专利名称：铝生产方法
技术领域：
本发明涉及一种生产铝和含铝材料的方法。
术语“含铝材料”包括例如氧化铝、氢氧化铝、氯化铝和三水合铝。
从含铝原料如铝土矿生产氧化铝的Bayer方法和从氧化铝电解生产铝的Hall-Heroult方法是从含铝原料生产铝金属的唯一的大规模商业方法途径。该方法路径还用来生产用于其他应用的氧化铝和氢氧化铝。
然而，虽然上述方法途径是有效的，但是其缺点在于高投资成本、仅适合于高品级铝土矿和所生产的铝和含铝材料仅具有中等纯度，尽管适合大多数现有产品的需要。
本发明提供一种从含铝原料生产铝和含铝材料的可选择的方法。
本发明基于以下认识(a)目前发现的适用于溶剂萃取过程、从水性液体中萃取铝离子形成铝配位化合物的有机溶剂，和(b)基于用于从铝配位化合物直接或间接生产铝的离子液体电解质的电解槽是用于从含铝原料生产铝的可选择的方法的基础。
根据本发明，提供一种从固体含铝原料生产铝和含铝材料的方法，包括(a)用浸提液浸提含铝原料并形成含铝离子的水溶液；(b)通过使水溶液与有机试剂接触并使铝离子负载在有机试剂上以及形成配位化合物，来从水溶液中萃取铝离子；和(c)从铝配位化合物中回收铝或含铝材料。
有机试剂可以是任意合适的配位体、化合物、聚合物或离子交换树脂。
合适的有机试剂例如描述在Technological Resources Pty.Limited的国际申请PCT/AU02/00243中。
对于回收步骤(c)存在大量可能的选择。
含铝材料可以包含例如任意合适的固体形式的氧化铝、氢氧化铝、三水合铝和氯化铝。
回收步骤(c)的一个选择包括通过使铝配位化合物与水溶液接触而从铝配位化合物中置换铝离子，其后回收铝及含铝材料。
用于步骤(c)中的溶液可以是比用于步骤(a)中的初始浸提液更为酸性的溶液并对铝具有有限的溶解度，从而将铝离子从铝配位化合物中置换出来并立即沉淀为固体含铝材料，例如氧化铝和/或氢氧化铝，由此回收固体材料。
用于步骤(c)的溶液可以是酸性溶液，使得铝离子从铝配位化合物中置换到溶液中，其后从溶液回收。
优选溶液是盐酸溶液。
优选盐酸溶液具有1-6的pH。
在这种情况下，例如，从溶液回收氧化铝或氢氧化铝形式的固体含铝材料可以通过加热溶液并产生热离解从而以气体形式驱除水和盐酸并且产生粉末形式的氧化铝来进行。
直接从铝配位化合物中沉淀或从上述溶液中沉淀的氧化铝或氢氧化铝或其他含铝材料可以作为产品销售或利用传统Hall-Heroult方法或其他如下文所述方法进一步加工生产铝。
固体含铝材料、尤其是氧化铝和氢氧化铝可有利地生产为具有极细粒径和高纯度，以提高其直接用于诸如生产陶瓷和防火复合材料的应用时的价值。
作为选择，可以通过将铝离子迁移至离子液体并从离子液体回收铝来从用于步骤(c)中的溶液中回收铝。
术语“离子液体”本文理解为是指基本由离子组成并可用于0-100℃下的液体。
优选该方法包括通过跨接阳极和阴极施加的电势来从离子液体中回收铝，电极的定位使得至少阴极与离子液体接触并且使铝沉积在阴极上。
铝离子迁移至离子液体可以是在同一腔室中直接从溶液迁移至离子液体。
在该情况下，优选离子液体是疏水的，对铝具有高亲合力并且在水存在下稳定。
铝离子还可以间接从溶液迁移至离子溶液。
例如，迁移可以是从包含在一个腔室的溶液经可透过铝离子并分隔腔室的膜、隔膜或其它合适装置进入包含在另一腔室的离子液体中。
在该设备中，铝离子从含溶液的腔室迁移至含离子液体的另一腔室的驱动力可以是通过浓度梯度或通过在水溶液腔室中具有阴极而在离子液体腔室中具有阳极。
可透过铝离子的膜、隔膜或其它合适装置优选耐溶液和离子液体腐蚀并且不可透过溶液和离子液体中的其它成分。
作为选择，该方法可包括直接从铝配位化合物或上述溶液中沉淀生产固体形式的氧化铝或氢氧化铝或其它含铝材料，之后将固体材料直接或间接溶解在离子液体中并从上述离子液体中回收铝。
尽管绝不是唯一的另一个，对于回收步骤(c)的另一可能选择包括通过使铝离子迁移至离子液体来直接从铝配位化合物中置换铝离子，并且其后从离子液体回收铝，例如上述通过电解回收铝。
该方法允许使用广泛的含铝材料作为原料，包括目前难以处理的来自熔炉的不纯矿渣和废料，并且可以更高纯度的铝作为用于特种应用如电容器和光盘的增值产品。
例如参考所附本发明方法的一个实施方案的流程图来进一步说明本发明。
流程图所示方法适合从广泛含铝原料例如铝土矿、高岭土、矿渣和脱硅产物生产铝。
参考附图
，本方法实施方案中的关键步骤如下所述。
1.浸提含铝原料该步骤包括从含铝原料例如铝土矿中浸提铝并形成含铝离子的水溶液。
典型的是利用包含高pH的苛性液体或pH 3-4的稀酸的浸提液来完成浸提。
如下所述，因为铝随后通过溶剂萃取来回收，因此浸提步骤不必在高温和压力下进行。具体而言，不需要达到过饱和来促进随后的沉淀。这种浸提开启了更为广阔的溶解条件操作范围，尤其是当使用非铝土矿原料时。
2.萃取该步骤包括利用国际申请PCT/AU02/00243中所述类型的有机试剂来从浸提溶液中萃取铝。
铝被选择性萃取并形成铝配位化合物，由此避免纯化问题。
3.铝洗提该步骤包括通过使铝配位化合物与适当溶液接触来从铝配位化合物即含铝离子的负载有机相中洗提铝。
一个选择是利用比初始浸提液更加酸性(可以是中性或微碱性)并且对铝具有低溶解度的溶液来进行该步骤，由此从铝配位化合物中置换铝并立即沉淀为固体含铝材料。
另一选择是利用中等强度的盐酸溶液来进行该步骤，由此用氢离子从铝配位化合物中置换铝，结果铝迁移至盐酸溶液并再生有机试剂。再生的有机试剂可重复利用以萃取更多的铝。
另一选择是直接将铝从铝配位化合物迁移至离子液体电解质。
4.铝回收从盐酸溶液回收铝的一个选择是利用热离解驱除水和盐酸，留下纯铝粉末作为产品出售和/或用于电解槽生产高纯铝。
从盐酸溶液回收铝的另一个选择是将铝从盐酸溶液迁移至离子液体电解质并通过在离子液体中电解铝离子来生产高纯铝金属。
电解步骤的形式部分取决于所用离子液体的特性。
这种选择的一种方法是使用设立的槽使铝从酸性水溶液通过选择性离子膜迁移至离子液体。
这种选择的另一方法是使用对铝具有高亲合力的疏水离子液体，其在水和酸存在下稳定，由此直接将铝迁移至离子液体。该方法可通过向离子液体中加入化学添加剂提高离子液体的铝亲合力而得到辅助。化学添加剂包括例如提高离子液体的铝亲合力的配位试剂。
另一选择是分离固体含铝材料如氧化铝、三水合铝和/或氯化铝形式的铝，并且将固体材料溶解于离子液体中以提供铝源。
电解槽阴极反应产生铝金属。对应的阳极反应大多产生氯气或氧。氯气可以在转化为盐酸之后再循环回到本过程中，氧可收集作为单独产品。
上述对于含铝离子的离子液体的铝电解回收还应用于从直接来自铝配位化合物的含铝离子的离子液体中回收铝。
在不背离本发明精神和范围的前提下可以对上述本发明的实施方案进行大量修改。
权利要求
1.一种从固体含铝原料生产铝和含铝材料的方法，包括(a)用浸提液浸提含铝原料并形成含铝离子的水溶液；(b)通过使水溶液与有机试剂接触并使铝离子负载在有机试剂上以及形成铝配位化合物，来从水溶液中萃取铝离子；和(c)从铝配位化合物中回收铝或含铝材料。
2.权利要求1的方法，其中含铝材料包括任意合适固体形式的氧化铝、氢氧化铝、三水合铝和氯化铝中的任意一种或多种。
3.权利要求1或权利要求2的方法，其中回收步骤(c)包括通过使铝配位化合物与水溶液接触而从铝配位化合物中置换铝离子，其后回收铝或含铝材料。
4.权利要求3的方法，其中用于步骤(c)中的溶液是比用于步骤(a)中的初始浸提液更为酸性的溶液并对铝具有有限的溶解度，并且步骤(c)包括通过从溶液中沉淀固体铝或含铝材料而将铝离子从铝配位化合物中置换出来。
5.权利要求4的方法，其中步骤(c)包括回收从溶液中沉淀的固体铝或含铝材料。
6.权利要求3的方法，其中用于步骤(c)的溶液是酸性溶液并且步骤(c)包括将铝离子从铝配位化合物置换到溶液中。
7.权利要求6的方法，其中酸性溶液是盐酸溶液。
8.权利要求7的方法，其中盐酸溶液具有1-6的pH。
9.权利要求6-8中任意一项的方法，其中步骤(c)包括通过加热溶液和产生热离解以气体形式驱除水和盐酸并产生固体形式的铝来从溶液中回收固体铝或含铝材料。
10.权利要求6的方法，其中步骤(c)包括通过将铝离子迁移至离子液体来从溶液中回收固体铝或含铝材料。
11.权利要求10的方法，包括从离子液体中回收铝。
12.权利要求11的方法，包括通过跨接阳极和阴极施加电势来从离子液体中回收铝，电极的定位使得至少阴极与离子液体接触并且使铝沉积在阴极上。
13.权利要求10-12中任意一项的方法，包括将铝离子直接从溶液迁移至离子液体。
14.权利要求13的方法，其中离子液体是疏水的且对铝具有高亲合力，并且在水存在下稳定。
15.权利要求10-12中任意一项的方法，包括将铝离子间接从溶液迁移至离子液体。
16.权利要求15的方法，包括将铝离子从包含在一个腔室中的溶液经可透过铝离子并分隔腔室的膜、隔膜或其它合适装置迁移至包含在另一腔室中的离子液体。
17.权利要求16的方法，其中铝离子从含溶液的腔室迁移至含离子液体的另一腔室的驱动力是通过浓度梯度或通过在水溶液腔室中具有阴极而在离子液体腔室中具有阳极。
18.权利要求3的方法，其中步骤(c)包括下列操作通过沉淀固体材料来从铝配位化合物中置换铝离子，直接或间接将所沉淀的固体材料溶解于离子液体中，以及从离子液体中回收固体铝或含铝材料。
19.权利要求3的方法，其中步骤(c)包括下列操作通过将铝离子迁移至离子液体来直接从铝配位化合物中置换铝离子，和从离子液体中回收铝。
20.一种通过前述权利要求中任意一项的方法生产的铝或含铝材料。
全文摘要
公开了一种从固体含铝原料生产铝和含铝材料的方法。该方法包括用浸提液浸提含铝原料并形成含铝离子的水溶液；通过使水溶液与有机试剂接触并使铝离子负载在有机试剂上以及形成铝配位化合物，来从水溶液中萃取铝离子；和从铝配位化合物中回收铝或含铝材料。
文档编号C22B3/28GK1930313SQ200580008287
公开日2007年3月14日 申请日期2005年2月16日 优先权日2004年2月16日
发明者雷蒙德·沃尔特·肖 申请人:科技资源控股有限公司