專利名稱：一種回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三氧化二鋁制備的方法，特別是一種回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁的方法。
背景技術(shù)：
三氧化二鋁，又稱為氧化鋁，被認為是第二大的工業(yè)原料礦物，地位僅次于黏土， 三氧化二鋁的應(yīng)用廣于各種領(lǐng)域，包括研磨、耐火材料、觸媒載體、復(fù)合材料、陶金及IC基
板等產(chǎn)業(yè)。三氧化二鋁包含有四種同素異構(gòu)體，其系為α-三氧化二鋁、三氧化二鋁、 Y-三氧化二鋁及S-三氧化二鋁，其中，主要為α型和Υ型兩種變體。α型三氧化二鋁 可由氫氧化鋁于950-1200°C高溫下進行緞燒取得。另外，Y型三氧化二鋁可由氫氧化鋁于 140-150°C低溫環(huán)境下脫水取得，若將其加溫至120(TC則會全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣列腿趸X。 其中，又以α型三氧化二鋁為目前所知最終的穩(wěn)定相，具備有穩(wěn)定且優(yōu)異的特質(zhì)，同時被 廣泛地應(yīng)用于各領(lǐng)域。一般而言，三氧化二鋁是由三水鋁石作為原料制備而來，而在三水鋁石形成α型 三氧化二鋁時，需采用熱處理步驟，使得三水鋁石發(fā)生相轉(zhuǎn)換，經(jīng)過不同型態(tài)的三氧化二鋁 而獲得α型三氧化二鋁，且于三水鋁石經(jīng)由相轉(zhuǎn)換的過程面臨相轉(zhuǎn)換臨界晶徑的限制，因 α型三氧化二鋁的前身κ型是以柱狀晶叢存在于粒體中，技術(shù)上須使κ型柱狀體的直徑 全部長至某一臨界尺寸才可全部產(chǎn)生相變，否則會有部分κ型晶粒受質(zhì)傳所限無法長粗， 仍以κ型殘留下來，導致高純度之α型三氧化二鋁難以制備產(chǎn)出。為了改善上述缺點，獲得高純度的三氧化二鋁，現(xiàn)今業(yè)者大多使用含鋁原料作為 制備三氧化二鋁之材料，常見含鋁原料的來源，大致有鋁礦、廢觸媒渣、粉煤灰及煤矸等。由 于近年來能源需求的增加造成資源嚴重耗損，為了環(huán)境保護，其中又以廢觸媒渣取代一般 工業(yè)用以生產(chǎn)三氧化二鋁的反應(yīng)物(例如三水鋁石)，進而減少該反應(yīng)物原料的浪費及生 產(chǎn)成本，并達到廢棄物回收再利用的環(huán)保目的。廢觸媒中均具有頗高有價金屬含量，因此視為資源加以回收處理，以減少廢觸媒 對環(huán)境造成的污染。目前已有相關(guān)單位投入研發(fā)廢觸媒中的制程渣用以回收提煉含鋁原料 的相關(guān)技術(shù)，藉以將提煉出來的含鋁原料用以制備的三氧化二鋁。目前習知回收廢觸煤(RDQ中的廢渣制成三氧化二鋁的方法，是以從該廢渣中取 得鎳鋁精礦，并從鎳鋁精礦中回收含鋁原料進而制成三氧化二鋁，其中，該鎳鋁精礦成分大 致包含有以重量百分比計鋁；35 45%、釩0. 5 1%、鉬0. 3 0.6%、鎳3 4%、硅1. 2 1. 6%及鈷0. 5 等大量金屬元素，其中又以鋁為主要提煉之金屬元素。其回收程序是 加堿焙燒制程。該加堿焙燒制程步驟如下1.焙燒制程提供鎳鋁精礦，將該鎳鋁精礦與堿粉(例如氫氧化鉀Κ0Η、氫氧化鈉NaOH、氫氧化鋇Ba (OH)2、氫氧化鈣Ca(OH)2等)均勻混合，得到混合料，再將該混合料于1000-1200°C左 右進行高溫焙燒，使得該混合料經(jīng)反應(yīng)形成金屬鹽。此時，該鎳鋁精礦中會與堿粉發(fā)生反應(yīng) 生成金屬鹽之精礦，包含有鋁、釩、鉬及硅，其中鎳及鈷不與堿粉進行反應(yīng)。2.浸出制程將該金屬鹽加水進行溶解，經(jīng)一定時間攪拌后，浸出獲得鋁酸鹽粗液。此時，該鋁 酸鹽粗液包含有大量的鋁酸鹽、微量的釩酸鹽、微量的鉬酸鹽、微量的硅酸鹽及不與堿液反 應(yīng)的鎳、鈷精礦。接著，將該鋁酸鹽粗液進行固液分離，過濾去除未溶解之鎳、鈷精礦，得到 鋁酸鹽溶液。3.純化制程添加除渣劑(例如氧化鎂、氧化鈣、氫氧化鎂、氫氧化鈣等)以去除鋁酸鹽溶液中 微量的釩、鉬及硅渣，得到含鋁量較高的鋁酸鹽精液。經(jīng)由上述回收程序操作，取得鋁酸鹽精液作為制備三氧化二鋁之原料，請參照化 學反應(yīng)式1，其中R可選自鉀、鈉、鋇及鍶等堿金屬元素所組成之族群。如下2Al+2R0H+02 ^ 2RA102+H2(1)將上述取得之該鋁酸鹽精液利用拜爾法或通二氧化碳的方法進行沉鋁制程，獲得 氫氧化鋁，最后將該氫氧化鋁于高溫下進行鍛燒，至水分去除以得干燥之高純度三氧化二
ρ O雖然上述習知回收鎳鋁精礦取得含鋁原料，進而制得三氧化鋁的過程，改善了以 往三氧化二鋁制備不易的情形，但由于習知回收鎳鋁精礦取得含鋁原料之過程，是以焙燒 及浸出為主要取得含鋁原料的來源，在加堿焙燒制程中仍具有下述之缺點1.在加堿焙燒制程中，是將堿粉與鎳鋁精礦置入旋窯中進行反應(yīng)，其中，該堿粉 與鎳鋁精礦同屬固態(tài)原料，使得堿粉與鎳鋁精礦在旋窯反應(yīng)過程中容易產(chǎn)生接觸不佳的情 形，當反應(yīng)溫度高達1000-1200°C左右時，容易造成堿粉的結(jié)窯現(xiàn)象，使得該結(jié)窯的堿粉附 著于窯壁上，易造成防火材的損耗，也造成反應(yīng)過程的不完全而影響原料的生成轉(zhuǎn)化率。2.由于焙燒過程的高溫反應(yīng)，需耗費大量能源，不僅造成對設(shè)備的傷害，而相對提 高了生產(chǎn)成本，更因釋出大量的廢氣以產(chǎn)生嚴重的空氣污染問題，進一步對環(huán)境造成莫大 的傷害。3.結(jié)束焙燒過程后，需再經(jīng)浸出的步驟，將該焙燒所得的鈉鹽加水溶解，經(jīng)一定時 間的攪拌下才能獲得含鋁原溶液，不僅造成浸出時的鋁損失，更使得整個反應(yīng)過程過于繁 雜而需耗費大量的時間。有鑒于上述缺點，該習知回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁的方法確實仍有加以改善 的必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁之方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁之方法，操作步驟如下1.加壓堿浸泡將鎳鋁精礦浸泡于20 60克/升的強堿液中，堿液的重量是鎳 鋁精礦重量的0. 5 3倍，均勻混合成混合料，將混合料在壓力為1 lOMpa、溫度為150 400°C的條件下進行反應(yīng)0. 5 5小時，得到鋁酸鹽粗液；2.過濾過濾鋁酸鹽粗液中之鎳、鈷精礦，得到鋁酸鹽溶液；3.純化在鋁酸鹽溶液中添加除渣劑去除鋁酸鹽溶液中的釩、鉬及硅渣，得到鋁 酸鹽精液；4.沉鋁將鋁酸鹽精液進行沉鋁得到氫氧化鋁；5.鍛燒將氫氧化鋁進行鍛燒得到干燥的三氧化二鋁。上述步驟3.中的除渣劑是MXa組成之化合物，其中a為1或2，M是鈣、鎂、鋇或鍶； X是氧、氫氧根、氯或硫酸根。除渣劑的用量是鋁酸鹽溶液重量的0. 1 0. 3倍。上述步驟1.中的堿液包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鍶、氫氧化鋇、氫氧化鈣或 氫氧化鎂2堿性物質(zhì)。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁的方法，是利用加壓堿浸法回收鋁酸鹽精 液進而制成三氧化二鋁，不僅省去焙燒過程所需消耗的成本及能源，更進一步減少焙燒廢 氣的排放，達到環(huán)境保護之功效。2.本發(fā)明回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁的方法，利用加壓堿浸法直接獲得鋁酸鹽 精液，不僅省去繁瑣的步驟，更以簡單省時的制程獲得鋁的高回收率。3.本發(fā)明回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁的方法，利用固態(tài)鎳鋁精礦與液態(tài)堿液相 接觸，使二種物料之間接觸效果較佳，因而獲得較高的原料生成轉(zhuǎn)化率。


圖1是本發(fā)明流程示意圖。圖中加壓堿浸步驟Si、過濾步驟S2、純化步驟S3、沉鋁步驟S4鍛燒步驟S5。實施方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁的方法包含加壓堿浸步驟Si、 過濾步驟S2、純化步驟S3、沉鋁步驟S4及鍛燒步驟S5。如圖1所示，本發(fā)明回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁的方法的加壓堿浸步驟Sl是對 鎳鋁精礦進行加壓堿浸獲得鋁酸鹽粗液。更詳?shù)卣f，本發(fā)明是將鎳鋁精礦進行研磨以初步 獲得細小顆粒的鎳鋁精礦，使得該鎳鋁精礦有較好的接觸表面積，接著，將該研磨后的鎳鋁 精礦浸泡于20 60克/升的堿液中，均勻混合獲得混合料，將該混合料置入大于1大氣壓 的高壓環(huán)境中進行反應(yīng)，在本發(fā)明中，該壓力較佳是選擇為1 lOMPa，增加該鎳鋁精礦與 該堿液的反應(yīng)效率。當該壓力小于1大氣壓時，沒有辦法使該鎳鋁精礦所含的金屬元素與 堿液充分產(chǎn)生反應(yīng)。并且以溫度150 400°C及反應(yīng)時間0. 5 5小時的條件下進行堿浸， 待該鎳鋁精礦中的鋁元素與堿液充分反應(yīng)后，獲得鋁酸鹽粗液。其中，該加壓堿浸的過程是 利用加溫至臨界點時，使該堿液中所含的水分快速蒸發(fā)為氣體，藉此產(chǎn)生蒸氣壓力，于該高 壓環(huán)境并低于400°C的情況下，使得鎳鋁精礦中的金屬元素能與該堿液產(chǎn)生作用，并使壓力 與溫度維持在恒定的狀態(tài)下以進行反應(yīng)，得到鋁酸鹽溶液。因此，本發(fā)明的反應(yīng)不需在高于 800°C的情況下對金屬元素與堿進行高溫反應(yīng)，便能于低溫的情況下利用高壓來達到良好 的反應(yīng)效果。又，該加壓堿浸步驟Sl中是利用該鎳鋁精礦與堿液相互混合，由于固體與液體的接觸面積較為均勻，能夠讓該鎳鋁精礦充分與堿液產(chǎn)生作用，不會發(fā)生混合不勻而影 響原料轉(zhuǎn)化率之問題。在本發(fā)明中，堿液是用水將堿粉進行溶解而取得，堿液較佳可以選擇氫氧化鉀 Κ0Η、氫氧化鈉NaOH、氫氧化鋇Ba(OH)2或氫氧化鈣Ca(OH)2等強堿性物質(zhì)。再依堿液的特 性進行濃度的調(diào)配，該堿液是以鎳鋁精礦重量的0. 5 3倍進行混合為較佳。當該堿液之 重量低于該鎳鋁精礦重量之0. 5倍時，由于該堿液含量的不足，使得該鎳鋁精礦中的鋁無 法完全反應(yīng)成鋁酸鹽，進而降低鋁的回收率；反之，若該堿液之重量高于該鎳鋁精礦重量之 3倍時，雖不會改變該鎳鋁精礦的反應(yīng)生成鋁酸鹽之過程，但該堿液的過量使用相對提高了 制程的成本。實施例11.如圖1所示，加壓堿浸泡步驟Sl 將鎳鋁精礦進行研磨成細小顆粒浸泡于鎳鋁精礦重量的0. 5倍的20克/升氫氧 化鈉堿液中，均勻混合獲得混合料，將該混合料置于加壓釜中，以溫度150°C、壓力IMI^a及 反應(yīng)時間5小時的條件下進行堿浸，待該鎳鋁精礦中的鋁元素與堿液充分鈉化后，獲得鋁 酸鈉粗液。2Al+2Na0H+2H30 — 2NaA102+3H2[2]2.如圖1所示，過濾步驟S2 過濾鋁酸鹽粗液中不與堿液反應(yīng)的鎳、鈷精礦，獲得鋁酸鹽溶液。更詳?shù)卣f，由該 加壓堿浸步驟Si所得的鋁酸鹽粗液是包含有鋁酸鹽、釩酸鹽、鉬酸鹽、硅酸鹽以及不與堿 液反應(yīng)的鎳、鈷精礦，因此，對該鋁酸鹽粗液進行過濾使鎳、鈷精礦被分離。本發(fā)明中，該過 濾步驟S2系可選擇以板框過濾、袋濾式過濾或其它過濾方法。舉例而言，本發(fā)明之第一實 施例系將上述該加壓堿浸步驟Sl所取得的該鋁酸鈉粗液進行板框過濾，以分離出未與0. 5 倍氫氧化鈉堿液作用的鎳、鈷精礦，以獲得一鋁酸鈉溶液，將該鋁酸鈉溶液進行成分分析， 此時，鋁的回收率可以到達84.5%。3.如1圖所示，純化步驟S3 在鋁酸鹽溶液中添加除渣劑去除鋁酸鹽溶液中的釩、鉬及硅渣，獲得鋁酸鹽精液。 更詳?shù)卣f，該過濾步驟S2僅初步進行固液分離，該鋁酸鹽溶液仍包含有微量的釩酸鹽、鉬 酸鹽及硅酸鹽，因此進一步對該鋁酸鹽溶液加除渣劑使殘留之釩、鉬及硅渣還原去除。于本 發(fā)明中，該除渣劑系為MXa組成之化合物，其中a系為1或2，M系選自鈣、鎂、鋇或鍶；X系選 自氧、氫氧根、氯或硫酸根。舉例當MX組成化合物中，M為鈣或鎂，其中鈣與鎂同為帶二價 負電之金屬，X為氫或氫氧根，其中氫帶有二個正電而氫氧根則僅帶一個正電，故當形成MX 化合物為氧化鈣或氧化鎂時a為1，而當MX化合物為氫氧化鈣或氫氧化鎂時a為2。又，依 重量百分比計，該除渣劑是以鋁酸鹽溶液重量的0. 1 0. 3倍進行最用為較佳，最佳倍數(shù)為 0. 2，但在實際使用上并不以此為限，仍應(yīng)以該雜質(zhì)的多寡來決定該除渣劑之用量。舉例將 上述步驟S2過濾的固液分離取得的鋁酸鈉溶液進行深度除雜，于鋁酸鈉溶液中添加除渣 劑氧化鈣或氧化鎂，去除鋁酸鈉溶液中不到1克/升的釩、鉬及硅渣，獲得鋁酸鈉精液。此 時，鋁酸鈉精液為反應(yīng)生成三氧化二鋁的含鋁原料。4.如1圖所示，沉鋁步驟S4 將鋁酸鹽精液進行沉鋁制程以獲得氫氧化鋁。更詳?shù)卣f，透過前述步驟取得的鋁酸鹽精液，其需透過沉鋁制程進而生成制備三氧化二鋁之原料。舉例本發(fā)明是利用拜爾法 或通二氧化碳的方法，將鋁酸鈉精液進行沉鋁制程，除去反應(yīng)過程中生成之氫氧化鈉而獲 得氫氧化鋁(見化學反應(yīng)式幻。其中，該氫氧化鈉是可以回收再利用于上述步驟中。又，上 述步驟S4沉鋁中所使用之方法系為熟知該技術(shù)領(lǐng)域者可以輕易了解。A13+3A102+6H20 — 4A1 (OH) 3(3)5.如1圖所示，鍛燒步驟S5 對氫氧化鋁進行鍛燒至獲得干燥之三氧化二鋁。更詳?shù)卣f，將氫氧化鋁于950 1200°C高溫下進行緞燒取得α型三氧化二鋁；另外，將氫氧化鋁于140 150°C低溫環(huán)境 下脫水取得Y型三氧化二鋁；若將該Y型三氧化二鋁持續(xù)加溫至1200°C則會全部轉(zhuǎn)變?yōu)?α型三氧化二鋁。舉例將氫氧化鋁，于溫度30(TC以下進行鍛燒，使得該氫氧化鋁產(chǎn)生脫 水反應(yīng)以獲得Y型三氧化二鋁，再將其持續(xù)加溫至1000°C以獲得α型三氧化二鋁(見化 學反應(yīng)式4)。2Α1 (OH) 3 — A1203+3H20(4)實施例2和實施例3本發(fā)明實施例2和實施例3的回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁之方法系包含加壓堿 浸泡步驟Si、過濾步驟S2、純化步驟S3、沉鋁步驟S4及鍛燒步驟S5。其中，過濾步驟S2、純化步驟S3、沉鋁步驟S4及鍛燒步驟S5所使用之條件及方法 均與第一實施例所述相同，在此不再贅述。然而，在加壓堿浸泡步驟Si中改變下述參數(shù)值 (請參照表格1)，以進一步獲得不同的鋁回收率，藉此制得高回收率之鋁酸鈉溶液，使得反 應(yīng)生成三氧化二鋁的過程具有較佳的效果。 表格改變參數(shù)值以改變鋁之回收率
權(quán)利要求
1.一種回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁之方法，其特征在于，操作步驟如下1)加壓堿浸泡將鎳鋁精礦浸泡于20 60克/升堿液中，堿液的重量是鎳鋁精礦重 量的0. 5 3倍，均勻混合成混合料，將混合料在壓力為1 lOMpa、溫度為150 400°C的 條件下進行反應(yīng)0. 5 5小時，得到鋁酸鹽粗液；2)過濾過濾鋁酸鹽粗液中之鎳、鈷精礦，得到鋁酸鹽溶液；3)純化在鋁酸鹽溶液中添加除渣劑去除鋁酸鹽溶液中的釩、鉬及硅渣，得到鋁酸鹽 精液；4)沉鋁將鋁酸鹽精液進行沉鋁得到氫氧化鋁；5)鍛燒將氫氧化鋁進行鍛燒得到干燥的三氧化二鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁之方法，其特征在于，所述步 驟3)中的除渣劑是MXa組成之化合物，其中a為1或2，M是鈣、鎂、鋇或鍶；X是氧、氫氧根、 氯或硫酸根，除渣劑的用量是鋁酸鹽溶液重量的0. 1 0. 3倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁之方法，其特征在于，所述步 驟1)中的堿液包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鍶、氫氧化鋇、氫氧化鈣或氫氧化鎂堿性物
全文摘要
本發(fā)明公開了一種回收鎳鋁精礦制成三氧化二鋁之方法，包含1)加壓堿浸泡、2)過濾、3)純化、4)沉鋁和5)鍛燒得到干燥的三氧化二鋁。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明不僅省去焙燒過程所需消耗的成本及能源，減少焙燒廢氣的排放，達到環(huán)境保護之功效。2.本發(fā)明方法工藝簡單、省時、回收率高。
文檔編號C22B3/12GK102146515SQ20111002137
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者劉永浩, 孫玉龍, 蔡明哲 申請人:虹京環(huán)保有限公司