一种碱溶碳分法生产氧化铝的工艺制造技术

一种在氧化铝生产过程中采用碱溶工序、碳分工序与电解再生循环工序三结合的新技术工艺方法。采用氢氧化钠溶液将铝土矿中的氧化铝以铝酸钠的形式溶解出来，采用添加碳酸氢钠溶液或二氧化碳使铝酸钠彻底分解转化为氢氧化铝析出，经焙烧后得到氧化铝产品，采用电解法电解碳酸钠母液分别在阴极区和阳极区得到ＮａＯＨ溶液和ＮａＨＣＯ↓［３］溶液，实现ＮａＯＨ溶液和ＮａＨＣＯ↓［３］溶液的再生循环利用。

【技术实现步骤摘要】
(一)所属
本专利技术属于氧化铝生产
(二)本专利技术技术背景金属铝是国民经济建设和提高人民生活水平不可缺少的重要原材料。随着我国国民经济的快速发展，我国金属铝的产量也得到了迅速的增长。本世纪初前五年，金属铝年增长速度超过50％，到2006年产量达到935.84万吨，产量已居世界第一。氧化铝是生产金属铝的原料，金属铝的快速发展推动了氧化铝生产的相应快速发展，2006年我国氧化铝产量已达到1369.98万吨，也已居世界第一。金属铝是以氧化铝为原料通过熔盐电解工艺生产制得的。而氧化铝又是以铝土矿原料制取的。生产氧化铝的方法主要有拜耳法和烧结法两种，现在生产上应用的联合法实际上就是拜耳法和烧结法两个流程的联合工艺。拜耳法是相对能耗低，生产成本低的生产工艺。但是，它对铝土矿原料要求高，原料中铝含量与硅含量之比必须大于8，即硅含量必须很少。国外用于氧化铝生产的原料主要是含硅少的且易碱溶的三水铝石，所以国际上生产氧化铝的工艺极大部分是拜耳法。我国铝土矿资源储量也较丰富，但主要资源均是碱较难溶的一水硬铝石。一水硬铝石含硅量普遍高于三水铝石，其中适合拜耳法生产的硅含量低的“富矿”较少。我国除广西铝土矿外，其他极大部分铝土矿资源均是含硅高的中低品位矿。多年来，我国氧化铝科技工作者针对我国铝土矿资源的特点，研究开发成功了几种适合我国不同资源的氧化铝生产工艺，他们是适用于一水硬铝石的拜耳法、烧结法、拜耳-烧结联合法、选矿-拜耳法等等，从而使我国氧化铝工业形成了具有中国特色的生产体系。在当前实际生产中，纯烧结法工艺由于相对能耗高、成本高，所以其应用比率逐步减少。联合法工艺在当前我国氧化铝工业中担负着重要生产任务，联合法产量的70％是由拜耳法系统产出的。近年针对我国低硅铝土矿“富矿”逐年减少的资源窘况而研究成功的选矿(预脱硅)-拜耳法工艺实际上是纯拜耳法。广西等优质资源原料是用纯拜耳法生产的。由此看出，在我国氧化铝生产中，拜耳法工艺是主要的生产工艺，其实际产量约占全国的80％左右。因此研究拜耳法工艺的改进、革新和创新是氧化铝工业技术进步的主要方向和任务。当前，我国经济建设正在沿着科学发展观的道路顺利前进，创新是国策，节能减排是工业生产的重要任务。氧化铝工业作为矿物加工工业，节能减排任务繁重。按照科学发展观和创新的精神，氧化铝工业能否研究创新出一个生产效率高、能耗低、成本低、污染少的具有自主知识产权的新型氧化铝生产工艺呢？通过对氧化铝生产原理和生产技术的分析、研究，并通过试验，我们提出了本专利技术的——碱溶碳分氧化铝生产新工艺。拜耳法是J.K.拜耳于1889～1892年专利技术的。拜耳法的基本原理是拜耳循环，该循环包括-->拜耳的两项专利：一是，在Na2O和Al2O3的摩尔比为1.8的铝酸钠溶液中，在常温下，添加氢氧化铝作为晶种，溶液中的氧化铝就能以氢氧化铝的形式逐步析出，直到溶液中两者的摩尔比达到6时为止。这就是氧化铝生产中的种分过程；二是，已经析出了部分氢氧化铝的溶液，在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物。这就是氧化铝生产中用种分母液溶出铝土矿的过程。交替使用这两个过程，就形成了拜耳法生产氧化铝的工艺流程。拜耳法工艺虽然已经在工业生产中成功使用了一百多年，并且一直被视为氧化铝生产的最好的甚至是不可逾越的最经典的工艺，但是，拜耳法的一个致命的弱点就是拜耳循环的第一个专利技术，即在种分过程中，由于铝酸钠溶液加晶种析出氢氧化铝的量受到其理论基础——Na2O-Al2O3-H2O三相平衡浓度的限制，致使铝酸钠溶液中的氢氧化铝不能完全析出，在实际生产中，其分解率只能在50％以下，并且时间长达30-70小时，这不仅造成有一半或更多的已经花了大量能源和劳动力溶出的氧化铝只能继续留在溶液中进入生产的下一个循环，造成对能源和劳动力的极大浪费，而且影响铝土矿中的氧化铝继续溶出的速度，劳动生产力低，生产设备利用率低，能源浪费严重是拜耳法的最大不足和缺陷。烧结法适用于含硅高的中低铝硅比矿石生产氧化铝工艺。它是基于矿物中氧化铝在高温(800℃)时能与碳酸钠结合成固体铝酸钠，将固体铝酸钠溶于稀碱溶液，再通入CO2析出氢氧化铝的原理。由于烧结法处理的是高硅矿物，并需用能耗高的回转窑等设备，所以相对能耗高，成本高。但是，烧结法有一个突出的优点，即，它从铝酸钠溶液中析出氢氧化铝是采用通入CO2的方法，即碳分的方法。碳分的实质可以看成是酸碱中和反应，从理论上说，该反应是可以快速彻底进行到底的，即它可以使铝酸钠溶液在1-3小时内全部分解成氢氧化铝和碳酸钠，实际工业生产中碳分的分解率在90～92％左右。所以，烧结法的生产效率和设备利用率大大高于拜耳法。本技术专利技术所提出的“碱溶-碳分法生产氧化铝”新工艺，采用的是低能耗的碱液溶出工序与高分解率的碳分工序的基本组合，并利用电解法实现碳酸钠的再苛化循环使用，它既不含分解率低的种分工序也不含能耗高的蒸发和焙烧工序，因而具有高效率、低能耗、低成本和环境友好的特点。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有氧化铝生产方法拜耳法和烧结法所存在的不足，提供一种既能够显著提高氧化铝生产效率又能够实现碱液循环利用的低能耗的氧化铝生产新工艺方法，即如下所述的碱溶碳分法氧化铝生产新工艺。本专利技术的碱溶碳分法氧化铝生产新工艺流程图见附图1和附图2说明。本专利技术的碱溶碳分法氧化铝生产新工艺的主要内容和工艺原理是：-->1、用一定浓度的NaOH溶液溶解铝土矿中的Al2O3，得到铝酸钠溶液：Al2O3+2NaOH+aq＝＝2NaAlO2+aq           (式1)2、用HCO3-或CO2分解铝酸钠溶液，析出Al(OH)3，并得到Na2CO3溶液；NaAlO2+NaHCO3+aq→Na2CO3+Al(OH)3+aq    (式2)2NaAlO2+CO2+aq→Na2CO3+2Al(OH)3+aq     (式3)3、焙烧Al(OH)3得到Al2O3；4、电解Na2CO3溶液，在阴极区得到NaOH溶液，在阳极区得到NaHCO3溶液；阳极区：2Na2CO3+H2O+aq？2e→2NaHCO3+1/2O2+2Na++aq阴极区：2Na++2H2O+aq+2e→2NaOH+H2+aq或2Na++1/2O2+aq+2e→2NaOH+aq总反应：Na2CO3+aq→NaOH+NaHCO3+aq    (式4)5、将电解得到的NaOH溶液再用于溶解铝土矿中的Al2O3，将电解得到的NaHCO3溶液再用于铝酸钠的分解，进而实现NaOH溶液和NaHCO3溶液的循环利用。本专利技术的主要特征在于：在氧化铝生产工艺中采用了碱溶工序、碳分工序与电解再生循环工序的三结合，即，在碱溶工序中采用氧化铝含量低于1％的氢氧化钠溶液将铝土矿中的氧化铝以铝酸钠的形式溶解出来；在碳分工序中采用添加碳酸氢钠溶液或通加二氧化碳的方法使铝酸钠彻底分解转化为氢氧化铝析出，铝酸钠分解转化率达到92-99％；在电解再生循环工序中，将剩下的碳酸钠母液电解，在阴极区得到质量百分比浓度可高达5-40％的NaOH溶液重新用于碱溶工序，在阳极区得到质量百分比浓度可高达5-15％的NaHCO3溶液重新用于碳分工序，从而实现NaOH溶液和NaHCO3溶液的再生循环利用。在碱溶工序中，最佳的氢氧化钠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产氧化铝的新工艺技术方法，其主要特征是：在氧化铝生产工艺中采用了碱溶工序、碳分工序与电解再生循环工序三结合的集成技术，即，在采用氢氧化钠溶液将铝土矿中的氧化铝以铝酸钠的形式溶解出来之后，采用添加碳酸氢钠溶液或通加二氧化碳的方法使铝酸钠彻底分解转化为氢氧化铝析出，接着再通过电解剩下的碳酸钠母液分别在阴极区和阳极区得到ＮａＯＨ溶液和ＮａＨＣＯ↓［３］溶液，再分别用于碱溶工序和碳分工序，实现ＮａＯＨ溶液和ＮａＨＣＯ↓［３］溶液的再生循环利用。

【技术特征摘要】
1、一种生产氧化铝的新工艺技术方法，其主要特征是：在氧化铝生产工艺中采用了碱溶工序、碳分工序与电解再生循环工序三结合的集成技术，即，在采用氢氧化钠溶液将铝土矿中的氧化铝以铝酸钠的形式溶解出来之后，采用添加碳酸氢钠溶液或通加二氧化碳的方法使铝酸钠彻底分...

【专利技术属性】
技术研发人员：钮因健，万平玉，吕子剑，潘军青，陈咏梅，孙艳芝，孟根发，张洪国，金锐，赵峰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]