一种从柠檬酸铝经碳酸铝铵生产氧化铝的方法技术

一种从柠檬酸铝经碳酸铝铵生产氧化铝的方法，以柠檬酸溶液为浸出剂处理粘土、高岭土等含铝资源矿所得的含有柠檬酸铝水溶液，与碳酸氢铵溶液混合形成碳酸铝铵沉淀，固液分离后得到碳酸铝铵固体和柠檬酸盐溶液；得到的碳酸铝铵固体经高温焙烧可以得到产品氧化铝；分离碳酸铝铵后的柠檬酸盐溶液中添加硫酸或盐酸酸化后，可恢复对含铝矿中氧化铝的选择性络合溶出能力，从而可再次用于浸矿。

【技术实现步骤摘要】

，涉及一种利用柠檬酸浸出含铝矿 石生产氧化铝的方法，特别是其中的柠檬酸可以循环利用。
技术介绍
我国铝工业发展很快，已多年居世界第一。但是我国铝资源储量相对少、质量差， 资源已成为阻碍我国铝工业发展的瓶颈。在抓紧国内资源的勘探和寻找新的资源的同时， 开发低品位铝资源有效利用的技术是当前我国铝工业发展的刻不容缓的重要任务。粘土是重要的含铝矿物，且其储量远大于目前铝工业的主要原料——招土矿的储 量。探索用粘土生产铝金属的原料——氧化铝，对扩大铝金属生产资源和铝工业的可持续 发展具有十分积极的意义。中国申请专利CN200710099820提出用柠檬酸浸出粘土矿制得柠檬酸铝浸出液及 柠檬酸铝产品；中国申请专利CN200710118676提出用柠檬酸浸出高岭土制得柠檬酸铝浸 出液及柠檬酸铝产品；中国申请专利CN200710099831揭示了采用焙烧柠檬酸铝方法生产 制备氧化铝。然而，采用焙烧柠檬酸铝方法制备氧化铝，相当于把有价值的柠檬酸或柠檬酸 根转化成了无用的二氧化碳，在经济上不可行，从环保角度也不允许，没有实现柠檬酸的有 效利用。本专利技术人等先前提出了柠檬酸铝_丝钠铝石_氧化铝的工艺流程实现柠檬酸的循 环利用(中国申请专利CN2008100844989)，解决了上述以粘土、高岭土等含铝资源为原料 生产制备氧化铝的关键技术问题，从而把只能作为烧制砖瓦的粘土、高岭土等变成为生产 氧化铝和金属铝的资源，对于铝工业的可持续发展和地球资源的综合利用具有十分重要的 现实意义。本专利技术提出另一种实现柠檬酸循环利用的方法，即柠檬酸铝_碳酸铝铵_氧化铝 的工艺流程，可以在实现柠檬酸循环利用的同时，提供更好的氧化铝产品性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，具体地包 括将含有柠檬酸铝的水溶液与含有碳酸氢铵的水溶液混合，固液分离后得到碳酸铝铵沉 淀和柠檬酸盐溶液，然后焙烧碳酸铝铵得到氧化铝；进一步利用无机酸对柠檬酸盐溶液进 行酸化使其重新恢复对粘土、高岭土及其它含铝资源中氧化铝的选择性络合溶出能力。本专利技术的从柠檬酸铝经碳酸铝铵生产氧化铝的方法，主要特征在于将含有柠檬 酸铝的水溶液与碳酸氢铵溶液混合形成碳酸铝铵沉淀，固液分离后得到碳酸铝铵固体和柠 檬酸盐溶液，从而实现了将柠檬酸铝中的柠檬酸根和三价铝分开的目的；碳酸铝铵的高温 分解产物为固相的氧化铝、气相的二氧化碳和氨气，故容易获得产品氧化铝；利用价廉的无 机酸，如硫酸或盐酸酸化柠檬酸盐溶液，可以再次得到柠檬酸溶液，从而恢复对含铝矿中氧 化铝的选择性络合溶出能力而得到柠檬酸铝溶液，实现低成本循环利用柠檬酸的目的。基于以上技术方法，可以实现以柠檬酸为循环浸出剂，以粘土、高岭土等含铝资源 为原料生产制备氧化铝。附图说明图1为本专利技术方法的中间产物碳酸铝铵差热-失重(DTA-TG)图。图2为本专利技术方法的中间产物碳酸铝铵(AACH)、碳酸铝铵在1000°C烧结2小时 后、在1400°C烧结2小时后的粉末XRD图谱。其中，碳酸铝铵在1000°C烧结2小时后得到 Y -Al2O3 ；碳酸铝铵在1400°C烧结2小时后得到α -Α1203。具体实施方式本专利技术的从柠檬酸铝经碳酸铝铵生产氧化铝的方法，包括以下步 骤(1)将含有柠檬酸铝的水溶液与含有碳酸氢铵的水溶液混合，反应形成碳酸铝铵 沉淀，固液分离后得到碳酸铝铵固体和柠檬酸盐溶液。柠檬酸铝(AlCit)水溶液与碳酸氢铵水溶液混合后反应生成碳酸铝铵 (NH4Al(OH)2CO3)的化学反应式如式所示。NH4++AlCit+HC(V = NH4Al(OH)2CO3 I +Cit3- 其中，含有柠檬酸铝的水溶液可以是柠檬酸铝溶液，也可以是粘土、高岭土或其它 含铝资源的柠檬酸浸出液。若柠檬酸铝溶液因存在游离酸等原因表现较强酸性时，应调节pH值至6以上。因 为碳酸氢铵溶液遇酸将分解，造成物料损失。调节PH值时，不能使用氢氧化钠或氢氧化钾 等化合物，否则有可能形成丝钠铝石等杂质；可以使用氨水，或者膜电解等不引入杂质离子 的中和方法。碳酸氢铵的用量、反应温度、反应时间等反应条件对柠檬酸铝溶液中的铝转化为 碳酸铝铵的转化率有影响，其中碳酸氢铵的用量越大，反应时间越长，转化率越高；但碳酸 氢铵用量过大，反应时间过长则不经济。反应温度较高可加快反应速率，但温度过高会引起 碳酸氢铵的分解反而转化率降低。故，比较适宜的反应条件为碳酸氢铵的用量为柠檬酸铝 溶液中铝含量的3-5倍，反应温度控制在20 50°C，反应时间为5h 2D。固液分离手段可选用过滤、离心或任何工程上可实现的固液分离方式。(2)固液分离后得到的碳酸铝铵经过高温焙烧得到产品氧化铝。碳酸铝铵的差热-热失重(DTA-TG)分析如附图1所示。可以看出，差热扫描曲线 在200°C左右出现一个强烈的吸热峰，表明在此温度下发生热分解反应；对应于此温度下 的热失重约为0. 56，可以推断在200°C左右碳酸铝铵发生如式所示的分解反应NH4Al (OH)2CO3 = A100H+C02 个 +NH3 个 +H2O 从200°C到400°C，差热曲线表现缓慢的吸热峰，热失重曲线显示失重率为0. 084， 推断在此温度范围中A100H失水转变为无定型Al2O3，如式所示2A100H = A1203+H20 在约850°C处出现小的放热峰，而热失重曲线基本无变化。推测此温度下发生无定 型Al2O3发生晶型转化。产物氧化铝的晶相由焙烧温度决定，例如碳酸铝铵在950°C焙烧2小时后得到 100% Y-Al2O3，在1400°C焙烧2小时后转化为晶型完美的α-Al2O3。S卩，碳酸铝铵高温分解的反应方程式如式所示。分解产物中除氧化铝之外都 是气体物质，因此对产品纯度无干扰。2NH4A1 (OH) 2C03 = A1203+2NH3 +2C02 +3H20 (3)在固液分离后得到的柠檬酸盐溶液中添加硫酸或盐酸，使柠檬酸盐酸化转化 柠檬酸，恢复其对粘土、高岭土等含铝资源中氧化铝的选择性络合溶出能力，而再次得到柠 檬酸铝溶液。反应方程式如式所示。Cit3^H+ = H3Cit 可以通过向柠檬酸盐溶液添加无机酸，如硫酸或盐酸而实现。控制添加硫酸或盐酸的当量数为所有柠檬酸盐全部酸化时耗酸当量数的30 95%，pH值控制在1. 5 3. 5。 此时溶液转化为柠檬酸溶液，可以再次用于从中低品位铝土矿或含铝非铝土矿中浸出铝得 到柠檬酸铝溶液。下面结合实例对本专利技术作进一步的说明。实施例1室温(25°C )下，实验室配制的1. Omol/L柠檬酸铝溶液50ml (以25%氨水调节pH 值至8. 0)与2. Omol/L的碳酸氢铵溶液50ml混合，10分钟后即出现白色沉淀。继续搅拌2 小时后，离心分离，洗涤、干燥，得到1. 803g白色固体粉末。粉末XRD图谱分析结果表明，该 白色固体为碳酸铝铵。采用二甲基橙比色法分析白色固体中的铝含量为18.24%。经换算 可知柠檬酸铝溶液中铝转化为碳酸铝铵的转化率为24. 37%。所得碳酸铝铵在马弗炉中1400°C焙烧2小时，冷却，称重，失重率为63. 1%，得到 的白色固体经粉末XRD图谱分析结果表明为α -氧化铝。实施例250°C水浴条件下，实验室配制的1. 0mol/L柠檬酸铝溶液50ml (本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从柠檬酸铝经碳酸铝铵生产氧化铝的方法，其特征在于将含有柠檬酸铝的水溶液与碳酸氢铵溶液混合形成碳酸铝铵沉淀，固液分离后得到碳酸铝铵固体和柠檬酸盐溶液；得到的碳酸铝铵固体高温焙烧得到产品氧化铝。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈咏梅，律娅婧，万平玉，余章龙，周吉奎，赵卓，潘军青，
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]