一种碱金属盐催化硫酸铝碳热还原的方法技术

本发明专利技术公开一种碱金属盐催化硫酸铝碳热还原的方法，属于矿产资源综合利用和节能降耗技术领域；该方法在添加了碱金属盐后，在温度350℃~450℃下还原无水硫酸铝，将无水硫酸铝的还原率提高至98%以上；该方法还原温度低，硫酸铝还原率高，还原产物反应性好，可为含氧化铝矿物酸法提取物制备氧化铝提供理论依据和技术支撑。

A Method of Carbothermal Reduction of Aluminum Sulfate Catalyzed by Alkali Metal Salts

The invention discloses a method of carbothermic reduction of aluminium sulfate catalyzed by alkali metal salts, which belongs to the technical field of comprehensive utilization of mineral resources and energy saving and consumption reduction. After adding alkali metal salts, the method reduces anhydrous aluminium sulfate at 350 ~450 ~C, and increases the reduction rate of anhydrous aluminium sulfate to over 98%. The method has low reduction temperature, high reduction rate of aluminium sulfate and good reaction of reduction products. It can provide theoretical basis and technical support for the preparation of alumina from mineral acid extracts containing alumina.

【技术实现步骤摘要】
一种碱金属盐催化硫酸铝碳热还原的方法
本专利技术公开一种碱金属化合物催化硫酸铝碳热还原的方法，属于矿产资源综合利用和节能降耗

技术介绍
氧化铝作为一种大宗产品，广泛应用陶瓷、玻璃、电子、航天等多个领域；目前从含氧化铝工业固废中提取氧化铝的方法主要有酸法、碱法、烧结法，碱法由于碱用量大，铝回收率低，残渣量大存在二次污染且资源利用不合理，而烧结法能耗高，是国家规定不宜采用的技术工艺，故从含氧化铝工业固废中提取氧化铝的适宜方法为酸法。我国铝矿的呈多贫少富的特点，加之多年来对富矿无节制的开采，目前富矿几乎消耗殆尽，目前用于氧化铝生产的铝矿基本均需进行浮选，这无疑进一步增加氧化铝企业的生产成本。因此，引进一种在较低温度还原硫酸铝的工艺技术是继酸法、碱法和烧结法之后又一条工艺路线。该法具有低能耗的特点，且对铝矿品位无要求，故应用前景十分广泛。针对转化率低这一问题，从窑体结构的优化，助熔剂的选择等方面进行研究并取得丰硕的成果，但从化学反应本身入手研究专利技术一种成本较低，工艺简单，易于实现工业化的方法来解决硫酸铝转化率低的问题，为制备高品质氧化铝奠定基础显得尤为重要。现将国内关于提高转化率的相关研究归纳如下：US4595574A提出一种利用还原剂与碳源，二氧化硅与磷酸盐矿石结合生产磷酸的直接方法。该方法控制窑床的产品气体的燃烧速率，来控制窑炉中的塔顶温度和窑床温度；为了使反应温度保持在较低的范围以防止熔化；窑进料球组分被共磨并精细研磨以降低所需的床温度以使熔化最小化。CN101456542涉及一种一氧化碳还原分解磷石膏的方法。其包括预处理磷石膏，制作复合型外加剂，预处理后的磷石膏与复合型外加剂按一定配比混合均匀配料，在温度为750～850℃，N2气氛下通入CO还原分解磷石膏几个步骤。尾气中SO2体积百分含量≥10％，直接用作制二转二吸制酸工艺生产硫酸的合格原料气，固体渣料成分为CaO≥70wt％，可作为水泥熟料进行水泥生产，磷石膏分解率≥98wt％，脱硫率≥94wt％。CN106466608A涉及一种一氧化碳催化还原氮氧化物的催化剂及其制备方法，主要解决现有技术中存在催化剂在低温条件下活性低或在高温条件下选择性差，不能有效去除一氧化碳和氮氧化物的问题。本专利技术通过采用溶胶-凝胶法(SOL-GEL法)，将一定量的硅溶胶与含有可溶性铝盐的水溶液或醇溶液混合后，滴加到无机铜盐水溶液中，经过成胶、老化、干燥和焙烧等步骤制得氧化硅和氧化铝负载的铜催化剂，再以VIB、VIIB族金属氧化物修饰的技术方案，较好地解决了该问题。该催化剂用于含有过量一氧化碳的氮氧化物废气中，可使一氧化碳有效还原氮氧化物，去除氮氧化物的同时降低一氧化碳含量，不但具有高的催化活性和较长的使用寿命，而且制备简便，价格较低，适合工业应用。CN101636471在通过一氧化碳的还原生产烃的方法中，通过使催化剂在氢气气氛下于410~470℃的温度下还原4~12小时，然后在一氧化碳的还原中使用所得到的催化剂来持续进行操作而没有反应失控，所述催化剂包含作为活性金属的钴和负载该钴的载体，所述载体包含金属氧化物和负载在该金属氧化物上的锆，和其中全部锆的至少60％存在于该载体的49％体积外表面侧区域中。综上所述，围绕解决转化率低这一问题，开发了多种方法，各有特色和优势，但在炭或一氧化碳作还原剂的基础上，添加一定的碱金属盐作为“催化剂”用于高品质氧化铝的生产还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碱金属盐催化硫酸铝碳热还原的方法，这是提高硫酸铝还原率的方法，通过降低体系反应活化能从而降低反应温度，解决未添加催化剂时硫酸铝还原温度高、反应速率慢的问题；这种方法生产过程简单、投资少、温度低、操作方便、成本低。本专利技术方法具体步骤如下：（1）分别将无水硫酸铝、还原剂、碱金属盐粉磨过180目筛，筛余量小于5%，待用；（2）在还原剂存在、无氧条件下，将无水硫酸铝和碱金属盐混合后进行催化还原反应，还原产物碱溶后采用种分法生产氧化铝，其中碱金属盐的添加量为硫酸铝质量的4‰~10‰；所述种分法即为常规晶种法，是在溶液中加晶种的一种结晶分离法。当还原剂为一氧化碳时，无水硫酸铝与碱金属盐粉体直接混合后，排除空气后，在350~450℃保温1~2h进行催化还原反应，反应结束后冷却至室温，通过分析残渣含硫酸根计算硫酸铝还原率；当还原剂为固体炭时，将无水硫酸铝、固体炭、碱金属盐充分混合后加水成型（成型有利用操作和反应），在105℃下烘干至恒重，其中固体炭实际用量为还原分解理论用炭量的1.05~1.10倍；用氮气排除空气，在350~450℃保温1~2h，反应结束后冷却至室温，通过分析残渣含硫酸根计算硫酸铝还原率。本专利技术的原理：在硫酸铝碳热还原过程中，固体炭或一氧化碳作为还原剂具有至关重要的作用，换言之，固体炭或一氧化碳活性、分解还原活化能直接影响反应进行的程度，提高固体炭活性或一氧化碳活性、降低反应物活化能可以有效促进反应的进行；碱金属盐可以显著提高固体炭活性或一氧化碳活性，促进煤气化以及对一氧化碳分子吸附能、解析过程和催化反应速率等有显著的影响，故可以采用碱金属盐来提高还原剂活性，同时碱金属盐的存在，有利于促进硫酸铝中铝离子与硫酸根的解离，从而降低硫酸铝还原活化能，进而促进硫酸铝碳热还原反应的进行。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)与不添加催化剂相比，还原温度低，还原产物氧化铝反应活性更高；(2)在相同操作工况下，可以显著提高硫酸铝还原分解率；(3)可利用低值铝土矿或富含氧化铝的工业固废高效制备氧化铝，拓展了氧化铝生产原料来源。居于上述原因，本专利技术不仅可避免传统氧化铝生产铝回收率低，固废量大，资源化利用困难等现状，同时生产工艺温和，原料来源广，综合能耗低，对提高我国氧化铝行业市场竞争优势具有重要的现实意义。具体实施方式将无水硫酸铝、固体炭、碱金属盐分别粉磨过180目筛筛余量小于5%待用；根据工艺需要配料或进一步成型、干燥，放入排出空气的设备中进行催化还原反应，还原气体回收制酸，还原产物碱溶后采用种分法生产氧化铝。为便于比较分析，实施例中同时做不加碱金属盐体系的对比实验，模拟还原法氧化铝生产过程（当用一氧化碳气体还原剂时，直接催化还原硫酸铝与碱金属盐的混合物即可）。实施例1：（1）混合样制备称取1000g无水硫酸铝、115.8g无烟煤(炭过量系数为1.10)，然后称取无水硫酸铝质量5‰的K2SO4和5‰的Na2SO4，将这四者混合均匀后加水成型，于105℃下在烘箱中干燥至恒重；（2）对比实验：使用相同配料，不添加K2SO4、Na2SO4，采用相同方法备样；（3）将步骤（1）、步骤（2）制成的样品放入用氮气排出空气且温度为450℃的设备中恒温反应1h取出，自然降温至环境温度后称重，并对残渣进行硫酸根含量分析，计算硫酸铝转化率；实验结果如下：添加5‰的K2SO4和5‰的Na2SO4体系：硫酸铝转化率为99.79%；对比实验结果：硫酸铝转化率为73.85%。实施例2：（1）混合样制备称取1000g无水硫酸铝、110.6g焦炭粉（炭过量系数1.05），然后称取无水硫酸铝质量8‰的Na2SO4，将这三者混合均匀后加水成型，于105℃下在烘箱中干燥至恒重；（2）对比实验：使用相同配料，不添本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碱金属盐催化硫酸铝碳热还原的方法，其特征在于：在还原剂存在、无氧条件下，将无水硫酸铝和碱金属盐混合后进行催化还原反应，还原产物碱溶后采用种分法生产氧化铝。

【技术特征摘要】
1.一种碱金属盐催化硫酸铝碳热还原的方法，其特征在于：在还原剂存在、无氧条件下，将无水硫酸铝和碱金属盐混合后进行催化还原反应，还原产物碱溶后采用种分法生产氧化铝。2.根据权利要求1所述的碱金属盐催化硫酸铝碳热还原的方法，其特征在于：还原剂为一氧化碳或固体炭。3.根据权利要求1所述的碱金属盐催化硫酸铝碳热还原的方法，其特征在于：碱金属盐为硫酸钾和/或硫酸钠，其添加量为无水硫酸铝质量的4‰~10‰...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏举佩，郑光亚，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53