一种将拜耳法赤泥中铝从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的方法

摘要

本发明涉及一种将拜耳法赤泥中铝从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的方法，属于火法冶金技术领域。首先将拜耳法赤泥干燥后，磨成粒度为80~200目细粉，向细粉中加入细粉质量2~8%的碳氢有机粘结剂混合均匀，再用手工揉捏或者制粒机制成粒径为1~5mm圆颗粒；将圆颗粒微波焙烧20~100min，最后在400~800℃的条件下保温10~60min，即能获得从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的拜耳法赤泥圆颗粒。该方法具有温度低、反应时间快、不需要添加还原剂等优点，因而能耗低、成本低，克服了现有技术的缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及一种将拜耳法赤泥中铝从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的方法，属于火法冶金技术领域。

背景技术

赤泥是铝生产过程中铝土矿经强碱浸出时形成的废渣，每生产一吨氧化铝约产出1.0~2.0 t赤泥废渣。赤泥化学成分复杂，碱性很高，其附液的pH值大于12~14。目前，全球赤泥的堆存量已超过27亿吨，而且每年还以1.2亿吨的数量在激增。其中，中国赤泥累积堆存量已达到2亿吨，每年产生的赤泥量达到3000万吨以上，为世界之最。随着氧化铝产量的逐年增长和铝土矿品位的逐渐降低，中国赤泥的年产量还将不断增加。由于中国缺乏赤泥大宗利用的经济可行技术，赤泥的综合利用率低，造成赤泥大量堆存。因此，对其进行合理处置已经成为氧化铝产业可持续发展和节能减排需要切实解决的大事。

按照氧化铝生产方法的不同，可分为烧结法、拜尔法和联合法赤泥三种。目前全世界生产氧化铝和氢氧化铝，有90%以上是用拜耳法生产的。拜耳法赤泥中氧化铝含量常含有16~30%，但由于拜耳法赤泥粒度相当微细、成分复杂，所以不好回收利用。本发明针对拜耳法赤泥的铝的综合利用难题。

拜耳法高压溶出过程中，由于含硅矿物向铝酸钠溶液中添加石灰就生成了水化石榴石。溶出过程后的铝损失主要以水化石榴石物相进入赤泥中，其化学式为3CaO.Al₂O₃.xSiO₂.(6-2x)H₂O。随着体系中的CaO：SiO₂比的变化，赤泥中的水化石榴石组成主要为3CaO.Al₂O₃.0.85SiO₂.4.3H₂O和3CaO.Al₂O₃.SiO₂.4H₂O。水化石榴石是一种稳定固相，其不溶于水，在碱性溶液中的稳定性也高。随温度升高，水化石榴石的稳定性减少。

目前拜耳法赤泥中回收铝的工艺有烧结法、水热法和高压水化学法。水热法回收氧化铝的技术，由于溶出液中氧化铝的浓度很低，铝只能以水合铝酸钙的形式回收铝，难以与拜尔法主体溶出工序相配套。高压水化学法氧化铝回收率高同时能回收一部分钠，但温度为260～280℃和压力达5.0 MPa以上，高温高压操作，导致生产能耗高，同时对设备要求相当高，操作难度大。

烧结法回收利用赤泥中铝的技术研究较多。美国专利1618105提出将高铁高硅赤泥、石灰、焦炭按一定的比例混合后在电路中熔炼，二氧化硅和钙集合形成硅钙化合物，得到生铁以12CaO.7Al₂O₃和2CaO.SiO₂为主的炉渣，再用碳酸钠溶液浸出，得到铝酸钠溶液和碳酸钙，经固液分离后得到铝酸钠溶液，再通入烟道尾气CO₂进行碳酸化分解析出Al(OH)₃，从而实现铝的回收。中国专利CN 103589871A将回收铁后的赤泥与浓硫酸混合进行硫酸化焙烧、通过水浸后，再加入氨水得到硫酸铝铵沉淀。中国专利CN 103626213 A将磨细后的赤泥与硫酸混合后进行烧结生成固体混合物，再进行加热溶出，过滤得到硫酸铝铵溶液，结晶除杂再溶于水后与氨水反应生成氢氧化铝。这种方法的缺点在于流程长，浸出液杂质含量高、铝难以提纯、废水难以处理、硫酸介质难以循环利用等问题。中国专利CN103898330A将赤泥与还原剂进行还原焙烧后，再进行磁选回收铁，磁选后的非磁性渣进行稀碱洗涤得到氢氧化铝。中国专利CN 102851425A将赤泥与铁精矿和焦粉进行造球后放入转底炉进行直接还原铁，还原后的金属化球团送入铁浴式氧煤熔融还原炉高温熔化分离，分离后的高铝熔渣经改性后回收氧化铝。

烧结法回收铝工艺具有铝回收率高等优点，但是这些方法焙烧得出的含铝产物一般以铝酸钙、铝硅酸钙、硫酸铝等物质存在，从而导致随后处理工艺难。此外，这些方法对于加热温度要求较为苛刻、一般都在1000℃以上，需要还原剂等，导致能耗高、生产成本高、环境污染大等关键问题。

采用微波加热技术，将固体废弃物-赤泥中难溶的水化石榴石物相转化成易处理的氧化铝物相的方法未见报道。针对以上技术问题，本发明提出将拜耳法赤泥和碳氢有机粘结剂进行混合制球，利用其中的碳氢有机粘结剂在微波条件下起到升温催化作用，利用微波快速和均匀加热特点，在比较低的焙烧温度和无添加还原剂的条件下，将赤泥颗粒内部进行水化石榴石物相转换成氧化铝物相。本发明将为拜耳法赤泥高效回收铝创造条件，可有效解决了固体废物-赤泥的环境污染和资源利用问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种将拜耳法赤泥中铝从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的方法。该方法具有温度低、反应时间快、不需要添加还原剂等优点，因而能耗低、成本低，克服了现有技术的缺陷，本发明通过以下技术方案实现。

一种将拜耳法赤泥中铝从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的方法，其具体步骤包括如下：

步骤1、首先将拜耳法赤泥干燥后，磨成粒度为80~200目细粉，向细粉中加入细粉质量2~8%的碳氢有机粘结剂混合均匀，再用手工揉捏或者制粒机制成粒径为1~5mm圆颗粒；

步骤2、将圆颗粒在微波功率为1.5~3kW、微波焙烧温度为400~800℃的条件下微波焙烧20~100min，最后在400~800℃的条件下保温10~60min，即能获得从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的拜耳法赤泥圆颗粒。

所述步骤1中的拜耳法赤泥含铝的质量百分比为8.5~13.8%，其中铝主要以水化石榴石Ca₃Al₂(SiO₄)(OH)₈和拜耳石Al(OH)₃物相存在。

所述步骤1中碳氢有机粘结剂为食用淀粉或环氧树脂。

本发明的有益效果是：

（1）本发明将氧化铝生产的固体废弃物拜耳法赤泥为原料，对铝物相进行转化。XRD分析结果显示赤泥中的铝从难处理的水化石榴石物相很大程度上已经转化为易处理的氧化铝物相。

（2）本发明可以在比较低的焙烧温度条件下进行拜耳法赤泥中铝物相转化，大大降低了能耗，降低了生产成本。

（3）本发明将原料赤泥与碳氢有机粘结剂直接进行制粒后作为焙烧过程的原料，而不需要添加还原剂。

（4）本发明将微波焙烧技术引入到赤泥物料中铝的回收领域中，该技术解决了现有回收铝工艺中温度高、还原剂量大、处理时间长和存在环境污染等缺点。

附图说明

图1为实施例1的粒状赤泥焙烧前和后的X-射线衍射图谱，其中（a）为原料赤泥，（b）微波焙烧后的赤泥。

图2为实施例1的粒状赤泥在微波焙烧条件下的升温曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1

该将拜耳法赤泥中铝从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的方法，其具体步骤包括如下：

步骤1、首先将含有铝10.77wt.%的贵州某个氧化铝厂的拜耳法赤泥干燥后，磨成粒度为200目细粉，向细粉中加入细粉质量6%的碳氢有机粘结剂混合均匀，再用手工揉捏或者制粒机制成粒径为2mm圆颗粒；其中碳氢有机粘结剂为食用淀粉；

步骤2、将圆颗粒在微波功率为3kW、微波焙烧温度为500℃的条件下微波焙烧40min，最后在500℃的条件下保温30min，即能获得从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的拜耳法赤泥圆颗粒。

粒状赤泥焙烧前后的XRD分析图（如图1）显示，微波实现了把赤泥中的铝从水化石榴石物相（5号衍射峰）转变成了Al₂O₃物相（7号衍射峰）。在微波作用下赤泥颗粒迅速升温，从室温升到500℃大概只需要40min（如图2所示）。

实施例2

该将拜耳法赤泥中铝从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的方法，其具体步骤包括如下：

步骤1、首先将含有铝11.48wt.%、铝主要以水化石榴石Ca₃Al₂(SiO₄)(OH)₈和拜耳石Al(OH)₃物相存在的文山某个氧化铝厂的拜耳法赤泥干燥后，磨成粒度为100目细粉，向细粉中加入细粉质量6%的碳氢有机粘结剂混合均匀，再用手工揉捏或者制粒机制成粒径为2mm圆颗粒；其中碳氢有机粘结剂为食用淀粉；

步骤2、将圆颗粒在微波功率为2.5kW、微波焙烧温度为600℃的条件下微波焙烧55min，最后在600℃的条件下保温30min，即能获得从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的拜耳法赤泥圆颗粒。

实施例3

该将拜耳法赤泥中铝从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的方法，其具体步骤包括如下：

步骤1、首先将含有铝11.48wt.%、铝主要以水化石榴石Ca₃Al₂(SiO₄)(OH)₈和拜耳石Al(OH)₃物相存在的的文山某个氧化铝厂的拜耳法赤泥干燥后，磨成粒度为100目细粉，向细粉中加入细粉质量4%的碳氢有机粘结剂混合均匀，再用手工揉捏或者制粒机制成粒径为4mm圆颗粒；其中碳氢有机粘结剂为食用淀粉；

步骤2、将圆颗粒在微波功率为2kW、微波焙烧温度为400℃的条件下微波焙烧30min，最后在400℃的条件下保温20min，即能获得从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的拜耳法赤泥圆颗粒。

实施例4

该将拜耳法赤泥中铝从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的方法，其具体步骤包括如下：

步骤1、首先将含有铝9.97wt.%、铝主要以水化石榴石Ca₃Al₂(SiO₄)(OH)₈和拜耳石Al(OH)₃物相存在的的拜耳法赤泥干燥后，磨成粒度为80目细粉，向细粉中加入细粉质量2%的碳氢有机粘结剂混合均匀，再用手工揉捏或者制粒机制成粒径为1mm圆颗粒；其中碳氢有机粘结剂为环氧树脂；

步骤2、将圆颗粒在微波功率为1.5kW、微波焙烧温度为800℃的条件下微波焙烧100min，最后在800℃的条件下保温10min，即能获得从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的拜耳法赤泥圆颗粒。

实施例5

该将拜耳法赤泥中铝从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的方法，其具体步骤包括如下：

步骤1、首先将含有铝13.66wt.%、铝主要以水化石榴石Ca₃Al₂(SiO₄)(OH)₈和拜耳石Al(OH)₃物相存在的的拜耳法赤泥干燥后，磨成粒度为200目细粉，向细粉中加入细粉质量8%的碳氢有机粘结剂混合均匀，再用手工揉捏或者制粒机制成粒径为5mm圆颗粒；其中碳氢有机粘结剂为环氧树脂；

步骤2、将圆颗粒在微波功率为3kW、微波焙烧温度为600℃的条件下微波焙烧20min，最后在600℃的条件下保温60min，即能获得从水化石榴石物相转化成氧化铝物相的拜耳法赤泥圆颗粒。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。