一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法技术

一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法，具体包括以下步骤：将高铝粉煤灰中加入碳，混合均匀，通入氯气，采用微波流化床加热5～60min，达到300～1200℃，恒温10～60min，将高铝粉煤灰充分分解，得到含氯化铝的多种氯化混合气体，然后，经除杂和精制，制得纯度大于99％的无水氯化铝；向其加入氢氧化钠溶液，制得中间产物，经过沉淀，过滤，固液分离，得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液；将氢氧化铝沉淀，在800～1200℃，煅烧，分解生成氧化铝；将氧化铝，电解，得到金属铝。该方法工艺流程简单、能耗低的清洁工艺，系统所产生的氯气和氢氧化钠全部循环利用，并能实现全元素有效分离利用，整个系统无废水、废酸、废碱液排放，基本达到了“三废”零排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铝生产
，特别涉及一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法。
技术介绍
粉煤灰是煤炭燃烧后的固体废弃物，粉煤灰中的氧化铝含量与我国中低品位铝土矿中的氧化铝含量相当，高铝粉煤灰是我国氧化铝工业可替代铝土矿的潜在资源。粉煤灰是悬浮颗粒物的主要来源，造成区域性空气污染，危害人体的健康。粉煤灰的长期堆存还会污染土壤和水体，在威胁人类的健康同时也浪费大量的水资源。在粉煤灰的应用研究在技术上基本分为低、中、高三个层次：低层次是指用于路坝修筑等；中层次是指用作建筑材料；高层次是指对废弃物矿物质的分选利用等。目前，从粉煤灰中提取氧化铝的方法大致可分为碱法和酸法两大类。其中碱法又可以分为石灰石烧结法和碳酸钠烧结法。石灰石烧结法是将粉煤灰与石灰石混合后，在高温煅烧活化后的产物用碳酸钠溶液浸取、过滤后，铝酸钙以偏铝酸钠的形式进入溶液，经脱硅、碳分(或种分)后得到氢氧化铝，最后煅烧得到氧化铝产品；而过滤后硅酸二钙形成硅钙渣，可以用作生产水泥的原料。如专利CN101070173、CN101306826A、CN101049935A、CN10284668A、CN101302021A等都采用石灰石烧结法，但该法在生产1吨氧化铝要产生8～10吨左右的硅钙渣，造成新的、堆放量更大的废弃物排放。碳酸钠烧结法是将粉煤灰与碳酸钠在高温下煅烧。在煅烧过程中粉煤灰中的氧化铝和氧化硅同时被活化，因此需要进一步酸化(通过碳酸化反应或与盐酸反应)对硅铝进行分离，由于采用了先碱后酸的工艺，此方法也被称为混合法。如专利CN101041450A、CN101200298A、CN101172634A等，与石灰石烧结法相比渣量较小，但能耗较高，工艺过程较复杂。酸法是将粉煤灰直接与酸溶液反应，得到铝盐溶液，然后将铝盐煅烧分解制备氧化铝。粉煤灰与酸的反应通常在低于300℃下的温度进行。如专利CN1923695A、CN1920067A、CN101045543A、CN101397146A等，但生产过程中先酸溶后碱溶的方法使生产工艺复杂化，也增加了生产成本。现有的粉煤灰生产氧化铝技术中存在很多缺点：石灰石烧结法烧结原料成本低。但生产过程中，硅钙渣量过大，造成新的、堆放量更大的废弃物排放；生产流程长，能耗过高，碱溶过程碱的回收率降低，造成成本上升。与石灰石烧结法相比，碳酸钠烧结法产生的残渣量较小，但也存在能耗较高，工艺过程较复杂的问题。与烧结法的高温煅烧相比，酸法能耗大大降低。但酸法的缺陷在于酸溶的过程中，杂质难以去除。而且生产工艺复杂，对设备要求较高，生产成本较高。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法，该方法是利用含氧化铝质量分数大于25％的高铝粉煤灰制备氧化铝的工艺方法，该方法工艺流程简单、能耗低的清洁工艺，系统所产生的氯气和氢氧化钠全部循环利用，并能实现全元素有效分离利用，整个系统无废水、废酸、废碱液排放，基本达到了“三废”零排放。一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法，包括以下步骤：步骤1，粉煤灰微波加热氯化分解：将粉煤灰中加入碳，混合均匀，通入氯气，压力为常压，采用微波流化床加热5～60min，达到300～1200℃，恒温10～60min，将粉煤灰充分分解，得到含氯化铝的多种氯化混合气体；其中，按质量比，粉煤灰∶碳＝(1∶1)～(1∶5)，粉煤灰∶氯气＝(1∶2)～(1∶7)；步骤2，分离净化，沉降氯化铝：(1)含氯化铝的多种氯化混合气体，经除杂和精制，制得纯度大于99％的无水氯化铝；(2)向99％的无水氯化铝中，加入氢氧化钠溶液，在30～100℃，搅拌20～40min，搅拌速率为200～300rpm，制得中间产物；其中，氢氧化钠溶液的浓度为100～150g/L，按质量比，100-150g/L氢氧化钠溶液：99％的无水氯化铝＝(5∶1)～(7∶1)；(3)将中间产物，固液分离，得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液；(4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气和氢气，将氯气返回步骤1循环使用；将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用；步骤3，煅烧分解：将氢氧化铝沉淀，在800～1200℃，煅烧20～60min，分解生成冶金级氧化铝；步骤4，电解：将冶金级氧化铝，电解，得到金属铝。所述步骤1中，粉煤灰是指含氧化铝质量分数大于25％的高铝粉煤灰，高铝粉煤灰中，氧化铝和氧化硅含量之和大于75％。所述步骤1中，将粉煤灰与碳混和均匀是指将粉煤灰、碳按比例混合后一并粉碎。所述步骤1中，碳理论添加量是根据粉煤灰原料中Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO组分加碳氯化反应所需计算得到的，其中，按质量比，粉煤灰∶碳＝1∶2。所述步骤1中，微波流化床的微波频率为2.3～2.5GHz；流化床采用微波加热方式，改善传统流态化反应器的动力条件。所述步骤1中，微波流化床加热优选5～10min，达到800℃，恒温优选20min。所述步骤2(1)中，除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体，经三级冷凝回收装置去除杂质，得到纯度大于99％的无水氯化铝产品，采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离：第一级冷却方式采用隔板干式收尘器或旋风除尘器，控制冷却温度为180～250℃，使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去；第二级冷凝的冷却温度控制在150～170℃，使AlCl3以固体形式收集；第三级冷凝的冷却温度为80～120℃，使TiCl4以固体形式除去，同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3，真空升华精制，得到纯度大于99％的无水氯化铝。所述的步骤2(1)中，通过三级冷凝回收装置，在第二级冷凝后，得到的气态物质中，AlCl3质量百分含量大于等于10％时，进行二次捕集得到AlCl3，然后进行真空升华精制，得到纯度大于99％的无水氯化铝产品。所述步骤2(1)中，通过三级冷凝回收装置，无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中，排放的气体含有SiCl4、CO、CO2、Cl2、COCl2，经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后，得到四氯化硅产品，尾气最后排入大气，排放满足国家环保标准。本专利技术的粉煤灰进行微波加热氯化发生的主要反应如下：Al2O3+1.5C+3Cl2＝2AlCl3+1.5CO2 (1.1)SiO2+C+2Cl2＝SiCl4+CO2 (1.2)AlCl3+3NaOH＝Al(OH)3↓+3NaCl (1.3)2NaCl+2H2O＝2NaOH+Cl2↑+H2↑ (1.4)与现有技术相比，本专利技术的优势在于：1、本专利技术的装置采用微波流化床，改变原有加热方式，微波加热具有加热速度快、反应灵敏、加热均匀、热效率高、设备占地面积小、自动化程度高和环保节能等优点。微波加热具有选择性，吸波的矿与一些不吸波脉石之间在微波场中会产生较大温度梯度，使矿石间产生内应力，从而产生裂缝促进碳热还原反应的进行；同时裂纹的产生强化了矿物的解离；2、采用氯化铝溶液与氢氧化钠溶液反应，将氯化铝碱化，沉淀，过滤后，固液分离，得到氢氧化铝和氯化钠溶液；其中，氯化钠经电解生产氢氧化钠、氯气和氢气，氯气作为原料返回粉煤灰微波加热氯化分解工序中，氢氧化钠作为原料返回分离净化，沉降氯化铝工序中，实现氢氧化钠和氯气的循环利用，达到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，粉煤灰微波加热氯化分解：将粉煤灰中加入碳，混合均匀，通入氯气，压力为常压，采用微波流化床加热5～60min，达到300～1200℃，恒温10～60min，将粉煤灰充分分解，得到含氯化铝的多种氯化混合气体；其中，按质量比，粉煤灰∶碳＝(1∶1)～(1∶5)，粉煤灰∶氯气＝(1∶2)～(1∶7)；步骤2，分离净化，沉降氯化铝：(1)含氯化铝的多种氯化混合气体，经除杂和精制，制得纯度大于99％的无水氯化铝；(2)向99％的无水氯化铝中，加入氢氧化钠溶液，在30～100℃，搅拌20～40min，搅拌速率为200～300rpm，制得中间产物；其中，氢氧化钠溶液的浓度为100～150g/L，按质量比，100‑150g/L氢氧化钠溶液：99％的无水氯化铝＝(5∶1)～(7∶1)；(3)将中间产物，沉淀，过滤后，固液分离，得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液；(4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气，将氯气返回步骤1循环使用；将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用；步骤3，煅烧分解：将氢氧化铝沉淀，在800～1200℃，煅烧20～60min，分解生成氧化铝；步骤4，电解：将冶金级氧化铝，电解，得到金属铝。...

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，粉煤灰微波加热氯化分解：将粉煤灰中加入碳，混合均匀，通入氯气，压力为常压，采用微波流化床加热5～60min，达到300～1200℃，恒温10～60min，将粉煤灰充分分解，得到含氯化铝的多种氯化混合气体；其中，按质量比，粉煤灰∶碳＝(1∶1)～(1∶5)，粉煤灰∶氯气＝(1∶2)～(1∶7)；步骤2，分离净化，沉降氯化铝：(1)含氯化铝的多种氯化混合气体，经除杂和精制，制得纯度大于99％的无水氯化铝；(2)向99％的无水氯化铝中，加入氢氧化钠溶液，在30～100℃，搅拌20～40min，搅拌速率为200～300rpm，制得中间产物；其中，氢氧化钠溶液的浓度为100～150g/L，按质量比，100-150g/L氢氧化钠溶液：99％的无水氯化铝＝(5∶1)～(7∶1)；(3)将中间产物，沉淀，过滤后，固液分离，得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液；(4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气，将氯气返回步骤1循环使用；将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用；步骤3，煅烧分解：将氢氧化铝沉淀，在800～1200℃，煅烧20～60min，分解生成氧化铝；步骤4，电解：将冶金级氧化铝，电解，得到金属铝。2.如权利要求1所述的粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，所述步骤1中，粉煤灰是指含氧化铝质量分数大于25％的高铝粉煤灰，高铝粉煤灰中氧化铝和氧化硅含量之和大于75％。3.如权利要求1所述的粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，所述步骤1中，将粉煤灰与碳混和均匀是指将粉煤灰、碳按比例混合后一并粉碎。4.如权利要求1所述的粉煤灰微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，所述步骤1中，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张廷安，吕国志，王龙，豆志河，刘燕，张子木，王艳秀，赵秋月，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21