铝冶炼工艺、系统及其烟气处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种铝冶炼工艺、系统及其烟气处理装置，以解决改善目前工业上金属铝的生产中从铝矿石生产氧化铝的过程工艺复杂且污染较大的技术问题。铝冶炼工艺，包括：1)铝矿石的氯化冶炼工序：将铝矿石或者由铝矿石处理而成的氯化冶金半成品送入氯化炉与氯化剂混合并通过氯化焙烧使铝矿石中的待提取物转变为氯化物从而以烟气的形式从氯化炉中排出；2)烟气分段冷却降温及氯化物分离回收工序：将从氯化炉中排出的烟气进行分段冷却降温及氯化物分离回收；3)氯化铝的电解制铝工序：将通过第二分离装置分离和回收的氯化铝导入氯化铝电解槽，从而通过电解生成纯铝和氯气并分别回收。工艺流程简单，且不产生赤泥而污染大大降低。低。低。

【技术实现步骤摘要】
铝冶炼工艺、系统及其烟气处理装置


[0001]本专利技术涉及铝冶炼工艺、系统及其烟气处理装置。

技术介绍

[0002]目前工业上金属铝的生产主要包括从铝矿石(主要为铝土矿)生产氧化铝以及氧化铝电解两个过程。其中，从铝矿石生产氧化铝的方法主要有拜耳法、碱石灰烧结法和拜耳
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烧结联合法。氧化铝电解的方法普遍采用冰晶石一氧化铝熔盐电解法。
[0003]拜耳法系奥地利拜耳(K.J.Bayer)于1888年专利技术，原理是用苛性钠(NaO H)溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠溶液，溶液与残渣(赤泥)分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种，经长时间搅拌，铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净后在950℃～1200℃温度下煅烧，便得氧化铝成品。
[0004]碱石灰烧结法适用于处理高硅的铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠、铁酸钠和钛酸钠成的熟料，然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠，后续把二氧化碳气体通入精制铝酸钠溶液，并加入晶种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液，氢氧化铝经煅烧成为氧化铝成品。
[0005]拜耳
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烧结联合法是将拜耳法与碱石灰烧结法结合，发挥拜耳法和碱石灰烧结法各自优点，取长补短。拜耳
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烧结联合法又可分为串联法、并联法和混联法三种工艺流程，由于这些工艺流程都比较复杂，故这里不再过多介绍。
[0006]上述拜耳法、碱石灰烧结法和拜耳
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烧结联合法中，拜耳法的流程相对较为简单，但仍然包含配矿、矿浆制备、预脱硅、高压溶出、赤泥分离与洗涤、粗液精制、种分分解、氢氧化铝洗涤过滤、焙烧、母液蒸发等数个工序；拜耳法的主要缺点是要求铝矿石具有较高的铝硅比(即矿石中的氧化铝与二氧化硅的重量比)，铝矿石的铝硅比越低，拜耳法的经济效果越差，而目前高品位三水铝石型铝土矿资源逐渐减少；同时，拜耳法会产生大量赤泥，污染环境。而碱石灰烧结法和拜耳
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烧结联合法相对而言流程更为复杂，涉及烧结、熟料溶出、脱硅、分解等环节，同时也会有赤泥产生，存在能耗高、污染大的问题。
[0007]冰晶石一氧化铝熔盐电解法通过电解槽对电解质中的氧化铝进行分解，使阴极上产生铝液，阳极上生成氧进而氧化阳极中的碳而生产气体二氧化碳和一氧化碳。铝液用真空抬包抽出，经净化澄清后浇注成铝锭，铝锭中铝的质量百分比一般可达到99.5％
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99.7％，供后续用户进行各种方式的深加工，制成各种铝制品。
[0008]冰晶石一氧化铝熔盐电解法是典型的高能耗、高污染化工工艺。针对冰晶石一氧化铝熔盐电解法电耗高的主要缺点，1973年美国铝业公司(AluminiumCompanyofAmerica)宣布用十五年时间，花费2500万美元研究出一种新的炼铝方法——氯化铝电解制铝法，又称Alcoa氯化铝电解法。该法采用了多室电解槽的新工艺，与冰晶石一氧化铝熔盐电解法相比，可节电30％。
[0009]Alcoa氯化铝电解法由氯化铝制备和氯化铝电解两大过程组成。氯化铝制备过程需采用工业纯氧化硅为原料，在流态化氯化炉中通过氯化剂(氯化剂包含氯气和焦炭，氯气
从流态化氯化炉底部通入并保持一定压力，使炉料处于流态化状态，焦炭与氧化铝混合后从流态化氯化炉的加料口加入)氯化为氯化铝，然后在冷凝器中得到固体氯化铝作为后续氯化铝电解的原料。
[0010]氯化铝电解关键是采用了双极性电极多室电解槽。双极性电极多室电解槽的槽体表面有一个钢壳，钢壳内部砌筑耐火耐侵蚀的非导电性材料，槽体上部为盖子，盖子上的孔洞可供氯化铝原料加入以及排出电解产物铝液和氯气。双极性电极多室电解槽的电极包括位于槽体上部的阳极、位于槽体下部的阴极和诸多上下间隔排列在阳极与阴极之间的双极性电极，双极性电极的上表面为阴极，下表面为阳极，故上述所有电极中任意上下相邻的两电极之间构成一个电解室，整个双极性电极多室电解槽相当于由这些电解室串联的多室槽，上述所有电极均由石墨制成且相邻电极之间的极间距很小，石墨电极几乎不消耗，故不必像冰晶石一氧化铝熔盐电解那样要经常更换阳极。双极性电极多室电解槽内所使用的电解质主要有两类，一类是纯氯化物组成的电解质体系，如NaCl
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KCl
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AlCl3系或NaCl
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KCl
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LiCl
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AlCl3系；另一类是氯化物与氟化物混合体系，如NaCl
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CaCl2‑
CaF2‑
A1C13系等。工作时，各个阴极上产生的铝液向下流动并汇集在槽体底部，最后通过从盖子上插入的吸管抽出，各个阳极上产生的氯气向上流动并从盖子上的相应出口排出。
[0011]然而，尽管Alcoa氯化铝电解法中的氯化铝电解工艺相比于冰晶石一氧化铝熔盐电解法可节电30％，但是，Alcoa氯化铝电解法需要以工业纯氧化硅为原料而通过氯化铝制备过程得到作为后续氯化铝电解的固体氯化铝，而要得到工业纯氧化硅的成本并不低，况且采取上述氯化铝制备过程所需的投资和运营成本以及能源消耗也不低，故使得Alcoa氯化铝电解法相比于冰晶石一氧化铝熔盐电解法尚不具有竞争优势。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于提供铝冶炼工艺、铝冶炼系统及其烟气处理装置，以解决改善目前工业上金属铝的生产中从铝矿石生产氧化铝的过程工艺复杂且污染较大的技术问题。
[0013]第一个方面，提供了一种铝冶炼工艺，包括：1)铝矿石的氯化冶炼工序：将铝矿石或者由铝矿石处理而成的氯化冶金半成品送入氯化炉与氯化剂混合并通过氯化焙烧使铝矿石中的待提取物转变为氯化物从而以烟气的形式从氯化炉中排出，其中，氯化物包含高沸点氯化物、中沸点氯化物和低沸点氯化物，高沸点氯化物是指沸点温度大于氯化铝的沸点温度的氯化物，中沸点氯化物主要为氯化铝，低沸点氯化物是指沸点温度小于氯化铝的沸点温度的氯化物；2)烟气分段冷却降温及氯化物分离回收工序：将从氯化炉中排出的烟气进行分段冷却降温及氯化物分离回收，分段冷却降温及氯化物分离回收包含先后依次进行的第一段冷却降温及氯化物分离回收、第二段冷却降温及氯化物分离回收和第三段冷却降温及氯化物分离回收，第一段冷却降温及氯化物分离回收时，将从氯化炉中排出的烟气的温度降至低于高沸点氯化物的沸点且高于氯化铝的沸点的范围内并通过第一分离装置将烟气中析出的主要为高沸点氯化物的颗粒物从烟气中分离和回收，第二段冷却降温及氯化物分离回收时，将第一分离装置输出的烟气的温度降至低于氯化铝的沸点且高于低沸点氯化物的沸点的范围内并通过第二分离装置将烟气中析出的主要为氯化铝的颗粒物从烟气中分离和回收，第三段冷却降温及氯化物分离回收时，将第二分离装置输出的烟气的温度降至低于低沸点氯化物的沸点的范围内并通过第三分离装置将烟气中析出的主要为低
沸点氯化物的物质从烟气中分离和回收，第三分离装置输出的尾气用于后续处理；3)氯化铝的电解制铝工序：将通过第二分离装置分离和回收的氯化铝导入氯化铝电解槽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝冶炼工艺，其特征在于，包括：1)铝矿石的氯化冶炼工序：将铝矿石或者由铝矿石处理而成的氯化冶金半成品送入氯化炉与氯化剂混合并通过氯化焙烧使铝矿石中的待提取物转变为氯化物从而以烟气的形式从氯化炉中排出，其中，氯化物包含高沸点氯化物、中沸点氯化物和低沸点氯化物，高沸点氯化物是指沸点温度大于氯化铝的沸点温度的氯化物，中沸点氯化物主要为氯化铝，低沸点氯化物是指沸点温度小于氯化铝的沸点温度的氯化物；2)烟气分段冷却降温及氯化物分离回收工序：将从氯化炉中排出的烟气进行分段冷却降温及氯化物分离回收，分段冷却降温及氯化物分离回收包含先后依次进行的第一段冷却降温及氯化物分离回收、第二段冷却降温及氯化物分离回收和第三段冷却降温及氯化物分离回收，第一段冷却降温及氯化物分离回收时，将从氯化炉中排出的烟气的温度降至低于高沸点氯化物的沸点且高于氯化铝的沸点的范围内并通过第一分离装置将烟气中析出的主要为高沸点氯化物的颗粒物从烟气中分离和回收，第二段冷却降温及氯化物分离回收时，将第一分离装置输出的烟气的温度降至低于氯化铝的沸点且高于低沸点氯化物的沸点的范围内并通过第二分离装置将烟气中析出的主要为氯化铝的颗粒物从烟气中分离和回收，第三段冷却降温及氯化物分离回收时，将第二分离装置输出的烟气的温度降至低于低沸点氯化物的沸点的范围内并通过第三分离装置将烟气中析出的主要为低沸点氯化物的物质从烟气中分离和回收，第三分离装置输出的尾气用于后续处理；3)氯化铝的电解制铝工序：将通过第二分离装置分离和回收的氯化铝导入氯化铝电解槽，从而通过电解生成纯铝和氯气并分别回收，其中氯气可以但不必须作为氯化剂回用至铝矿石的氯化冶炼工序，并且，氯化铝的电解制铝工序可以但不必须采用Alcoa氯化铝电解法中的氯化铝电解工艺。2.一种铝冶炼工艺，其特征在于，包括：1)铝矿石的氯化冶炼工序：将铝矿石或者由铝矿石处理而成的氯化冶金半成品送入氯化炉与氯化剂混合并通过氯化焙烧使铝矿石中的待提取物转变为氯化物从而以烟气的形式从氯化炉中排出，其中，氯化物包含高沸点氯化物、中沸点氯化物和低沸点氯化物，高沸点氯化物是指沸点温度大于氯化铝的沸点温度的氯化物，中沸点氯化物主要为氯化铝，低沸点氯化物是指沸点温度小于氯化铝的沸点温度的氯化物；2)烟气分段冷却降温及氯化物分离回收工序：将从氯化炉中排出的烟气进行分段冷却降温及氯化物分离回收，分段冷却降温及氯化物分离回收包含先后依次进行的第一段冷却降温及氯化物分离回收、第二段冷却降温及氯化物分离回收和第三段冷却降温及氯化物分离回收，第一段冷却降温及氯化物分离回收时，将从氯化炉中排出的烟气的温度降至低于高沸点氯化物的沸点且高于氯化铝的沸点的范围内并通过第一分离装置将烟气中析出的主要为高沸点氯化物的颗粒物从烟气中分离和回收，第二段冷却降温及氯化物分离回收时，将第一分离装置输出的烟气的温度降至低于氯
化铝的沸点且高于低沸点氯化物的沸点的范围内并通过第二分离装置将烟气中析出的主要为氯化铝的颗粒物从烟气中分离和回收，第三段冷却降温及氯化物分离回收时，将第二分离装置输出的烟气的温度降至低于低沸点氯化物的沸点的范围内并通过第三分离装置将烟气中析出的主要为低沸点氯化物的物质从烟气中分离和回收，第三分离装置输出的尾气用于后续处理。3.如权利要求1或2所述的一种铝冶炼工艺，其特征在于：高沸点氯化物主要为氯化铁，第一段冷却降温及氯化物分离回收时，将从氯化炉中排出的烟气的温度降至300℃
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200℃，进一步为280℃
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220℃，更进一步为250℃；第二段冷却降温及氯化物分离回收时，将第一分离装置输出的烟气的温度降至160℃
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70℃，进一步为130℃
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80℃，更进一步为100℃；低沸点氯化物主要为氯化硅，第三段冷却降温及氯化物分离回收时，将第二分离装置输出的烟气的温度降至50℃以下。4.如权利要求3所述的一种铝冶炼工艺，其特征在于：高沸点氯化物还包含氯化镁，第一段冷却降温及氯化物分离回收进一步分为第一段冷却降温前段工序和第一段冷却降温后段工序；第一段冷却降温前段工序中，将从氯化炉中排出的烟气的温度降至低于氯化镁的沸点且高于氯化铁的沸点的范围内并通过第一分离装置的一级分离单元将烟气中析出的主要为氯化镁的颗粒物从烟气中分离和回收；第一段冷却降温后段工序中，将从一级分离单元中...

【专利技术属性】
技术研发人员：高楚雄，
申请(专利权)人：高楚雄，
类型：发明
国别省市：