CN102642857A

CN102642857A - 一种高铝粉煤灰生产金属铝工艺方法

Info

Publication number: CN102642857A
Application number: CN2011100390827A
Authority: CN
Inventors: 陈德
Original assignee: Guiyang Aluminum Magnesium Design and Research Institute Co Ltd
Current assignee: Guiyang Aluminum Magnesium Design and Research Institute Co Ltd
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2031-02-16
Also published as: CN102642857B

Abstract

本发明公开了一种高铝粉煤灰生产金属铝的工艺方法，它包括以下工艺步骤：第一、粉煤灰溶出；即将含Al₂O₃≥38%的高铝粉煤灰与20～30%浓度的盐酸混合，制备成原矿浆，采用预热器、压煮器保温溶出的连续溶出方式，在高温下溶出粉煤灰中的氧化铝；第二、酸渣分离洗涤、氯化铝溶液净化除杂；第三、喷雾干燥及脱水得到无水氯化铝晶体颗粒；第四、熔盐电解；即将无水氯化铝加入到氯化铝电解槽，无水氯化铝溶解在熔融的电解质中，电解槽内温度670～700℃，电解得到的铝液送铸造工序，经净化、澄清后制备铝锭，电解槽阳极产生的氯气送往盐酸制备工序；第五、制备盐酸。本发明的工艺处理高铝粉煤灰得到铝锭，使粉煤灰得到合理利用。

Description

一种高铝粉煤灰生产金属铝工艺方法

技术领域

本发明涉及一种高铝粉煤灰生产金属铝工艺方法。

背景技术

目前世界上电解铝行业主要采用氧化铝为原料，氧化铝（Al₂O₃）与冰晶石（3NaF·AlF₃）在900多℃的高温形成熔融的电解质，组成基本电解质成分，于电解槽中进行电解得到金属铝。

氧化铝生产主要以铝土矿为原料，采用拜尔法生产工艺制得，氧化铝的用途很多，但绝大部分（90%以上）作为电解铝厂的原料，用于生产金属铝。

我国是世界上氧化铝、金属铝最大生产国，氧化铝及电解铝产量占世界总产量的40%左右，但是我国铝土矿资源贫乏，矿石品位较低，矿石类型主要以难处理的一水硬铝石为主，生产工艺复杂、单位产品能耗高、生产成本也较高。

由于我国铝土矿资源严重不足，只能依靠进口矿石解决原料问题，年进口铝土矿约3000万吨，占国内铝土矿使用量的一半左右。矿石资源不足制约了我国铝工业发展，寻找新的可替代的非铝土矿资源作为氧化铝工业原料，以及研究新的电解铝生产工艺，这对我国铝工业的发展具有十分重要的意义。

我国煤炭资源非常丰富，煤炭产量占世界第一，每年产出20多亿吨煤，煤炭燃烧后将排出大量粉煤灰，我国每年排放3～4亿吨粉煤灰，其中高铝粉煤灰（指粉煤灰中Al₂O₃≥38%）在1亿吨以上。经研究分析，高铝粉煤灰主要由氧化铝、氧化硅组成，2种成分的含量约占80%，另含铁、镁、钛、钙、镓等其他成分，是综合利用提取冶金级氧化铝和金属铝的原料，具有极高的工业利用价值。

我国北方地区的粉煤灰中氧化铝含量普遍高于南方地区，如山西、陕西、内蒙、宁夏、新疆等地部分矿区产出的粉煤灰中氧化铝含量通常在40%左右，属于高铝粉煤灰，内蒙古鄂尔多斯地区粉煤灰中氧化铝含量有的高达45～50%，这与国外三水铝土矿中的氧化铝含量相当，从化学成分分析，完全可以作为提取冶金级氧化铝和金属铝的原料。

目前粉煤灰通常是火电厂排出的废弃物，主要作为一种工业废渣堆存，这既占用了大量土地，而且严重污染了环境。沿海地区由于人口稠密、工业发达，有时将粉煤灰用于筑路、制砖等建筑材料，这仅属于粉煤灰低档次、低附加值的应用，而经济欠发达地区或西部地区，粉煤灰仍主要作为工业废渣堆存。总体来说，我国及世界发达国家对粉煤灰综合利用课题仍处于试验研究阶段，正在寻找其合理利用的途径。

近年来，针对我国铝土矿资源严重不足及粉煤灰富含氧化铝的现状，我国许多科研部门积极开展非铝土矿资源生产冶金级氧化铝研究，高铝粉煤灰综合利用生产冶金级氧化铝是重点研究课题之一。各研究单位根据各自的研究成果，提出了一些处理高铝粉煤灰的新工艺方法，主要研究方向如下：

(1) 碱法：是高铝粉煤灰综合利用研究的主流方法。它主要借鉴现有氧化铝行业成熟的烧结法生产工艺，利用烧结法工艺可以处理低品位、低铝硅比矿石的特点，将高铝粉煤灰、石灰石（或石灰）、碱按一定的配比，制备成生料浆进行烧结，烧结熟料经溶出、脱硅、分解、焙烧而得到冶金级氧化铝产品。此法的优点是工艺技术成熟，能得到合格的氧化铝产品。但此法的缺点很多，主要是石灰配量巨大、赤泥量大、铝酸钠溶液的浓度低、生产能耗高，其投资和成本高，此方法其技术上可行但经济上不合理。

(2) 酸法：采用盐酸或硫酸与高铝粉煤灰按比例配料，在一定的温度及压力条件下溶出粉煤灰中的氧化铝，使氧化铝进入溶液中，溶液经除杂提纯后经蒸发结晶、焙烧得到氧化铝产品，其优点是流程简单、渣量小、生产成本低。缺点是溶液除铁及除杂较难、对设备及材料的耐腐蚀性能要求高，一些工艺及材料问题需进一步研究解决。

针对我国铝土矿资源和粉煤灰利用现状，本发明提出一种高铝粉煤灰生产金属铝工艺方法，与传统的工艺方法及思路均不一样，设法去掉将粉煤灰生产为氧化铝的中间产品过程，由无水氯化铝电解得到金属铝，可大幅度简化粉煤灰生产铝的工艺流程，降低投资及生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：提供一种高铝粉煤灰生产金属铝工艺方法，该工艺方法将氧化铝和电解铝生产工艺结合为一体，简化粉煤灰生产铝的工艺流程，降低工程投资及生产成本，使企业具有较好的经济效益，以克服现有技术存在的石灰配量巨大、赤泥量大、铝酸钠溶液的浓度低、生产能耗高，或者溶液除铁及除杂较难、对设备及材料的耐腐蚀性能要求高等不足。

为了解决所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：它包括以下工艺步骤：

第一、粉煤灰溶出：将含Al₂O₃≥38%的高铝粉煤灰与20～30%浓度的盐酸混合，制备成原矿浆，采用预热器、压煮器保温溶出的连续溶出方式，在高温下溶出粉煤灰中的氧化铝，本工序主要工艺技术指标如下：

原矿浆温度：常温，或15～35℃；

溶出温度：150～180 ℃；

溶出时间：30～60min；

溶出压力：0.8～1.1mPa；

氧化铝溶出率：85～92%。

溶出配比：0.95～1.0，即采用粉煤灰中氧化铝及其它金属氧化物（按溶出过程实际参与反应的氧化铝及其它金属氧化物计算）溶出化学反应理论计算值的0.95～1.0配比，盐酸配量要求低于化学反应量，以防止溶出后的料浆中有未反应的游离盐酸逸出污染大气环境。

第二、酸渣分离洗涤、氯化铝溶液净化除杂：采用沉降槽作为酸渣分离、洗涤设备，一次分离，4～5次反向洗涤，末次沉降槽底流用压滤机过滤，滤饼为洗干净的酸渣，送酸渣堆场。分离沉降槽溢流为氯化铝粗液，经控制过滤进行净化，用树脂吸附脱除各种杂质后，得到纯净的氯化铝溶液，用泵送喷雾干燥工序。分离及洗涤沉降槽底流固含250～450g/l，滤饼含水率≤35%，洗水量1.5～2.5t/t－酸渣。

第三、喷雾干燥及脱水：将氯化铝溶液送入喷雾干燥器中，温度控制在120～180 ℃，以得到无水氯化铝晶体颗粒。

第四、熔盐电解：将无水氯化铝加入到氯化铝电解槽，无水氯化铝溶解在熔融的电解质中，电解质由NaCl+LiCl+AlCl₃＋MgCl₂+ KCl+CaCl₂混合物组成，因AlCl₃的导电性很差，故选用NaCl+LiCl基本体系，可以弥补AlCl₃ 的不良导电性。电解槽内温度670～700℃，直流电耗10000～11000kWh/t-铝。电解得到的铝液送铸造工序制备铝锭，电解槽阳极产生的氯气送往盐酸制备工序。

第五、制备盐酸：由电解得到的氯气送到氯化氢的合成反应炉中，氯气与氢气反应得到氯化氢烟气，氯化氢烟气经冷却、三级吸收塔吸收，氯化氢溶于水中得到盐酸。将制得的盐酸，其浓度28～36%，送往溶出工序，盐酸组成闭路循环。

由于生产过程中，粉煤灰含有的其他金属氧化物会部分参与溶出过程化学反应，以及酸渣分离洗涤过程中，会将少量未洗净的氯化物带往酸渣堆场，生产中盐酸每循环一次需要消耗少量硫酸，故生产过程中需要补充少量新酸，预计酸消耗为70～90kg/t－铝。

本发明采用高铝粉煤灰为原料生产金属铝，根据粉煤灰易溶于酸，无水氯化铝在NaCl+LiCl电解质体系下进行电解可以得到金属铝的特性，提出了一种高铝粉煤灰生产金属铝的新工艺方法。

采用本发明的工艺处理高铝粉煤灰，可得到满足国家标准要求的铝锭，使粉煤灰得到合理利用；同时也解决了我国铝土矿资源不足、粉煤灰对环境的污染难题。

附图说明

图1：本发明的高铝粉煤灰生产金属铝工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明的实施例：本发明的高铝粉煤灰生产金属铝工艺流程如图1所示意，

其工艺过程如下：氧化铝含量45%的高铝粉煤灰，加入30%浓度的盐酸，配比采用氧化铝溶出化学反应理论计算量1.0值，粉煤灰原矿浆温度为25℃，用溶出进料泵送入溶出装置的套管预热器，料将经套管预热后温度达88℃，再用新蒸汽套管预热器加热至150℃，新蒸汽温度180℃，压力1.02MPa。经新蒸汽加热套管出来的原矿浆进入压煮器保温溶出45min，在压煮器溶出过程中，粉煤灰中氧化铝溶出率可达90%。溶出料浆经过3级自蒸发降温，温度从180℃降至118℃后进入稀释料浆槽中，再用泵将料浆送往酸渣分离洗涤工序，酸渣分离洗涤采用沉降槽设备，进行5级反向洗涤，洗涤后酸渣经压滤机过滤后，送往酸渣堆场堆存。沉降分离得到的溶液经控制过滤后，再进行树脂吸附净化，然后将净化后的氯化铝溶液送往喷雾干燥器，在150℃条件下干燥及脱水制取无水氯化铝，无水氯化铝经熔盐电解得到铝水，铝水经净化铸造得到金属铝锭产品。电解槽内温度670～700℃，直流电耗10000～11000kWh/t-铝。电解过程中，从阳极产生的氯气，与氢气一同送入氯化氢合成反应器中制备氯化氢气体，再采用3级冷却吸收塔制备30%盐酸，盐酸返回前面的溶出工序配料，组成闭路循环。

Claims

1.一种高铝粉煤灰生产金属铝的工艺方法，其特征在于：它包括以下工艺步骤：

第一、粉煤灰溶出；即将含Al₂O₃≥38%的高铝粉煤灰与20～30%浓度的盐酸混合，制备成原矿浆，采用预热器、压煮器保温溶出的连续溶出方式，在高温下溶出粉煤灰中的氧化铝；

第二、酸渣分离洗涤、氯化铝溶液净化除杂；

第三、喷雾干燥及脱水；即将氯化铝溶液送入喷雾干燥器中，温度控制在120～180 ℃，得到无水氯化铝晶体颗粒；

第四、熔盐电解；即将无水氯化铝加入到氯化铝电解槽，无水氯化铝溶解在熔融的电解质中，电解槽内温度670～700℃，电解得到的铝液送铸造工序，经净化、澄清后制备铝锭，电解槽阳极产生的氯气送往盐酸制备工序；

第五、制备盐酸；即由电解得到的氯气送到氯化氢的合成反应炉中，氯气与氢气反应得到氯化氢烟气，氯化氢烟气经冷却、三级吸收塔吸收，氯化氢溶于水中得到盐酸。

2.根据权利要求1所述的高铝粉煤灰生产金属铝的工艺方法，其特征在于：第一工艺步骤中的主要工艺技术指标如下：

原矿浆温度：常温，或15～35℃；

溶出温度：150～180 ℃；

溶出时间：30～60min；

溶出压力：0.8～1.1mPa；

氧化铝溶出率：85～92%；

溶出配比：0.95～1.0，即采用粉煤灰中氧化铝及其它金属氧化物溶出化学反应理论计算值的0.95～1.0配比，盐酸配量要求低于化学反应量。

3.根据权利要求1所述的高铝粉煤灰生产金属铝的工艺方法，其特征在于：在第二工艺步骤中，采用沉降槽作为酸渣分离、洗涤设备，一次分离，4～5次反向洗涤，末次沉降槽底流用压滤机过滤，滤饼为洗干净的酸渣，送酸渣堆场；分离沉降槽溢流为氯化铝粗液，经控制过滤进行净化，用树脂吸附脱除各种杂质后，得到纯净的氯化铝溶液，用泵送喷雾干燥工序；分离及洗涤沉降槽底流固含250～450g/l，滤饼含水率≤35%，洗水量1.5～2.5t/t－酸渣。

4.根据权利要求1所述的高铝粉煤灰生产金属铝的工艺方法，其特征在于：在第四工艺步骤中，电解质由NaCl+LiCl+AlCl₃＋MgCl₂+ KCl+CaCl₂混合物组成；电解槽直流电耗10000～11000kWh/t-铝。

5.根据权利要求1所述的高铝粉煤灰生产金属铝的工艺方法，其特征在于：在第五工艺步骤中，制得的盐酸浓度为28～36%，送往溶出工序，盐酸组成闭路循环。