CN1275860C - 一种生产氧化铝的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产氧化铝新工艺,其特征是采用先期脱硅将高岭岩、粉煤灰等高硅低铝原料转化为铝硅比≥4,用自粉碎烧结法混合焙烧,碳酸钠稀碱液浸取,洛合反应提纯;自粉碎煅烧立窑产生的废气回收净化为纯净CO2与NaAl2O3溶液进行炭化反应生成氢氧化铝,再将氢氧化铝转变晶型结构生产出氧化铝。有效解决了铝土资源短缺和传统方法产品纯度低、污染重等问题。适用于氧化铝生产企业采用。
Description
技术领域:
本发明属于一种氧化铝生产工艺。
背景技术:
传统的生产氧化铝的方法是用低硅高铝的铝土矿(铝硅比≥4)为原料采用拜尔法或传统的烧结法工艺生产而成。国内铝土矿储量逐年减少,品位不断下降,生产成本越来越高。传统的烧结法即把铝土矿、石灰石、煤与烧碱一起按比例混合煅烧,熟料呈硬块状,浸取时必须先破碎,用水浸取。其缺点是烧碱对设备有腐蚀性,烧成温度高,浸出液纯度低,工艺复杂,成本高,工业废渣堆集如山,污染环境。
近年来国内有根据国外技术改进的煅烧新工艺生产氧化铝,以粉煤灰为原料,把粉煤灰与石灰石粉碎后经炉外预热分解、入窑进行煅烧生产,对熟料进行碱液浸取生产氧化铝。其技术核心是“炉外五级预热与分解,喷煤粉煅烧,专用冷却设备快速冷却,与电厂、锅炉形成整体,余热利用,硅渣生产水泥”,其缺点是投资大,流程长,工艺环节过多,成本高,当铝硅比≤1时,氧化铝产出少,水泥产出多,主副产品位置颠倒。
发明内容:
本发明的目的是提供一种可用高硅低铝的原料,采用简单低成本工艺,综合利用提高效益,生产出高纯度氧化铝和附属产品的方法。
本发明的技术方案是:将Al2O3≥30%的高岭岩或粉煤灰先期脱硅,脱硅流程为:将高岭岩破碎成60-325目(如用粉煤灰为原料不需粉碎),在煅烧炉内煅烧1-4小时,温度控制在900-1100℃,煅烧高岭土粉用浓度为14-18%的NaOH烧碱液,加助剂(水玻璃或九水硅酸钠),固液比4-7ml/g进行脱硅反应,固液分离,液体加生石灰反应后循环使用,固体为完成脱硅的高岭岩,用于自粉碎烧结法生产氧化铝的原料。
脱硅后的高岭岩烘干与石灰石、煤按一定比例混合粉碎,成球后不用预热与炉外分解,直接进立窖烧成自粉碎熟料粉;再用5-8%碳酸钠稀碱液浸取后,固液比1∶4,温度75-90℃,反应20分钟浸取两次。渣液分离;浸取液用络合剂络合反应提纯,固体渣清洗后送水泥工段;自粉碎煅烧立窑产生的废气回收净化,产生纯净的CO2气体与NaAl2O3溶液进行炭化反应、清洗,洗液返回浸出工段,沉淀为膏体Al(OH)3,氢氧化铝膏体烘干为氢氧化铝产品。入炉进行转变晶型结构成为氧化铝产品。
本发明的有益技术效果是:1、本发明利用的含铝原料为高岭石、粉煤灰、油页岩等含铝矿物,对原料要求不高,CaO2≥52%,高岭石中Al2O3≥32%,原材料丰富,解决了铝土资源短缺问题。所用工业废渣铝硅比≤1,实现了变废为宝,符合环保要求。2、先期脱硅工艺调整铝硅比例,使硅含量降低50%以上,铝硅比≥4,为本发明的自粉碎烧结法提供了优质原料。在高岭土焙烧的现有技术基础上,利用煤系高岭岩在焙烧中,将化学性质稳定的SiO2转变为易于碱反应的SiO2,而使Al2O3保持惰性,借助碱的作用脱硅保铝,一步浸取完成先期脱硅。3、“自粉碎烧结法”可以达到在一个煅烧炉工段内既完成原料相互之间的固液相反应,又完成硅酸二钙在β-γ的晶型转变,在炉内即开始形成自粉碎熟料,粉料粒度达到≤60μm。不用烧碱,不腐蚀设备,烧成温度低,浸出不破碎,产品纯度高。4、浸取后废渣含硅酸二钙≥70%,且细度≤60μm,是生产水泥的最佳原料,可联产高标号水泥;自粉碎烧结法产生的废气经收集洗涤,形成纯净的CO2气体,作为原料气体炭化铝酸钠。两项综合利用既解决了环境污染问题,又降低了生产成本。5、可在同一生产线上多品种生产,市场适应性很强。
附图说明:
附图1为先期脱硅工艺流程图。
附图2为生产氧化铝的工艺流程图。
具体实施方式:
一、高岭土或粉煤灰先期脱硅生产工艺
先期脱硅工艺流程如附图1所示。把高岭岩粉碎到60-325目,经900℃-1100℃焙烧1-4小时(如用粉煤灰则不用粉碎与焙烧),用浓度为14-18%NaOH碱液,添加助剂水玻璃(添加量为脱硅碱液体积的1/50-1/30)或九水硅酸钠(添加量为5-7g/150ml),在80℃-95℃下反应60-90分钟,即完成脱硅处理。其中:液固比为4-7ml/g。
二、氧化铝生产工艺
生产氧化铝的工艺流程图如图2所示。先期脱硅后的高岭岩或粉煤灰与石灰石、煤按一定比例混合后,粉碎到60-325目,成球后进窖焙烧,成自粉碎熟料粉。该立窑不用炉外预热与炉外分解,可直接将料入窑焙烧。再用5-8%碳酸钠稀碱液浸取,固液比1∶4,温度75-90℃,反应20分钟浸取两次。然后固液分离,滤液采用络合反应提纯,产品纯度可达99.9%。固渣清洗三次送生产水泥工段;自粉碎煅烧立窑产生的废气回收净化为纯净的CO2气体,存入储罐。将CO2与NaAl2O3溶液进行炭化反应、清洗,洗液返回浸出工段,沉淀为膏体Al(OH)3。氢氧化铝膏体烘干为氢氧化铝产品。用烘干的氢氧化铝产品入炉进行转变晶型结构,成氧化铝各种产品。
本发明与目前国内改革国外煅烧工艺—炉外分解、预热,用粉煤灰与石灰石生产氧化铝新工艺有实质性进步,主要区别在于:
1、原料不同:原工艺原料为粉煤灰,本发明原料不仅用粉煤灰,更主要用高岭岩,开拓了原料新领域。
2、采用了全新的脱硅工艺,此工艺改变了原料中的铝硅比含量,由原来的≤1脱硅后成为≥4,从根本上改变了原料与工艺的性质。
3、核心部分的自粉碎烧结法煅烧工艺,原工艺是炉外预热、分解技术的改进,而且是五级旋风与轴留预热,热源采用喷煤粉煅烧,专用设备冷却;本发明不用炉外预热与炉外分解,更不用专用设备冷却,而是用立窖或回转窖经过改进,一次性直接从炉内完成了预热、分解、固液反应、冷却、自粉碎全过程。大大缩短了工艺流程,减少投资50%。
4、原料配比上,原工艺是用粉煤灰、石灰石按摩尔比配料,向炉内喷煤粉;本发明是用高岭岩、石灰石、煤按摩尔比与热能换算配比,煅烧时无二次热源,不用喷煤粉。
5、原工艺对煅烧炉废气无回收利用,本发明将煅烧废气回收、净化为原料CO2进行炭化利用,既解决了环保问题,又降低了原料成本。
6、本发明用西南师大CNSL-1型络合剂提纯,与Ca(OH)2提纯相结合,提纯工艺先进,产品纯度高。原工艺只用Ca(OH)2提纯,产品纯度低。
7、生产成本较低,设备投入少,石灰石用量减少40%,高岭岩脱硅后可用拜尔法生产,成本相对较低;而原工艺只有在联产电、水泥的基础上方可降低成本。
本发明的主要技术参数
1、先期脱硅:高岭岩粉碎到60-325目;焙烧温度900℃-1100℃,时间1-4小时,烧碱(NaOH)浓度14-18%,液固比4-7ml/g,反应温度80-95℃,反应时间60-90分钟。助剂填加量:水玻璃为脱硅碱液体积的1/50-1/30,九水硅酸钠5-7g/150ml。
2、石灰石与高岭岩或粉煤灰的质量要求,石灰石CaO含量≥52%,杂质少;高岭岩或粉煤灰Al2O3≥32%。
3、石灰石、高岭岩、煤配比要求:以在熟料中形成的硅酸二钙(2CaO SiO2)、7铝酸12钙(12CaO 7Al2O3)、铁酸二钙(2CaOFa2O3)和钛酸二钙(2CaO TiO2)为准计算合理配比。各组份的摩尔比为CaO:SiO2=2,CaO:Al2O3=1.7,CaO:Fe2O3=2,CaO:TiO2=2,煤占8-15%。
4、高温形成的B_2CaOSiO2密度为3000-3300kg/m3转变为γ_2CaOSiO2密度为2700-3000kg/m3时的晶形转变温度400-600℃左右,缓慢冷却,体积澎涨10%,形成自粉碎细料。这是自粉碎法的核心原理。
5、自粉碎焙烧温度1200-1500℃,焙烧时间1小时左右,入炉球形5-15cm。
6、碳酸钠溶液浓度5-7%,反应20分钟,温度75-80℃,固液比1∶4-6,浸出两次。
7、Ca(OH)2脱硅加入量与传统方法一致。CO2气体加入量可视反应情况随时控制。
8、氢氧化铝生产氧化铝,焙烧温度根据产品种类确定在600-1450℃。
本发明的主要化学反应方程式为:
(1)高岭岩矿物焙烧化学反应
(2)先期脱硅反应
(副反应)
(3)自粉碎烧结反应
(高岭石) (石灰石) (铝酸钙) (硅酸钙)
(4)稀碱液浸取自粉碎料
(铝酸钠)
(5)铝酸钠溶液脱硅处理
(硅酸钠) (铝硅酸钙)
(6)碳化处理
Claims (5)
1、一种生产氧化铝的工艺,其特征在于:将Al2O3≥30%的高岭岩或粉煤灰先期脱硅,使铝硅比从≤1提高到≥4,脱硅后的高岭岩烘干与石灰石、煤按一定比例混合粉碎,成球后直接进立窑烧成自粉碎熟料粉;再用5-8%碳酸钠稀碱液浸取后,固液比1∶4,温度75-90℃,反应20分钟浸取两次;液渣分离;浸取液用CNSL-1型络合剂络合反应提纯,固体渣清洗后送水泥工段;自粉碎煅烧立窑产生的废气回收净化,产生纯净的CO2气体与NaAl2O3溶液进行炭化反应、清洗,洗液返回浸出工段,沉淀为膏体Al(OH)3,氢氧化铝膏体烘干为氢氧化铝产品,入炉进行转变晶型结构成为氧化铝产品。
2、如权利要求1所述的生产氧化铝的工艺,其特征在于:所述的高岭岩先期脱硅的工艺流程为:将高岭岩破碎成60-325目,在煅烧炉内煅烧1-4小时,温度控制在900-1100℃,煅烧高岭土粉用浓度为14-18%的NaOH烧碱液,加助剂进行脱硅反应,固液比为4-7ml/g,温度80-95℃,反应时间60-90分钟,助剂为脱硅碱液体积1/50-1/30的水玻璃或5-7g/150ml量的九水硅酸钠;固液分离后,液体加生石灰反应后循环使用,固体为完成脱硅的高岭岩,用于自粉碎烧结法生产氧化铝的原料。
3、如权利要求1所述的生产氧化铝的工艺,其特征在于:所述的自粉碎熟料粉烧结用原料,高岭岩、石灰石、煤的原料配比为:以在熟料中形成的2CaOSiO2、12CaO7Al2O3、2CaOFa2O3、2CaOTiO2为准计算合理配比,各组份的摩尔比为:CaO∶SiO2=2,CaO∶Al2O3=1.7,CaO∶Fe2O3=2,CaO∶TiO2=2,煤占8-15%。
4、如权利要求1、3所述的生产氧化铝的工艺,其特征在于:所述的自粉碎烧结法生产熟料粉的工艺流程是:原料配比混合后破碎到60-325目,成球5-15cm入窑后烘干,预热,高温1200-1500℃煅烧1小时后缓慢冷却到400-600℃,在窑内一步形成自粉碎细料。
5、如权利要求1所述的生产氧化铝的工艺,其特征在于:所述的氢氧化铝入炉进行转变晶型结构生产氧化铝,焙烧温度确定在600-1450℃。
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