[发明专利]一种高铝粉煤灰生产金属铝工艺方法

说明书

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：