[发明专利]一种铝灰苏打烧结脱氮同步制备铝酸钠的方法

说明书

本发明公开了一种铝灰苏打烧结脱氮同步制备铝酸钠的方法，该方法将铝灰与由碳酸钠、碳酸氢钠和过氧化钠组成的混合钠盐混匀，压制成团块；所得团块经过干燥后，依次置于空气气氛中焙烧进行一段低温焙烧、置于强氧化性气氛中进行二段高温焙烧，焙烧产物经过冷却，破碎后，采用碱性溶液浸出，得到铝酸钠溶液，该方法利用工业废渣为主要原料，原料来源广，成本低，铝回收率高，且操作简单、生产成本低、环境友好，满足工业化生产要求。

技术领域

本发明涉及一种利用铝灰制备铝酸钠的方法，具体涉及一种利用铝灰为原料通过与苏打进行高温烧结脱氮同步制备铝酸钠的方法，属于矿物加工和有色冶金领域。

背景技术

铝灰是氧化铝电解、铝材加工及废料再生过程中产生的含铝废渣，据不完全统计，每生产一吨电解铝会形成30-50kg铝灰，我国每年产生铝灰总量高达100-200万吨。铝灰中主要金属元素是铝，主要以金属铝、三氧化二铝和氮化铝形式存在，此外还含有少量的硅、镁、钠、钙等元素。铝灰中的氮化铝是金属铝高温过程中与氮气反应生成，氮化铝结构稳定、熔点高，但是氮化铝在堆存过程中与雨水反应，缓慢产生氨气，严重污染环境。因此，《国家危险废物名录》将铝灰分类为危害废物，排放每吨铝灰将征收1000元的环保税。

铝灰中含有30-70％的金属铝，具有极高的回收价值，最常见的处理方法是“炒灰法”，其基本原理是利用金属铝熔点低的特性，添加少量氯盐增加铝熔体颗粒和铝灰界面的张力，再利用物理翻炒作用使铝熔体颗粒快速的积聚，实现金属铝与其他组分分离。炒灰法操作简单、可回收铝灰中大部分金属铝组分，但是该方法需要添加氯化钠等氯盐，在操作过程中会产生大量粉尘污染物及有害气体，此外该方法会产生组分更复杂、更难处理的二次铝灰，目前该工艺已被政府限制。为实现铝灰的综合利用，研究人员开发了倾动回转窑处理法、重选法、电选法、离心法、机械筛分法等。为脱除铝灰中氮元素，避免加工过中产生氨气等有害气体，将铝灰在催化剂及碱液作用下进行脱氮，通过加温促进氨气溢出并回收制备氨水；但是湿法工艺需要投入高密闭性大型反应设备，增加了生产成本。

发明内容

针对现有技术中铝灰综合利用工艺中普遍存在的生产成本高、工艺复杂、容易产生二次污染等缺陷，本发明的目的是提供一种利用铝灰作为原料，通过控制温度及气氛进行苏打高温烧结高效脱除杂质元素同步获得铝酸钠的方法，该方法将铝灰氮化铝组分中的氮转化为环境无害的氮气，避免形成NOx造成二次环境污染；同时将铝灰中的铝组分高效转化为铝酸钠，直接返回氧化铝生产流程，该方法操作简单、生产成本低、环境友好，满足工业化生产要求。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种铝灰苏打烧结脱氮同步制备铝酸钠的方法，该方法是将铝灰与混合钠盐混匀，压制成团块；所得团块经过干燥后，依次置于空气气氛中焙烧进行一段低温焙烧、置于强氧化性气氛中进行二段高温焙烧，焙烧产物经过冷却，破碎后，采用碱性溶液浸出，得到铝酸钠溶液；所述混合钠盐包括碳酸钠、碳酸氢钠和过氧化钠。

优选的方案，铝灰与混合钠盐按铝钠元素摩尔比例为1:1.1～1:1.3配料。

优选的方案，所述混合钠盐由以下质量份组成：碳酸钠70份～85份；碳酸氢钠17份～25份；过氧化钠5份～15份。一方面，混合钠盐可以降低体系熔点，而碳酸钠、碳酸氢钠及过氧化钠在高温焙烧过程中可以释放氧化性气体，促进氮化铝氧化为氧化铝和氮气。特别是过氧化钠可以在低于金属铝熔点(660℃)的温度下，将铝灰中金属铝单质氧化成三氧化二铝，可以避免温度过高而导致金属铝熔融聚集，造成体系元素偏析，反应不均匀，不利于后续含铝组分与钠盐反应生成铝酸钠等问题。

优选的方案，所述一段低温焙烧的条件为：温度为300～500℃，焙烧时间120～180min。在优选的温度和气氛下，充分利用混合钠盐降低体系熔点，实现破坏铝灰中金属铝、氧化铝和氮化铝紧密的结构的破坏，同时促进金属铝组分充分氧化成氧化铝。