[发明专利]用于制备氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过煅烧三水铝石和勃姆石制备氧化铝的方法。

背景技术

拜耳(Bayer)法广泛用于从含氧化铝的矿石如铝土矿制备氧化铝。该方法包括在通常称为蒸解(digested)的过程中将含氧化铝的矿石与再循环的碱性铝酸盐溶液在高温下接触。从所得浆液中移除固体，并且将溶液冷却以引起过饱和状态。所得溶液通常被称为粗液(green liquior)。

将氧化铝加入到粗液中作为晶种，以使得从中进一步沉淀出氢氧化铝。将沉淀的氧化铝从碱性铝酸盐溶液(称为废液)分离，而将一部分氧化铝再循环以用作晶种，并将其余部分回收作为产物。将其余的碱性铝酸盐溶液(通常称为废液)再循环，用于含氧化铝的矿石的进一步蒸解。

在大部分含氧化铝的矿石中的氧化铝处于水合氧化铝的形式。在铝土矿中，氧化铝通常以三水合物，即Al₂O₃-3H₂O或Al(OH)₃的形式或者以一水合物即Al₂O₃.H₂O或AlO(OH)的形式存在。与称为勃姆石的一水合物相比，称为三水铝石的三水合物更容易在碱性水溶液中溶解或者蒸解。因此，与主要部分为勃姆石的铝土矿矿石相比，主要部分为三水铝石的铝土矿矿石在更低的温度和压力下蒸解。在目前的实践下，沉淀的氧化铝大部分是三水铝石，而与蒸解时氧化铝以何种形式下存在无关。

沉淀反应通常可以由下列化学方程式表示：

Al(OH)₄^-(水溶液)+Na⁺(水溶液)→Al(OH)₃(固)+OH^-(水溶液)+Na⁺(水溶液)

随着沉淀反应进行，液体的A/TC比率从粗液特有的约0.7下降至约0.4(其中A表示氧化铝浓度，以Al₂O₃的gL^-1表示，而TC表示总苛性碱浓度，以碳酸钠的gL^-1表示)。在较低的A/TC值，随着体系接近平衡，沉淀速率由于过饱和水平降低和液体中的″游离苛性钠″的水平增加而显著缓慢。

已知的是，拜耳法溶液的TC和TA(其中TA表示表示总碱浓度，以碳酸钠的gL^-1表示)影响勃姆石和三水铝石在这些溶液中的溶解度。

在拜耳液体中的TC和TA由在包括蒸解、苛化和沉淀的多个处理步骤中的条件决定。

通过首先使用三水铝石作为液体的晶种并且逐渐冷却悬浮液，引起并且驱动三水铝石从拜耳液体中沉淀出来。因为由从溶液中移除氧化铝以形成氢氧化铝固体沉淀引起的液体变化，因此在沉淀中TC和TA均变化。拜耳液体的碳酸盐化作用还用于引起氧化铝的沉淀。该步骤降低TC，但是不影响液体的TA。此外，碳酸盐化作用导致必须回收的氢氧化钠的损失，并且与其相关的步骤是昂贵并耗时的。

尽管所有商业化的氧化铝生产包括氢氧化铝，即三水铝石的沉淀，但是与三水铝石的煅烧相比，勃姆石的煅烧需要更少的能量，因此，适宜的是以勃姆石的形式沉淀出蒸解的氧化铝。

以前用于制备勃姆石的三种主要方法可以归纳如下：

a.水热法-在高温和水蒸汽压力下处理氢氧化铝以制备勃姆石；

b.中和法-用碱如NaOH、KOH和NH₄OH中和铝盐如氯化铝、硫酸铝和硝酸铝的水溶液，或者用酸(例如HCl或H₂SO₄)或CO₂中和铝酸盐如铝酸钠以制备凝胶状勃姆石；和

c.水解法-采用水使有机铝化合物如烷基化铝水解以制备凝胶状勃姆石。

将勃姆石煅烧成熔炼级氧化铝(SGA)的能量成本估计在1.45GJ/t氧化铝和1.8GJ/t氧化铝之间，这取决于煅烧炉的设计和操作。使用消耗3.0至3.3GJ/t的三水铝石进料，在典型的气体燃烧煅烧炉上潜在的节省在1.2GJ/t至1.8GJ/t之间。

能量节省起因于：

1.勃姆石在25℃的煅烧反应的焓为约0.38GJ/t，约为三水铝石(0.73GJ/t)的焓的一半；

2.少于两个水分子驱除，导致显著更低的潜热成分；和

3.由于所产生的水蒸汽的量更低，因此损失的显热更少。

其它更难以量化的潜在节省可以起因于按所产生的每吨氧化铝计的更低煅烧炉进料处理量的使用、更有效率的沿着煅烧炉的温度分布、更少的燃烧产物气体和更少的空气。