和，共得硫酸銨122g。
氧化鋁經(jīng)分析SiO20.02%，F(xiàn)e2O30.01%，Al2O399.03%，水份0.45%，優(yōu)于國標(biāo)一級品。
權(quán)利要求
1.一種利用煤矸石，高嶺土、粘土生產(chǎn)氧化鋁的工藝方法，其特征在于將含鋁硅酸鹽礦物焙燒脫水，再加入循環(huán)中的硫酸銨進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后的熟料再加入稀硫酸浸取，浸取料熱過濾得銨明礬，銨明礬重結(jié)晶除雜質(zhì)后溶解與硫酸銨燒結(jié)段分解出的氨氣并流中和析出氫氧化鋁，母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮后循環(huán)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于預(yù)先將礦物原料在600-800℃下進(jìn)行焙燒脫水后，再與循環(huán)中的硫酸銨在300℃-320℃下進(jìn)行燒結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于硫酸銨燒結(jié)后的熟料再加入20-30%的稀硫酸進(jìn)行浸取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于銨明礬重結(jié)晶除雜質(zhì)后用熱水溶解，再與硫酸銨燒結(jié)段分解出的氨氣在70°-80℃，PH為7-8的條件下并流中和，析出氫氧化鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于銨明礬重結(jié)晶產(chǎn)生的含雜質(zhì)廢液作為浸取硫酸銨燒結(jié)熟料用液。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于漂洗產(chǎn)生的母液作為銨明礬重結(jié)晶用液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于銨明礬重結(jié)晶除鐵不必將三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用粘土、煤矸石、高嶺土等含鋁硅酸鹽原料生產(chǎn)氧化鋁的新工藝。將原料在預(yù)先焙燒脫水后與硫酸銨燒結(jié)、有效防止了銨和硫的損失。燒結(jié)后的熟料進(jìn)行稀硫酸浸取。水的循環(huán)使用降低了水的流通量和鋁、硫、銨的損失。將礬溶液與氨氣并流中和，有效地防止了堿式硫酸鋁的生成，不必加任何還原劑除鐵。氧化鋁轉(zhuǎn)化率達(dá)90—92％，質(zhì)量穩(wěn)定。其含F(xiàn)e
文檔編號C01F7/26GK1061762SQ91111359
公開日1992年6月10日 申請日期1991年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月6日
發(fā)明者王海舟, 盛英漢, 吳集貴, 張根林, 蔡成良, 鄒良成, 馬嫻賢, 姚卡玲 申請人:蘭州工業(yè)資源技術(shù)研究所