專利名稱：含鋁酸鈣的物料提取氧化鋁工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋁提取工藝，尤其是一種從含鋁酸鈣的物料提取氧化鋁的工藝。
背景技術(shù)：
從含鋁酸鈣的物料中提取氧化鋁傳統(tǒng)的工藝是一段溶出-脫硅-部分碳分流程或二段溶出-脫硅-部分碳分流程(流程見附圖1)。具體過程如下鋁酸鈣物料用碳酸鈉溶液溶出，溶出液經(jīng)過濾分離，得到低濃度的鋁酸鈉溶液和溶出渣，為了提高鋁酸鈉的濃度，采用二段溶出，即將過濾分離的一次溶出渣加入二次攪拌溶出槽，同時(shí)加入調(diào)整液進(jìn)行二次溶出，而此溶出料漿過濾分離，濾液為二次液。再將二次液加入到一次攪拌溶出槽，同時(shí)加入鋁酸鈣物料，進(jìn)行一次溶出，一次液即為產(chǎn)品的溶出液。一般采用這種方法，可以將鋁酸鈉濃度提高15g/l左右，但是，總體濃度一般不會超過70g/l，A/S在30---150左右。
溶出液加入一定量的硅渣，加熱到155℃溫度，保溫2小時(shí)進(jìn)行脫硅，硅量指數(shù)可以達(dá)到400左右，然后，加入CO2氣體進(jìn)行碳酸化分解，分解率達(dá)到88％左右，停止分解，進(jìn)行氫氧化鋁的過濾與分離，碳分母液返回循環(huán)溶出氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)煅燒后得到二級或三級品的粉狀或中間狀氧化鋁。
這種流程有如下不足(1)加石灰中壓脫硅時(shí)，溫度為150℃左右，脫硅后的硅量指數(shù)為400～550之間，脫硅后的溶液沒有達(dá)到生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)氧化鋁的要求；(2)溶液氧化鋁濃度較低，物料流量大，脫硅時(shí)間長達(dá)2小時(shí)，蒸汽消耗量大；(3)溶液中含有較高濃度的碳酸鈉，添加石灰作深度脫硅時(shí)，氧化鋁損失量過大，并且有一定的鈣水堿生成，物流量大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種“徹底碳分再種分”的工藝流程生產(chǎn)氧化鋁，該方法能生產(chǎn)出一級砂狀氧化鋁，提高產(chǎn)品質(zhì)量，有效減少物料流量，大幅度提高設(shè)備的單位產(chǎn)能，減少設(shè)備投資和生產(chǎn)成本。
鋁酸鈣物料是用碳酸鈉溶液在常壓攪拌浸出器中浸出。浸出主要反應(yīng)是......(1)用碳酸鈉溶液從鋁酸鈣爐渣中浸出氧化鋁的過程，可以用Na2O-CaO-CO2-Al2O3-H2O系的局部相圖3CaO·Al2O3·6H2O-Na2CO3-H2O系表述。參照相圖中60℃和95℃線分析，如果鋁酸鈉的溶液中Al2O3濃度高于77g/l和115g/l，則與該溶液相平衡的固相不是CaCO3，而是3CaO·Al2O3·6H2O，因此會使溶液中的Al2O3以3CaO·Al2O3·6H2O狀態(tài)析出進(jìn)入浸出渣，使氧化鋁的浸出率下降。這就限定了浸出液中Al2O3的最高濃度。當(dāng)溶液中Na2CO3濃度超過115g/l和142g/l時(shí)，又將出現(xiàn)生成CaCO3·Na2CO3·2H2O的反應(yīng)，使Na2CO3損失，同時(shí)由于溶液中Na2CO3濃度變低又影響了氧化鋁的浸出。這實(shí)質(zhì)是限定了調(diào)整液中Na2Oc最高濃度。因此，溶出鋁酸鈣得到的鋁酸鈉溶液氧化鋁濃度一般不超過70g/l。
另外，浸出用的調(diào)整液是循環(huán)使用的碳酸化分解母液，碳分母液是主要成分為碳酸鈉的鋁酸鈉溶液，隨碳分深度的不同，溶液中所含有的Na2Ok和Al2O3也不同，碳分深度是根據(jù)溶液中氧化鋁和氧化硅的重量比(簡稱A/S)決定的，A/S越高，要想得到符合電解鋁要求的氧化鋁，碳分深度越大，同時(shí)，碳分母液中所含有的Na2Ok和Al2O3越低，氧化鋁的回頭量越小，單位碳分母液溶出的氧化鋁越高，如果A/S越低，則碳分深度越低，氧化鋁的回頭量越大，單位碳分母液溶出的氧化鋁越少，一般而言，對于A/S范圍在15---200之間的鋁酸鈉溶液，要得到符合電解鋁要求的氧化鋁，分解率最多只能達(dá)到60％左右，碳分母液中的氧化鋁含量很高，單位碳分母液溶出氧化鋁的能力很小，因此，在碳分前，鋁酸鈉溶液必須脫硅，使A/S達(dá)到400以上，才能達(dá)到88％左右的分解率。
本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是溶出液不用脫硅，直接徹底碳分，產(chǎn)出氧化鋁濃度很低的碳分母液和含硅較高的氫氧化鋁，碳分母液循環(huán)溶出氧化鋁，含硅較高的氫氧化鋁在低壓下用低濃度的苛性堿溶出，溶出后的高濃度鋁酸鈉溶液經(jīng)稀釋后送去種分，種分母液無須蒸發(fā)，循環(huán)溶出高硅氫氧化鋁。工藝流程見附圖2。
本發(fā)明采用“徹底碳分再種分”流程生產(chǎn)氧化鋁，與普通生產(chǎn)氧化鋁的一段溶出-脫硅-徹底碳分流程或二段溶出-脫硅-部份碳分流程相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、提高產(chǎn)品質(zhì)量，能夠生產(chǎn)出一級砂狀氧化鋁。
目前，二段溶出-脫硅-部分碳分流程在技術(shù)上還不能生產(chǎn)符合電解鋁需要的砂狀氧化鋁。高鋁硅比礦石用拜爾法生產(chǎn)砂狀氧化鋁在技術(shù)上比較成熟。本工藝能夠穩(wěn)定地生產(chǎn)合格的砂狀氧化鋁。從鋁工業(yè)的發(fā)展趨勢來看，能否生產(chǎn)出砂狀氧化鋁是衡量氧化鋁企業(yè)持續(xù)競爭力高低的一個(gè)重要指標(biāo)。
2、有效地減少了物料流量。
由于爐渣含鋁偏低，溶出液氧化鋁濃度較低，15-70g/l，導(dǎo)致單位氧化鋁的粗液量很大。如產(chǎn)出相同數(shù)量的氧化鋁，采用本工藝將粗液徹底碳分后用拜爾法處理高硅氫氧化鋁，后續(xù)工序的物料量大為減少，而普通流程采用兩段溶出，必須處理更多的低濃度粗液，會增加許多設(shè)備投資和動力消耗。因此本流程能夠大幅度提高設(shè)備的單位產(chǎn)能。
3、增強(qiáng)了原料的適應(yīng)性。
本工藝流程進(jìn)行徹底碳分生產(chǎn)的是鋁硅比在15--200范圍內(nèi)的高硅氫氧化鋁，作為拜爾法生產(chǎn)工序的原料，后續(xù)的拜爾法流程不僅可以處理高硅氫氧化鋁，還可以處理外購的三水鋁石礦。因此，此流程對于擴(kuò)大生產(chǎn)能力具有較好的機(jī)動性。
4、發(fā)揮流程聯(lián)合優(yōu)勢，無需高硅氫氧化鋁的新水洗滌和拜爾法的苛化。
一方面，本流程碳分生產(chǎn)的高硅氫氧化鋁由于是徹底碳分，不可避免的帶有碳酸根離子。如果碳酸根離子進(jìn)入拜爾法流程，消耗昂貴的氫氧化鈉。本流程采用粗液洗滌高硅氫氧化鋁，可以有效的除去高硅氫氧化鋁中的碳酸根離子，同時(shí)，高硅氫氧化鋁的附液主要是氫氧化鈉，間接的給拜爾法補(bǔ)堿。另一方面，拜爾法蒸發(fā)出來的碳酸鈉不用苛化，直接返回碳分流程配制調(diào)整液。減少了設(shè)備投資和生產(chǎn)成本。
5、避免了石灰的加入量，從而避免了氧化鋁的過大損失。
6、節(jié)能降耗，做到廢氣和余熱的充分利用。
一方面，高爐或燒結(jié)產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w可以直接用于碳分，省掉了很多石灰爐，而且高爐或燒結(jié)廢氣的余熱可以維持流程中碳分分解所需要的溫度，不用加熱粗液。另一方面，如果采用普通方法的溶出-脫硅-碳分工藝，必須把大量低濃度、低溫度(70℃)的粗液加熱到140℃的中壓脫硅溫度，保溫2小時(shí)，會消耗大量能量。而本流程采用拜爾法處理高硅氫氧化鋁，雖然也要140℃的溶液進(jìn)行溶出，但由于物料流量減少，時(shí)間只要10--30分鐘，能耗就會大幅度降低。
7、硅渣的綜合利用。
拜爾法產(chǎn)出的硅渣可以用來生產(chǎn)4A沸石。


圖1為石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程圖。
圖2為用鋁酸鈣渣徹底碳分再種分提取氧化鋁的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式試驗(yàn)1鋁酸鈣溶出條件試驗(yàn)一、試驗(yàn)程序1、計(jì)算根據(jù)單次試驗(yàn)的條件計(jì)算所需要的物料量，并作好試驗(yàn)記錄方案，測定所需物料的物理性質(zhì)，如重量、體積和密度等。以下每一步都作好相關(guān)記錄，如取樣時(shí)間、濃度和含水率等。
2、配制調(diào)整液根據(jù)所作的計(jì)算結(jié)果，在調(diào)整液槽中加需要的水量(形成循環(huán)后為添加碳分母液量，不足從備用槽中添加)，加入需要的無水碳酸鈉，并加熱使其溶解。待升溫到要求的試驗(yàn)溫度后，用泵送入溶出槽中。
3、添加爐渣將該次試驗(yàn)爐渣按要求稱量好，開啟攪拌，及時(shí)將爐渣加入溶出槽(直徑1300mm，高2000mm)中，記錄爐渣添加完畢時(shí)溶出槽內(nèi)溫度。
及時(shí)記錄、取樣及送化驗(yàn)。
二、試驗(yàn)原料取鋁酸鈣爐渣，其成分如表1。
表1鋁酸鈣爐渣品位

三、試驗(yàn)結(jié)果及分析1、溶出測定參數(shù)如表2所示
表2溶出率統(tǒng)計(jì)表

注 R0---溶出渣的Al2O3含量。
R3---三次洗滌渣的Al2O3含量。
初溶---溶出結(jié)束后的Al2O3溶出率。
凈溶---三次洗滌后的Al2O3溶出率。
液溶---以溶液化驗(yàn)為準(zhǔn)，計(jì)算的Al2O3溶出率。
試驗(yàn)2、粗液徹底碳分2、碳分將碳分原液放入調(diào)整液槽中，測其體積和溫度，若溫度過低，將其升溫后送碳分槽(直徑600mm，高1800mm)中，開啟攪拌，調(diào)節(jié)好二氧化碳的流量、壓力及濃度，將碳分原液碳分。
3、碳分漿液的過濾將徹底碳分后的漿液放出并過濾，濾液送入母液槽中備用。粗氫氧化鋁置于粗氫氧化鋁洗滌槽中備用。
粗液碳分測定參數(shù)如表3所示表3碳分指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

試驗(yàn)3高硅氫氧化鋁的溶出一、試驗(yàn)程序最優(yōu)條件正交試驗(yàn)，根據(jù)以上影響條件，可進(jìn)行四因素三水平的正交試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備是不銹鋼高壓反應(yīng)釜(容積1升)，試驗(yàn)規(guī)模是每次裝高硅氫氧化鋁100g。物料的化學(xué)成分如下

分解母液優(yōu)化條件正交試驗(yàn)考慮到生產(chǎn)中應(yīng)按種分分解母液濃縮液來溶出高硅氫氧化鋁，因此，安排如下正交試驗(yàn)，以獲得最佳試驗(yàn)結(jié)果和相關(guān)參數(shù)。
影響因素如下

以上的堿溶液均為種分分解率為45％的母液，其中氧化鋁濃度分別為67g/l、98g/l和119g/l。
根據(jù)以上影響因素，試驗(yàn)安排如下

二、試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果分析，溶出率達(dá)到80％以上者都屬最優(yōu)結(jié)果范圍，得到最優(yōu)的試驗(yàn)條件范圍是溫度100℃--175℃，時(shí)間10--60分鐘，鈉硅渣加入量0--100克，堿濃度100--175g/l最優(yōu)條件的驗(yàn)證試驗(yàn)(兩次對比試驗(yàn))結(jié)果溶出率97.88％，97.24％平均溶出率97.56％
權(quán)利要求
1.一種從含鋁酸鈣的物料中提取氧化鋁的工藝，其特征是含鋁酸鈣的物料用低濃度的碳酸鈉溶液溶出，得到100g/l以下的低濃度鋁酸鈉溶液，溶出漿液過濾分離和洗滌，用CO2氣體將其中的氧化鋁全部分解出來，得到高硅氫氧化鋁，然后，用氫氧化鈉溶液將高硅氫氧化鋁溶解提純，脫硅，再用種分分解的方法生產(chǎn)出氫氧化鋁，最后，用回轉(zhuǎn)窯或沸騰焙燒爐將氫氧化鋁煅燒成砂狀氧化鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鋁酸鈣的物料提取氧化鋁工藝，其特征是用濃度范圍在30---140g/l的碳酸鈉溶液，加入含鋁酸鈣的物料，配成液固比范圍在2.5---10，溫度范圍為40---100℃的混合漿液，在帶有攪拌裝置的容器內(nèi)攪拌溶出10---140分鐘，得到鋁酸鈉溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鋁酸鈣的物料提取氧化鋁工藝，其特征是向鋁酸鈉溶液中通入CO2氣體，CO2氣體直接與鋁酸鈉溶液反應(yīng)而析出氫氧化鋁，直到將鋁酸鈉中95％以上的氧化鋁析出才停止通氣，在氫氧化鋁析出的同時(shí)，氧化硅也隨著氧化鋁一起析出，成為高硅氫氧化鋁，其中包括如下指標(biāo)(1)溶出液濃度范圍Al2O315---100g/lSiO2 0.3---2.5g/l(2)碳分CO2濃度范圍10％-----99％(3)碳分CO2來源高爐廢氣，燒結(jié)廢氣和純CO2氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鋁酸鈣的物料提取氧化鋁工藝，其特征是用較低濃度的氫氧化鈉溶液溶解氧化鋁，其中的指標(biāo)范圍有(1)溫度范圍100℃---175℃；(2)母液NaOH濃度范圍100---200g/l；(3)溶出時(shí)間10---60分鐘；(4)鈉硅渣加入量5---100g/l。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種從含鋁酸鈣的物料中提取氧化鋁的新工藝。該工藝用稀的碳酸鈉溶液溶出物料中的鋁酸鈣，得到濃度在100g/l以下的鋁酸鈉溶液，然后通入CO
文檔編號C01F7/18GK1562756SQ200410012868
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者鄺中, 李濤, 楊世干 申請人:鄺中