[发明专利]一种由含铝物料制备氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理含铝物料的方法，具体涉及铝土矿、高铁铝土矿、明矾石、高岭土、铝矾土、粉煤灰、煤矸石、铝灰、霞石、粘土等含铝物料制备硫酸铝铵、氧化铝及二氧化硅产品的方法。 

背景技术

铝土矿、高铁铝土矿、明矾石、高岭土、铝矾土、霞石、粘土、粉煤灰、煤矸石、铝灰等含铝物料是含铝矿物或者含铝的固体废弃物，通常含有大量二氧化硅和铁、钙等氧化物。其中，铝土矿、高铁铝土矿、铝矾土中的主要含铝矿物是一水铝石和三水铝石；高岭土、霞石、粘土、粉煤灰、煤矸石中的主要含铝矿物是铝硅酸盐；明矾石中的主要含铝矿物为硫酸铝钾；铝灰中的主要含铝矿物为金属铝和晶态氧化铝和非晶态氧化铝。这些含铝物料的化学成分不仅因成因而异，而且成分变化大，物理化学性质也千差万别，尤其是铝通常与硅形成铝硅酸盐而增大了铝、硅分离的成本与难度。用铝土矿或其它含铝原料生产氧化铝，实质上就是使矿石中的氧化铝与其它杂质分离的过程。生产氧化铝的方法有碱法、酸法、电热法。1碱法生产氧化铝 

碱法的基本原理是使矿石中的氧化铝与碱在一定条件下生成溶于水的铝酸钠，溶出后与二氧化硅和氧化铁等杂质分离，然后再使纯净的铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝，氢氧化铝经高温锻烧制得成品氧化铝。 

碱法生产氧化铝又可分为拜尔法、烧结法、联合法等。 

1.1拜耳法 

拜尔法是直接以苛性钠溶液处理铝土矿，使矿石中氧化铝生成铝酸钠，而矿石中的二氧化硅则成为不溶性残渣--赤泥，与铝酸钠溶液分离。将净化后的铝酸钠溶液分解，过滤得到氢氧化铝，经洗涤后煅烧成氧化铝。分解出氢氧化铝的苛性碱溶液称为母液，母液经蒸浓再用于处理下一批矿石，循环利用。 

1.2烧结法 

烧结法是将矿石、纯碱、石灰石混合配料，高温烧结，使矿石中氧化铝生成固体铝酸钠，三氧化二铁生成可以水解的铁酸钠，而二氧化硅和氧化钙生成不溶性的原硅酸钙2CaO·SiO₂。再用稀碱液溶出烧结块—熟料，使铝酸钠进入溶液与赤泥分离。 

含有部分二氧化硅的溶液经脱硅后得到铝酸钠溶液精制液，通入二氧化碳气体使之分解得到氢氧化铝及母液。母液经蒸发后补充适当的纯碱与下批矿石及石灰配料烧结。洗涤后的 氢氧化铝经煅烧得到氧化铝。 

一般来说，拜尔法具有流程简单，投资较少，产品质量高，生产成本较低的优点。但处理低品位矿石其优越性较差，而且还要消耗价格昂贵的苛性碱。 

烧结法的优点是可以处理品位较低矿石，而且只消耗价格便宜的碳酸钠，与拜尔法相比，在同样的条件下处理低品位矿，烧结法的碱耗较低，氧化铝总回收率较高，但流程复杂、投资较大、产品氧化铝质量较差、成本较高。 

因此含硅很低的优质铝土矿就采用拜尔法，含硅高、铝硅比较低的铝矿石，一般采用烧结法。 

1.3联合法 

为了充分利用矿产资源，综合两种方法的优点，以提高氧化铝总回收率，提高产品质量，降低生产成本，将两种方法联合起来使用，这样就产生了联合法。联合法又分为串联、并联、混联法。 

并联法是用拜尔法处理高品位矿，烧结法处理低品位矿；串联法中烧结法只处理拜尔法赤泥；将拜尔法赤泥同时配一些低品位矿石可改善大窑的操作，这种将串联和并联结合起来的方法叫做混联法。 

2.酸法生产氧化铝 

酸法是用硝酸、盐酸、硫酸等无机酸处理含铝原料而得到相应铝盐的酸性水溶液。然后使这些铝盐或水合物晶体(通过蒸发结晶)或碱式铝盐(水解结晶)从溶液中析出，亦可用碱中和这些铝盐水溶液，使铝成为氢氧化铝析出。煅烧氢氧化铝、各种铝盐的水合物或碱式铝盐，便得到氧化铝。 

用酸法处理分布很广的高硅铝土矿生产氧化铝在理论上是合理的，且制备的铝产品中硅杂质含量少。但是需用昂贵的耐酸设备，且所使用的酸回收困难，所以难以进行大规模的工业生产。近年来，酸法的研究取得了进展，但经济上还不能与处理优质铝土矿的碱法相竞争。 

3.电热法生产氧化铝 

电热法用来处理高铁铝矿，将矿与炭还原剂配成炉料在电弧炉内高温还原熔炼。矿石中的氧化硅和氧化铁被还原成硅铁合金，而氧化铝则呈熔融状态的铝酸钙渣上浮，由于比重不同而分层。所得氧化铝渣再用碱法处理，从中提取氧化铝，所得硅铁合金为成品。目前电热法生产氧化铝还处于研究阶段。 

4.高炉法生产氧化铝