一种铝土矿生产氧化铝及综合利用的方法技术

本发明专利技术涉及一种铝土矿生产氧化铝及综合利用的方法，属于轻金属冶金技术领域。本发明专利技术采用两步酸溶出的方法。先用破解矿物结构及溶解能力较强的盐酸，在高温、高压下，溶解铝土矿中的可溶元素，起到除杂和破坏矿石结构两个作用。试验研究表明，在控制条件下，盐酸对铝土矿中的铁等杂质元素溶解效果良好，可以去除90％以上，而铝的溶出率较低(60％以下)，且可以在后续步骤中回收溶出的铝。再用浓硫酸在高温、高压下溶出残渣中的铝，固液分离后，将硫酸铝溶液冷却、结晶、分离、脱水，高温(1000

【技术实现步骤摘要】
一种铝土矿生产氧化铝及综合利用的方法
一、

[0001]本专利技术涉及一种铝土矿生产氧化铝及综合利用的方法，属于轻金属冶金

二、
技术介绍

[0002]用铝土矿生产氧化铝，有烧结法、拜耳法，以及两法兼用的所谓联合法。碱石灰烧结法能够利用低品位铝土矿生产氧化铝，但能耗高，生产成本高，现代铝工业已基本不用烧结法生产氧化铝。拜耳法是当下生产氧化铝的主要工艺技术流程，以消化高铝硅比富矿和进口三水铝石为主，以及中低品位矿经选矿获得的精矿。现代铝工业仍然存在两个难以解决的棘手问题，一是资源的利用率低、回收率低，低品位矿石、选矿尾矿都是废弃资源；二是每生产一吨氧化铝将会产生1.5
‑
2吨的强碱性赤泥，目前仍是工业固废。
[0003]也有许多关于酸法分解铝土矿的实验研究工作和专利文献，例如：CN201210102803：一种利用低品位铝土矿酸浸制取氧化铝的方法，将低品位铝土矿粉研磨，用浓硫酸浸出得硫酸铝溶液，浓缩冷却析出硫酸铝结晶，用盐酸溶解硫酸铝，然后通入HCl气体使溶液饱和，得到AlCl3.6H2O晶体析出，AlCl3.6H2O与氢氧化铵溶液或液氨或碳酸氢铵溶液或碳酸铵溶液反应得到氢氧化铝和氯化铵溶液，氢氧化铝经煅烧得到氧化铝，氯化铵经氧化镁置换得氨气和氯化镁，氯化镁经水解得到氧化镁和盐酸循环使用。
[0004]CN201910123918：一种氧化铝的生产方法，1.一种氧化铝的生产方法，其特征在于，步骤如下：(1)采用工业硫酸强化溶出含铝矿物中的酸溶物制备以硫酸铝为主的溶液，经喷雾干燥后获得无水固体硫酸盐；(2)以无水固体硫酸盐为原料，经碳热还原制备氧化铝粗品；(3)氧化铝粗品经碱溶、种分、分离过程生产氢氧化铝，继而煅烧生产氧化铝。
[0005]CN105110359.A公开了低品位铝土矿制备氟化铝的方法，虽采用了盐酸除铁，浓硫酸除钛的常用技术手段，但并非以提取氧化铝及资源综合利用为目的，局限于制备氟化铝的技术构思。
[0006]CN201310312274：一种低品位铝土矿综合利用方法，采用了盐酸分解的方法，且用碱重溶氢氧化铝沉淀，净化、种分制取氢氧化铝。
[0007]铝土矿中的铝是个稳定的存在，其铝硅酸盐的结构也是很稳定的矿物结构，特别是我国的一水硬铝石型铝土矿，溶出提铝是非常困难的。碱石灰法(传统烧结法、拜耳法)就是通过强化反应条件，用钠、钙离子取代矿物中的铝离子，选择性的溶出铝离子，生成铝酸钠溶液，其它则形成混合物沉淀，即赤泥。实际的溶出过程所控制的反应条件是：温度140
‑
270℃，压强0.4
‑
7.0MPa，Na2O140
‑
220g/l，时间约30min
‑
1h。但碱石灰法(传统烧结法、拜耳法)有两个难以克服的缺点：一是要求铝土矿的品位相对较高，二是铝的回收率较低，产生大量(1.5
‑
2倍量)的强碱性赤泥。因此，酸法提铝的实验研究工作就从未停止过，但至今尚未具有实际意义的工业应用，这是因为酸法溶出同样需要强化的反应条件，如用盐酸，需要温度110
‑
220℃，压强0.2
‑
2.35MPa，酸的浓度10
‑
30％等，要求设备具有较强的耐酸性；用酸法溶解铝土矿对铝没有选择性，铝土矿中的铝、铁、钠、钾、钙、镁等组成元素都能溶解进入
溶液，后期需要分离、提纯等，其工作量和难度均较高，不易工业化实施。因此，酸法溶解铝土矿的思路主要就是两点：降低溶解条件和简化铝的提纯过程。
[0008]本专利技术采用两步酸溶出的方法。先用破解矿物结构及溶解能力较强的盐酸，溶解铝土矿中的铝、铁、钠、钾、钙、镁等，起到除杂和破坏矿物结构两个作用。试验研究表明，在控制条件下，盐酸对铝土矿中的铁等杂质元素溶解效果良好，可以去除90％以上，而铝的溶出率较低(60％以下)，且可以在后续步骤中回收溶出的铝。(在大多数酸法工艺中是用煅烧、加碱煅烧或加酸煅烧的矿石预处理方法破坏原矿结构。)。第二步是用浓硫酸在强化条件下溶出残渣中的铝，固液分离后，将硫酸铝溶液冷却、结晶、分离、脱水，高温(1000
‑
1300℃)煅烧无水硫酸铝生成α
‑
Al2O3和SO3，吸收SO3制成硫酸重新使用；利用稀盐酸对α
‑
Al2O3的选择性不溶，可进一步除去铁、钠、钾、钙、镁等杂质。
三、
技术实现思路

[0009]本专利技术主要包括以下内容及步骤：
[0010]a、用化学分析方法分析铝土矿的主要成分含量：Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO等；将铝土矿破碎、磨细(0.15
‑
0.038mm)；
[0011]b、按铝土矿物料中Fe2O3、CaO、MgO的重量，以及用化学反应式：Fe2O3+6HCl＝2FeCl3+3H2O；CaO+2HCl＝CaCl2+H2O；MgO+2HCl＝MgCl2+H2O，计算的完全反应所需盐酸的量，并过量10
‑
50％盐酸配料；
[0012]c、固含：10
‑
40％，反应温度：120
‑
220℃，压力：0.2
‑
2.35MPa，搅拌下，反应1
‑
5h；过滤，可以将滤液浓缩、聚合制成聚合氯化铝铁净水剂；
[0013]d、用氢氧化钠溶液调节氯化物溶液的PH值至PH＝3.8，沉淀析出氢氧化铁，过滤、洗涤、干燥(至500℃)，制成氧化铁；继续调节滤液的PH值至PH＝11，沉淀析出氢氧化铝，过滤出氢氧化铝，在后续步骤中溶解到硫酸铝溶液中；再将碳酸钠溶液加入溶液中沉淀析出碳酸钙、碳酸镁，过滤、洗涤、干燥，得到碳酸钙和碳酸镁的混合物；滤液浓缩后可制取氯化钠；
[0014]e、盐酸溶出后的渣，主要含氧化硅、氧化铝、氧化钛等，用化学分析方法分析渣的成分含量：Al2O3、Fe2O3、TiO2等；按物料量和化学反应式：Al2O3+3H2SO4＝Al2(SO4)3+3H2O，计算完全反应所需硫酸的量，并过量10
‑
50％硫酸配料，硫酸浓度：30
‑
80％，反应温度：120
‑
240℃，压力：0.2
‑
3.4MPa，搅拌下，反应1
‑
5h；过滤，渣主要含氧化硅等，将上述氢氧化铝加入硫酸铝溶液增浓，经冷却、结晶、过滤，分离出硫酸铝结晶；
[0015]f、从100℃升温到500℃，使硫酸铝结晶脱水成无水硫酸铝；从750℃升温到1300℃煅烧无水硫酸铝，保温30min
‑
2h使其分解成氧化铝和三氧化硫，Al2(SO4)3＝Al2O3+3SO3
↑
，收集三氧化硫，并溶于水制成硫酸重复使用；
[0016]g、用浓度5
‑
15％的盐酸，固含10
‑
50％，温度：30
‑
90℃，搅拌下，反应1
‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝土矿生产氧化铝及综合利用的方法，其特征在于包括以下步骤：a、用化学分析方法分析铝土矿的主要成分：Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO等的含量；将铝土矿破碎、磨细(0.15
‑
0.038mm)；b、按铝土矿物料中Fe2O3、CaO、MgO的重量，以及用化学反应式：Fe2O3+6HCl＝2FeCl3+3H2O；CaO+2HCl＝CaCl2+H2O；MgO+2HCl＝MgCl2+H2O，计算的完全反应所需盐酸的量，并过量10
‑
50％盐酸配料；c、固含：10
‑
40％，反应温度：120
‑
220℃，压力：0.2
‑
2.35MPa，搅拌下，反应1
‑
5h；过滤；滤液可以浓缩、聚合制备聚合氯化铝铁净水剂；d、用氢氧化钠溶液调节氯化物溶液的PH值至PH＝3.8，沉淀析出氢氧化铁，过滤、洗涤、干燥(至500℃)，制成氧化铁；继续调节滤液的PH值至PH＝11，沉淀析出氢氧化铝，过滤出氢氧化铝，在后续步骤中溶解到硫酸铝溶液中；再将碳酸钠溶液加入溶液中沉淀析出碳酸钙、碳酸镁，过滤、洗涤、干燥，得到碳酸钙和碳酸镁的混合物；滤液浓缩后可制取氯化钠；e、盐酸溶出后的渣，主要含氧化硅、氧化铝、氧化钛等，用化学分析方法分析渣成分：Al2O3、Fe2O3、TiO2等的含量；按物料量和化学反应式：Al2O3+3H2SO4＝Al2(SO4)3+3H2O，计算完全反应所需硫酸的量，并过量10
‑
50％硫酸配料，硫酸浓度：30
‑
80％，反应温度：120
‑
240℃，压力：0.2
‑
3.43MPa，搅拌下，反应1
‑
5h；过滤，渣主要含氧化硅、氧化钛等，将上述氢氧化铝沉淀溶解到硫酸铝溶液增浓，经冷却、结晶、过滤，分离出硫酸铝结晶；f、从100℃升温到500℃，使硫酸铝结晶脱水成无水硫酸铝；从750℃升温到1300℃煅烧无水硫酸铝，保温30min
‑
2h，使其分解成氧化铝和三氧化硫，Al2(SO4)3＝Al2O3+3SO3
↑
，收集三氧化硫，并溶于水制成硫酸重复使用；g、用浓度5
‑
15％的盐酸，固含10
‑
50％，温度：30
‑
90℃，搅拌下，反应1
‑
5h，除去残留的氧化铁等杂质，过滤、洗涤、干燥，制成氧化铝；盐酸溶液及洗液可重复使用；h、步骤e中的氧化硅、氧化钛渣，用50
‑
90％的浓硫酸，固含30
‑
60％，搅拌下，反应1
‑
3h，溶解氧化钛成TiOSO4：TiO2+H2SO4＝TiOSO4+H2O，过滤、洗涤、干燥，制备出纯净氧化硅；滤液，经加热至沸腾使TiOSO4分解成氧化钛，TiOSO4+H2O＝TiO2+H2SO4，过滤、洗涤、干燥，制备出纯净氧化钛；滤液、洗液可重复使用。2.根据权利要求1，其特征在于：用化学分析方法分析铝土矿的主要成分含量：Al2O3、F...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴一峰，
申请(专利权)人：吴一峰，
类型：发明
国别省市：