[发明专利]生产氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体地，涉及生产氧化铝的方法。

背景技术

我国内蒙古中西部和山西北部等地区的煤炭资源赋存丰富的含铝矿物(主要是伯姆石)，用于燃烧发电后产生的粉煤灰氧化铝含量高达40-50％，是一种十分宝贵的具有较高经济开发价值的潜在含铝资源，尤其在我国现今面临日益匮乏的铝土矿资源情势下，甚至具有作为铝土矿替代资源生产氧化铝以保障铝产业安全的重要意义。然而，现今对内蒙古和山西两地的高铝粉煤灰的铝资源开发利用十分有限，截至目前的历史堆存量已经超过两亿吨，成为当地排放量最大的工业废渣。其中极少部分通过建设粉煤灰贮存库进行较规范的贮存，如山西朔州建成贮存能力1亿吨高铝粉煤灰贮存库，而绝大部分高铝粉煤灰露天堆积于旷野、平地，不仅占用宝贵的土地资源，而且给周边生态和居民健康带来较大的环境安全隐患，如大气粉尘污染、水体污染、土壤盐碱化等。因而高铝粉煤灰的消纳和处理，尤其是高铝粉煤灰的高附加值资源化利用，已经成为山西、内蒙古两地亟待解决的社会和环境问题。虽然已经报道了很多高铝粉煤灰资源化技术，而且有些技术已经在进行示范工程建设，但总体上说来，这些技术有各自的优缺点，离真正成功地资源化和消纳高铝粉煤灰还存在一段遥远的距离。

我国目前从铝土矿生产氧化铝，均采用拜耳法。拜耳法对铝土矿中的铝硅比要求比较高，一般而言铝硅比大于7才能具有较好的经济效益。而我国铝土矿品位普遍很差，铝硅比大于5的铝土矿已经少见，而且价格超过600元/吨，因此我国很多氧化铝企业严重依赖进口铝土矿。如何更好利用低品位铝土矿，目前已经成为我国氧化铝企业的发展瓶颈。

因而，目前关于从粉煤灰及铝土矿生产氧化铝的技术仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种从粉煤灰及铝土矿低能耗生产氧化铝的方法。

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：目前公开的粉煤灰资源化利用技术，基本上可以总结为以下几类：(1)石灰石烧结法：即用石灰石为添加剂，和粉煤灰一起焙烧，然后用水或者氢氧化钠溶液将氧化铝浸出；(2)碱石灰烧结法：即同时用石灰石和碳酸钠为添加剂，和粉煤灰一起焙烧，然后用水或者氢氧化钠溶液将氧化铝浸出；(3)两步碱溶法：即先在较低温度下用氢氧化钠溶液脱去一部分硅，然后在高温下用浓氢氧化钠溶液溶出铝；(4)预脱硅-碱石灰烧结法：即先用氢氧化钠溶液于100～140℃预脱硅，然后用碳酸钠-石灰石烧结，用水溶出氧化铝；(5)硫酸铵法：即用硫酸铵为焙烧添加剂，然后用水溶出铝；(6)酸浸法：将粉煤灰用机械法等作一定的处理，用硫酸或者盐酸在高温高压等条件下直接浸出三氧化二铝。

但上述方法存在各自不同的问题。如石灰石烧结法和碱石灰烧结法都存在大幅度增加固体废物量的缺陷，每生产1吨氧化铝，消耗2.5～3吨粉煤灰，但却产生约9吨废渣，预脱硅-碱石灰烧结法产生约4吨的废渣；此外，都存在焙烧温度高，能耗高等缺点。另外，粉煤灰中氧化铝的主要存在矿相是莫来石和刚玉，两者都是在酸或者碱性条件下比较稳定的物质，单纯的机械活化的方法很难改变其矿相，因此酸法对氧化铝的浸出率都比较低。此外，酸浸方法大多使用高温高压，在此类条件下操作浓酸或者浓碱会有很大的危险性，对容器的要求也很高。其它方法，虽然有固体废渣相对较少的优点，但都不同程度地产生二次污染。例如硫酸铵焙烧法，在350℃以上硫酸铵会分解产生氮气、二氧化硫、氨气和水，其中二氧化硫是PM2.5、酸雨等的主要成因之一，而增加脱硫流程则大幅度增加了产品的单位成本。

另外，目前从铝土矿生产氧化铝比较成熟的方法为拜耳法，但拜耳法对铝土矿中的铝硅比要求比较高，一般而言铝硅比大于7才能具有较好的经济效益。而我国铝土矿品位普遍很差，适合使用拜耳法生产氧化铝的铝土矿资源稀少，且价格昂贵，我国很多氧化铝企业需要严重依赖进口铝土矿。因此，如何更好的利用低品位铝土矿是亟待解决的问题。

综上所述，目前资源化利用粉煤灰及低品位铝土矿技术，都存在各自的缺点，如能耗高、操作条件苛刻，流程复杂，综合成本高，存在二次污染、利用率低等问题。要真正实现高附加值资源化高铝粉煤灰、对存灰和新产生的高铝粉煤灰进行有效消纳、以及能有效利用我国所产的低品位铝土矿等，仍然需要突破相关的技术瓶颈。而本发明的发明人经过大量的实验和艰苦的劳动，意外地发现，使用酸式硫酸盐或者硫酸盐和硫酸摩尔比为1：1的混合物作为焙烧添加剂，能够有效利用粉煤灰和低品位铝土矿生产氧化铝。