[发明专利]利用二次铝灰制备镁铝尖晶石的方法

说明书

一种利用二次铝灰制备镁铝尖晶石的方法，按以下步骤进行：(1)准备二次铝灰作为原料；(2)在900～1200℃煅烧1～3h，冷却后球磨制成二次铝灰细粉料；(3)将二次铝灰细粉料加入水中，在温度50～98℃和搅拌条件下，施加超声波进行水浸；水浸产生的氨气通入反应槽与盐酸生成氯化铵；(4)过滤分离出浸出渣，洗涤烘干后与含氧化镁物料混合磨细；(5)压制成球团；(6)将球团采用高温烧结或电弧炉熔炼制成镁铝尖晶石。本发明的方法反应速度快，使氮转化为氨气排出回收利用，可溶杂质进入液相，实现进一步除杂；制备的镁铝尖晶石纯度高、杂质含量少。

技术领域

本发明属于材料及环保技术领域，特别涉及一种利用二次铝灰制备镁铝尖晶石的方法。

背景技术

铝灰是电解铝、铸造铝及再生铝生产过程中产生的熔渣经冷却后所得的产物的统称，其主要来源为：(1)熔盐电解过程中阳极更换、出铝、电解槽大修等过程，一般生产1吨电解铝产生30～50kg铝灰；(2)铝铸造过程中铸锭、重熔、锻造、切削加工等工序，平均每1吨铝从加工到应用过程中产生30～40kg铝灰；(3)再生铝生产过程中废铝再生并重新加工制品的回收率约为75～85％，即1吨废铝产生约150～250kg铝灰。

铝灰中一般主要含有铝单质、铝的氧化物、铝的氮化物、氟化盐、氯化盐、其他金属氧化物等，根据来源不同其各自含量有所差别；此外，如电解车间铝灰可能夹带部分电解质成分，熔铸或精炼过程由于精炼剂的使用铝灰含有一定量的氯化物和氟化物；有部分铝灰含有一定量的重金属；因此，如果铝灰不经过回收处理而直接堆积，会污染土壤和地下水资源，铝灰与水反应生成氨气、氢气和甲烷等污染空气、引发火灾，砷和砷化铝等杂质与水发生反应后产生的砷化氢气体，在生产场所中富集后不仅污染空气，还会造成密切接触者的急性砷化氢中毒；2016年6月环保部、国家发展改革委和公安部联合发布的新版《国家危险废物名录》中将有色金属铝冶炼排出的铝灰列为毒性危险废物及易燃性危险废物；因此，铝灰已经到了非处理不可的地步，其紧迫性可谓迫在眉睫。

目前国内外已经对铝灰的回收利用开展较多的研究，一般首先进行铝灰中金属铝的回收，金属铝的回收工艺大致分为炒灰回收法、回转窑处理法等热处理法和重选法、电选法等冷处理法两大类；经过回收金属铝后的铝灰称为二次铝灰，可用于制备纳米氧化铝、油墨用氧化铝、氢氧化铝、硫酸铝、聚合氯化铝、建筑材料、耐火材料、炼钢添加剂等。

镁铝尖晶石由于热稳定性良好、高温下抗碱性熔渣能力强等性质，作为窑砖或浇注料广泛应用于冶金工业窑炉；李晓娜等采用以再生铝厂的铝灰、高铝矾土、电熔镁砂、铁屑和焦炭粉为原料，不进行预处理直接进行高温熔炼法合成富铝镁铝尖晶石(铝灰制备镁铝尖晶石及其在Al₂O₃-MgAl₂O₄耐火材料中的应用，上海交通大学硕士论文，2008)；钟鑫宇等将工业铝灰直接在1300～1500℃下进行煅烧，然后与菱镁矿风化石湿磨，再添加聚乙烯醇半干法成型，在1300～1500℃煅烧制备镁铝尖晶石(低品位菱镁矿与工业铝灰制备镁铝尖晶石，无机盐工业，2012，44(12)，32-35)。

“利用铝灰和镁橄榄石制备硅铁合金和镁铝尖晶石的方法”(CN 101429581)将铝灰、镁橄榄石和铁屑直接混合，利用铝灰中的金属铝、氮化铝作为还原剂，高温熔融还原得到硅铁合金和镁铝尖晶石。

“一种电熔镁铝尖晶石复合耐火材料及其生产方法”(CN100450972)将铝灰与碳酸镁、氧化镁中的一种或两种混合，压制成坯，然后电熔制备镁铝尖晶石。

以上工艺铝灰未经过预处理，直接使用，由于铝灰自身成分复杂，导致产物中杂质含量较多，影响最终产品的性能与品质。

“生产电熔镁铝尖晶石的方法”(CN1919739A)利用处理过的铝灰和轻烧镁砂电熔合成镁铝尖晶石，但其铝灰要进行煅烧、酸洗等预处理，工艺复杂，且需要其加入铁屑、碳素材料作为还原剂。而且由于杂质的带入产物需要进行破碎磁选，工艺流程长。

发明内容