一种烧结法制备氧化铝的环保节能烧结配方以及粗脱硅工艺

摘要

本发明公开了一种烧结法制备氧化铝的环保节能烧结配方以及粗脱硅工艺，涉及氧化铝的制备领域，配方中由铝硅比为1.5：1‑3:1的低品位铝粉、石灰混合粉、纯碱以及氟化物组成，其中，纯碱按照Na2CO3摩尔量占Al2O3摩尔量的60％的比例加入，石灰混合粉按照Ca摩尔量占SiO2摩尔量的100‑140％的比例加入，氟化物按照低品位铝粉、石灰混合粉、纯碱总质量的0.5‑1％的比例加入,本发明提供的烧结配方，结合氟化物的使用，可将传统碱比降至0.6，克服了现有技术认为Na2CO3/Al2O3＝1时效果最佳的技术偏见；传统钙比降至1‑1.4，克服了现有技术认为钙比CaO/SiO2＝2时效果最佳的技术偏见，大大减少了辅料的用量。

说明书

技术领域

本发明涉及氧化铝的制备领域，更具体的说是涉及一种烧结法制备氧化铝的环保节能烧结配方以及粗脱硅工艺。

背景技术

在工业生产中，采用主要成分为Al₂O₃、SiO₂的煤矸石、粉煤灰作为制备氢氧化铝的原材料是较为常见的做法，只要脱出煤矸石、粉煤灰中的硅元素，即可得到较为纯净的氧化铝。

现有技术中，粗脱硅时，目前国际国内采用的生产氧化铝的原料均为高品位铝矿，对铝矿中Al₂O₃、SiO₂百分比含量要求很高，其铝硅比最低要求在3：1，即对Al₂O₃的百分比含量最低要达到60％，SiO₂的百分比含量最高不超过20％，否则，视为次品不能生产氧化铝，故而对铝矿的要求很高。而现实中，很多的矿产品中含有大量的Al₂O₃被技术限制却提取不出来或没有工业生产价值而被遗弃，如煤矸石、低品位铝矿(低铝高硅铝矿)、铝矿尾矿、粉煤灰(Al₂O₃含量一般在35％—50％)等，造成了诸多资源浪费。

采用烧结法制备氧化铝，传统认为配料中：碱比Na₂CO₃/AL₂O₃为1、钙比CaO/SiO₂为2，煅烧温度1200℃、煅烧时间60分钟达到最佳溶出效果，这种配比对于铝硅比为3：1的铝矿生产，生产1吨氧化铝要排出2.5吨左右赤泥。

但在实际生产中，多年实际生产发现，而对于铝硅比低于3：1甚至低于2：1的低品位铝矿生产，若再用这种配比来进行生产，铝回收率低，生产效益低下，但我国铝土资源多为铝硅比低于3：1甚至低于2：1的低品位铝矿，以至于不能开发利用；同时在硅含量高的前提下，居高不下的钙比辅料，导致产生更多的赤泥量，同时因大量的碱性物质加入，造成产生的赤泥为难以应用的高碱性赤泥，进而污染环境。

目前有的国家把赤泥排入海中，但因含有碱等有害物质而污染海洋，危害渔业生产。有的在陆地堆放，占用农田，污染水系,干燥后随风飘扬，又污染大气。

对于赤泥的销纳主要采取的是海底或陆地堆放处置的方法，但随着铝工业的发展，生产氧化铝排出的赤泥量也日益增加，堆存处置所带来的一系列问题随之而出，造成了严重的环境问题。

赤泥在堆放过程中除了占用大量土地外，还由于赤泥中的化学成分入渗土地易造成土地碱化、地下水污染，人们长期摄取这些物质，必然会影响身体健康。赤泥的主要污染物为碱、氟化物、钠及铝等，其含量较高，超过了中国国家规定的排放标准(《有色金属工业固体废物污染控制标准》GB5058-85)。

由于赤泥中含有大量的强碱性化学物质，稀释10倍后其pH值仍为11.25-11.50(原土为12以上)，极高的pH值决定了赤泥对生物和金属、硅质材料的强烈腐蚀性。高碱度的污水渗入地下或进入地表水，使水体pH值升高，以致超出国家规定的相应标准，同时由于pH值的高低常常影响水中化合物的毒性，因此还会造成更为严重的水污染。一般认为碱含量为30-400mg/L是公共水源的适合范围，而赤泥附液的碱度高达26348mg/L，如此高碱度的赤泥附液进入水体，其污染不言而喻，赤泥对生态环境的不良影响必须给予高度的重视和认真的研究。堆存量不断增大的赤泥所造成的越来越严重的环境污染，已使赤泥综合利用成为炼铝工业一项急需解决的难题。

烧结法赤泥或联合法赤泥具有高钙、高硅而低铁的特点，利用该类赤泥烧制水泥成为一条可喜的废渣利用途径，但由于该赤泥中铁和碱的含量高，对目前制造水泥的工艺诸多约束，回收成本高，如用以炼铁，其中的碱会腐蚀炉衬的耐火材料，赤泥中的氧化钛还会使炉渣粘度增加，造成高炉操作困难等。相对于赤泥巨大的排放量，目前极有限的利用率仍然不能减缓赤泥给社会、环境带来的沉重负担，减少赤泥量以及提高赤泥利用率迫在眉睫。

发明内容

本发明提供一种烧结法制备氧化铝的环保节能烧结配方以及粗脱硅工艺，以解决现有氧化铝制备技术造成的赤泥量大且难以处理的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种烧结法制备氧化铝的环保节能烧结配方，配方中由铝硅比为1.5：1-3:1的低品位铝粉、石灰混合粉、纯碱以及氟化物组成，其中，纯碱按照Na₂CO₃摩尔量占Al₂O₃摩尔量的60％的比例加入，石灰混合粉按照Ca摩尔量占SiO₂摩尔量的100-140％的比例加入，氟化物按照低品位铝粉、石灰混合粉、纯碱总质量的0.5-1％的比例加入。

作为优选地，所述氟化物为氟化钠或氟化钾。

作为优选地，所述低品位铝粉为煤矸石、粉煤灰的一种或混合物。

作为优选地，所述石灰混合粉由生石灰、熟石灰任意比例混合而成。

一种采用上述环保节能烧结配方的氧化铝粗脱硅工艺，包括如下步骤：

(1)向低品位铝粉中按比例加入石灰混合粉、纯碱、氟化物并混匀形成混合粉末；

(2)将混合粉末投入950-1050℃的煅烧炉内进行煅烧，煅烧时间为60分钟，得到熔融体熟料；

(3)将熔融体熟料进行稀释、溶解；溶解充分后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼进行硅的回收和利用，滤液析出氢氧化铝晶体或进行精脱硅后再析出氢氧化铝晶体。

作为优选地，步骤(2)中煅烧方式为静态煅烧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的烧结配方，结合氟化物的使用，可将传统碱比降至0.6，克服了现有技术认为Na₂CO₃/Al₂O₃＝1时效果最佳的技术偏见；传统钙比降至1-1.4，克服了现有技术认为钙比CaO/SiO₂＝2时效果最佳的技术偏见，大大减少了辅料的用量；

2、采用本发明提供的烧结配方，在实际生产中，将大大减少石灰混合粉、纯碱这两种辅材的应用，同时因辅材减少，需要烧结的物料也大大减少，故而可减少燃料，实现节能的效果；因钙比由2降至1-1.4，也能减少赤泥的产生，根据实际生产，赤泥量可低至传统工艺的1/2，且石灰混合粉、纯碱这两种碱性粉料的减少，能大大降低赤泥的碱性，从而在降低赤泥量的前提下还削弱了赤泥的碱性，使得赤泥更具有可利用性，在一定程度上解决了现有氧化铝制备技术造成的赤泥量大且难以处理的问题；

3、采用本发明配方进行煅烧时，煅烧温度在950-1050℃之间即可，相较于传统1200℃的生产工艺，本发明所需温度更低，对煅烧炉的要求更低，采用比较相对廉价的静态煅烧方式即可实现，生产成本将大大降低,且如果采用动态煅烧方式，因物料在煅烧过程中不停移动，容易破坏煅烧过程中产生的物料异相，而静态煅烧刚好能解决这一难题。

具体实施方式

以下即为本发明具体方案：

一种烧结法制备氧化铝的环保节能烧结配方，配方中由铝硅比为1.5：1-3:1的低品位铝粉、石灰混合粉、纯碱以及氟化物组成，其中，纯碱按照Na₂CO₃摩尔量占Al₂O₃摩尔量的60％的比例加入，石灰混合粉按照Ca摩尔量占SiO₂摩尔量的100-140％的比例加入，氟化物按照低品位铝粉、石灰混合粉、纯碱总质量的0.5-1％的比例加入。

采用上述环保节能烧结配方的氧化铝粗脱硅工艺，包括如下步骤：

(1)向低品位铝粉中按比例加入石灰混合粉、纯碱、氟化物并混匀形成混合粉末；

(2)将混合粉末投入950-1050℃的煅烧炉内进行煅烧，煅烧时间为60分钟，得到熔融体熟料；

(3)将熔融体熟料进行稀释、溶解；溶解充分后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼进行硅的回收和利用，滤液析出氢氧化铝晶体或进行精脱硅后再析出氢氧化铝晶体。

本发明的应用原理、作用与效果，通过如下实施方式予以说明。

实施例1

实际生产证明，采用传统碱比Na₂CO₃/AL₂O₃为1、钙比CaO/SiO₂为2的配方，于煅烧温度1200℃、煅烧时间60分钟的条件下煅烧，生产效果不好，产生的赤泥量更大，以下为采用传统方法处理低品位铝粉的具体实例：

本实施例中，采用的低品位铝粉由以下质量百分比的组分组成：Al₂O₃42％、SiO₂40％、Fe₂O₃2％、钙5％、其它成分11％。

操作步骤：向低品位铝粉中按照碱比Na₂CO₃/AL₂O₃为1、钙比CaO/SiO₂为2的比例加入石灰混合粉、纯碱并混匀形成混合粉末；将混合粉末投入1200℃的煅烧炉内进行煅烧，煅烧时间为60分钟，得到熔融体熟料；将熔融体熟料进行稀释、溶解；溶解充分后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼进行硅的回收和利用，滤液析出氢氧化铝晶体，最终得到氧化铝粗品。

本实施例中，生产1吨氧化铝粗品，产生5.15吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释100倍后pH值为13.8。

本实施例中，铝回收率85.7％，氧化铝粗品中含硅量2.53％。

实施例2

本实施例中，采用的低品位铝粉由以下质量百分比的组分组成：Al₂O₃42％、SiO₂40％、Fe₂O₃2％、钙5％、其它成分11％。

具体操作步骤：向低品位铝粉中按照碱比Na₂CO₃/AL₂O₃为1、钙比CaO/SiO₂为2的比例加入石灰混合粉、纯碱，再加入低品位铝粉、石灰混合粉、纯碱总质量的0.5-1％的氟化物，并混匀形成混合粉末；将混合粉末分成A、B两份，A份投入1200℃的煅烧炉内进行煅烧，B份投入950-1050℃的煅烧炉内进行煅烧，煅烧时间均为60分钟，得到熔融体熟料；将熔融体熟料均进行稀释、溶解；溶解充分后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼进行硅的回收和利用，滤液析出氢氧化铝晶体，最终得到氧化铝粗品。

本实施例中，A：生产1吨氧化铝粗品，产生5.13吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释100倍后pH值为13.5，铝回收率85.6％，氧化铝粗品中含硅量2.51％。

B：生产1吨氧化铝粗品，产生4.05吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释100倍后pH值为13.3，铝回收率87.1％，氧化铝粗品中含硅量2.05％。

本实施例的目的在于，验证氟化物对低品位铝粉处理的影响，说明传统采用碱比Na₂CO₃/AL₂O₃为1、钙比CaO/SiO₂为2再加上氟化物，在煅烧温度1200℃、煅烧时间60分钟的生产条件下，氟化物对生产无明显优化现象；而在煅烧温度950-1050℃、煅烧时间60分钟的生产条件下，氟化物对生产具有微小的优化现象。

实施例3

本实施例根据低品位铝粉铝硅比为1.5：1-3:1，选择了5组不同组分以及含量的低品位铝粉，这五种低品位铝粉组分及质量百分比如下：

a：Al₂O₃42％、SiO₂>2O₃>

b：Al₂O₃48％、SiO₂>2O₃>

c：Al₂O₃52％、SiO₂>2O₃>

d：Al₂O₃56％、SiO₂>2O₃>

e：Al₂O₃60％、SiO₂>2O₃>

将五组低品位铝粉分别按照本发明配方进行烧结。

操作步骤：向低品位铝粉中按照碱比Na₂CO₃/AL₂O₃为0.6、钙比CaO/SiO₂为1的比例加入石灰混合粉、纯碱，再加入低品位铝粉、石灰混合粉、纯碱总质量的0.5％的氟化物，并混匀形成混合粉末；将混合粉末投入950-1050℃的煅烧炉内进行煅烧，煅烧时间均为60分钟，得到熔融体熟料；将熔融体熟料均进行稀释、溶解；溶解充分后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼进行硅的回收和利用，滤液析出氢氧化铝晶体，最终得到氧化铝粗品。

本实施例中,五组低品位铝粉按照本发明配方进行烧结的各参数如下:

a：生产1吨氧化铝粗品，产生3.17吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释50倍后pH值为13.5，铝回收率89.3％，氧化铝粗品中含硅量1.57％。

b：生产1吨氧化铝粗品，产生2.86吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释50倍后pH值为13.2，铝回收率90.5％，氧化铝粗品中含硅量1.58％。

c：生产1吨氧化铝粗品，产生2.27吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释50倍后pH值为13.3，铝回收率91.4％，氧化铝粗品中含硅量1.59％。

d：生产1吨氧化铝粗品，产生2.06吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释50倍后pH值为13.3，铝回收率91.7％，氧化铝粗品中含硅量1.49％。

e：生产1吨氧化铝粗品，产生1.79吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释50倍后pH值为13.1，铝回收率93.1％，氧化铝粗品中含硅量1.54％。

本实施例中，a采用的低品位铝粉与实施例1、实施例2采用的低品位铝粉的组分一致，由a与实施例1和实施例2的验证结果相比，无论是从赤泥量还是赤泥pH值，都具有明显的改进，本发明配方相较于传统配方具有明显优势；通过a-e组的对比，Al₂O₃含量越高越容易回收，SiO₂含量越高，产生的赤泥量越大。

实施例4

实施例3中的a组其他条件不变，投入1200℃的煅烧炉内进行煅烧,进行f组试验。

f：最终生产1吨氧化铝粗品，产生3.25吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释50倍后pH值为13.7，铝回收率86.5％，氧化铝粗品中含硅量2.03％。

本实施例验证结果与a对比，赤泥量有所增加，铝回收率有所下降，证明温度控制对本发明的影响；但仍明显优于采用传统配方生产的实施例1，进一步说明本发明配方相较于传统配方具有明显优势。

实施例5

实施例3中的a组其他条件不变，钙比CaO/SiO₂分别改为1.1、1.2、1.3以及1.4，分别进行g、h、i、j组试验。

g：最终生产1吨氧化铝粗品，产生3.21吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释50倍后pH值为13.6，铝回收率90.5％，氧化铝粗品中含硅量1.56％。

h：最终生产1吨氧化铝粗品，产生3.25吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释50倍后pH值为13.5，铝回收率90.7％，氧化铝粗品中含硅量1.57％。

i：最终生产1吨氧化铝粗品，产生3.37吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释50倍后pH值为13.7，铝回收率90.4％，氧化铝粗品中含硅量1.56％。

j：最终生产1吨氧化铝粗品，产生3.49吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释50倍后pH值为13.5，铝回收率89.9％，氧化铝粗品中含硅量1.58％。

本实施例讨论本发明配方中钙比CaO/SiO₂对生产的影响，CaO/SiO₂越大，赤泥量越多，赤泥碱性变化不大；但铝回收率在钙比CaO/SiO₂1.2较优。

实施例6

实施例3中的a组其他条件不变，氟化物含量分别改为0.6％、0.8％、1％，分别进行k、l、m组试验。

k：最终生产1吨氧化铝粗品，产生3.05吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释50倍后pH值为13.7，铝回收率89.5％，氧化铝粗品中含硅量1.63％。

l：最终生产1吨氧化铝粗品，产生3.02吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释50倍后pH值为13.8，铝回收率88.9％，氧化铝粗品中含硅量1.7％。

m：最终生产1吨氧化铝粗品，产生3.01吨滤饼(即为赤泥)，取100mg滤饼中的物质，混于5mL水中，取0.5mL稀释50倍后pH值为13.9，铝回收率88.5％，氧化铝粗品中含硅量1.9％。

本实施例讨论本发明配方中氟化物含量对生产的影响，氟化物含量越大，赤泥量略有变小，但赤泥碱性微变大；而铝回收率在氟化物含量0.6％较优。

如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。