本发明属于有色金属冶金领域，尤其涉及一种从二次铝灰中提铝的方法。
背景技术：
铝灰是铝冶炼和再生铝工业过程中产生的一种大宗固体废弃物，来源可概括为以下三个方面：电解生产铝、铝消费应用、废铝再生。根据铝灰中铝含量的不同，可分为一次铝灰和二次铝灰。一次铝灰铝含量可达15-80％。二次铝灰是由包含12-30％的铝，主要是指从各种废弃物(如一次铝灰、废弃铝制品以及铝制品加工中产生的铝屑、废渣等)中回收铝过程中产生的铝灰。据统计，我国每年产生的铝灰可达1.12-1.80×106t。随着铝产量的增加和应用领域的拓展，铝灰的产生量也将持续增加，再加上历年的累积量，这个数字将更为惊人。由于铝灰来源的不同导致了其成分及含量的差异，有的铝灰含有一定量的重金属元素，如As、Cd、Cr、Pb等。因此，合理的利用和治理铝灰，不但可实现铝资源的二次循环利，而且对环境也具有积极的意义。
郭学益等人研究了利用低温碱性熔炼法提取二次铝灰中铝的过程，探讨了碱灰质量比、盐灰质量比、熔炼温度、熔炼时间、不同添加剂和不同混料方式等因素对铝提取率的影响(参见“二次铝灰低温碱性熔炼研究”，郭学益等，中南大学学报，2012，43(3):26-31)。CN105039702A公开了一种二次铝灰中的有价元素的浸出方法，该方法包括以下步骤：将二次铝灰加入到NaOH溶液中，每100ml的NaOH溶液中加入11-13g的二次铝灰，形成混合料；将上述混合料加入到球磨机中，球磨3-3.5小时；抽滤，将滤渣在真空干燥箱中干燥，得到可再次利用的铝灰粉末。
总体上，目前回收二次铝灰中铝的方法主要有酸浸法和碱熔法。碱熔法是将铝灰与氢氧化钠混合在高温或高温高压下进行浸出，能耗很大，并且强酸强碱的残留会对环境造成很大的污染。酸浸法通常采用H2SO4或HCl进行铝灰浸出，但是酸浸法耗酸量大、对设备要求比较高。因此开发一种环保节能且回收率较高的从二次铝灰中回收铝的方法就显得尤为必要。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种从二次铝灰中提铝的方法，该方法采用二次铝灰和硫酸铵和/或硫酸氢铵混合焙烧，用水或低浓度的硫酸溶液对焙烧熟料进行浸取，提高了铝的提取率的同时避免了高浓度酸浸取剂的使用，是一种环境友好型的高效率、低能耗的提取方法，具有良好的应用前景。
为达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种从二次铝灰中提铝的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将二次铝灰和硫酸盐混合后进行焙烧，所述硫酸盐为硫酸铵和/或硫酸氢铵；
(2)对步骤(1)焙烧后的焙烧熟料进行浸取，固液分离后得到含铝溶液和尾渣。
本发明通过选用硫酸铵和/或硫酸氢铵和二次铝灰混合焙烧，使二次铝灰中的铝(包括含铝化合物和单质铝)转化为水溶性的硫酸铝铵和/或硫酸铝，进而可以采用水或低浓度的硫酸溶液进行浸取，铝的提取率最高可达90％以上，同时降低了浸取温度，避免了高浓度酸浸取剂的使用，具有能耗低、环保以及对设备腐蚀程度小等优点。
通过加入硫酸铵和/或硫酸氢铵与二次铝灰进行混合焙烧，可使二次铝灰中的铝(包括含铝化合物和单质铝)反应生成水溶性的硫酸铝铵和/或硫酸铝。其它的硫酸盐如硫酸钠、硫酸钾等，仅能与二次铝灰中残留的少量单质铝反应，而不能与二次铝灰中的含铝化合物发生反应，大大降低了铝的提取率。采用其它的铵盐如碳酸铵和或碳酸氢铵等，其虽然能与二次铝灰中的单质铝及少量含铝化合物发生反应，但生成的碳酸铝不稳定、易分解，导致铝的提取率几乎为零。
根据本发明，所述方法还包括混合焙烧前对二次铝灰进行破碎，研磨，筛分以及水洗的步骤。
本发明选用本领域公知的手段对破碎后的二次铝灰进行研磨，对此不做特殊限定，示例性的，所述研磨可以在球磨机、柱磨机、棒磨机、管磨机、自磨机、旋臼式辊磨机、立磨、多层立磨、立式辊磨机或DMC磨机中进行，但非仅限于此。
水洗的目的是为了洗掉二次铝灰中的水溶盐，提高提取效率。
根据本发明，所述筛分后二次铝灰颗粒的粒径不大于150μm，例如可以是1μm、5μm、10μm、20μm、40μm、50μm、75μm、90μm、115μm、120μm或140μm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，步骤(1)所述二次铝灰中的铝元素与硫酸盐中的硫酸根和/或硫酸氢根的摩尔比为1:(1-6.5)，例如可以是1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5、1:6或1:6.5，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
当选择二次铝灰与硫酸铵和硫酸氢铵混合焙烧时，铝元素与硫酸根和硫酸氢根的摩尔比指的是铝元素与两种酸根离子之和的摩尔比。
本发明中步骤(1)所述二次铝灰中的铝元素与硫酸盐中的硫酸根和/或硫酸氢根的摩尔比优选为1:(1.5-4)，进一步优选为1:(2-3)。
当硫酸盐不足时，二次铝灰中的铝不能完全反应，降低了提取效率；当硫酸盐过量时，一是造成了原料的浪费，二是固液分离后过量的硫酸盐进入含铝溶液，影响了含铝溶液的后续利用。
根据本发明，步骤(1)所述焙烧的温度为360-600℃，例如可以是360℃、380℃、400℃、420℃、440℃、460℃、480℃、500℃、520℃、540℃、560℃、580℃或600℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(1)所述焙烧的温度优选为400-550℃。
根据本发明，步骤(1)所述焙烧的时间为1-6h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h或6h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(1)所述焙烧的时间优选为2-4h。
根据本发明，步骤(1)所述焙烧分为第一段焙烧和第二段焙烧。
采用两段焙烧，一方面可以调控焙烧熟料中铝的物相，使其更多地转化为水溶性的硫酸铝铵和/或硫酸铝，另一方面可以提高硫酸盐的利用率，避免了硫酸盐的残留。
根据本发明，所述第一段焙烧的温度为360-450℃，例如可以是360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、410℃、420℃、430℃、440℃或450℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中所述第一段焙烧的温度优选为400-425℃。
根据本发明，所述第一段焙烧的时间为0.5-3h，例如可以是0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h或3h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中所述第一段焙烧的时间优选为1-2h。
根据本发明，所述第二段焙烧的温度为460-600℃，例如可以是460℃、500℃、550℃或600℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中所述第二段焙烧的温度优选为500-550℃。
根据本发明，所述第二段焙烧的时间为0.5-3h，例如可以是0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h或3h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中所述第二段焙烧的时间优选为1-2h。
本发明所述的焙烧选用本领域公知的焙烧方式进行，只要能达到上述焙烧效果即可，对此不做特殊限定，示例性的，所述焙烧可以在马弗炉中进行，但非仅限于此。
在上述焙烧工艺以及焙烧条件下，二次铝灰中的铝能够和硫酸铵和/或硫酸氢铵最大程度的进行反应，更多地以硫酸铝铵和/或硫酸铝的形式存在于焙烧熟料中，进而实现后续高效率的提取。
根据本发明，步骤(2)所述浸取时的浸取液为水或质量分数不大于15％的酸溶液；当使用酸溶液浸取时，其质量分数可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中所述酸溶液为硫酸溶液。
现有的二次铝灰酸浸工艺中，因为二次铝灰中存在一定量不溶于水、溶于酸的含铝化合物，通常需要采用质量分数大于30％的硫酸溶液作为浸取剂。本发明通过选择硫酸铵和/或硫酸氢铵与二次铝灰混合焙烧以及对焙烧条件的控制，使二次铝灰中的铝(包括含铝化合物和单质铝)大部分转化为水溶性化合物，因而可以采用水或低浓度的硫酸溶液进行浸出。此外，浸取过程中，虽然一定的酸度有利于浸出酸溶性含铝化合物，但硫酸根浓度高时硫酸铝会析出，不利于浸出过程。加上本发明焙烧熟料中的铝大部分为水溶性化合物，因而，本发明选用的浸取液为水或质量分数不大于15％的硫酸溶液。
根据本发明，步骤(2)所述浸取时浸取液与焙烧熟料的液固比为2-10，例如可以是2、3、4、5、6、7、8、9或10，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(2)所述浸取时浸取液与焙烧熟料的液固比优选为3-4。
本发明中所述液固比是指浸取液的体积(mL)与焙烧熟料的质量(g)之比。
根据本发明，步骤(2)所述浸取的温度为25-160℃，例如可以是25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃或160℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(2)所述浸取的温度优选为50-100℃，进一步优选为60-90℃。
根据本发明，步骤(2)所述浸取的时间为0.5-4h，例如可以是0.5h、1h、2h、2.5h、3h、3.5h或4h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(2)所述浸取的时间为优选为0.5-2h，进一步优选为0.5-1.5h。
作为优选的技术方案，本发明所述从二次铝灰中提铝的方法包括以下步骤：
(1)按铝元素与硫酸根和/或硫酸氢根的摩尔比1:(1.5-4)将二次铝灰与硫酸铵和/或硫酸氢铵混合，然后先在400-425℃下焙烧1-2h，再升温至500-550℃继续焙烧1-2h；
(2)选用水或质量分数不大于15％的硫酸溶液按3-4的液固比对步骤(1)焙烧后得到的焙烧熟料在50-100℃下浸取0.5-2h，固液分离后得到含铝溶液和尾渣。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的方法制备得到的含铝溶液在铝产品制备中的应用。
示例性的，所述含铝溶液可以用于制备聚合硫酸铝、氧化铝等。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明通过选用二次铝灰和硫酸铵和/或硫酸氢铵混合焙烧的方法，并对焙烧工艺进行了特定的优化，使二次铝灰中的铝转化为水溶性化合物，进而能够在较低的温度下用水或质量分数不大于15％的硫酸溶液进行浸出，使铝的提取率最高可达90％以上，同时降低了能耗，解决了高浓度浸出剂易腐蚀设备、污染环境的问题，是一种环境友好型的高效率、低能耗的提取方法，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明一种实施方式提供的从二次铝灰中提铝的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，从二次铝灰中提铝的具体工艺为：将二次铝灰经过前处理(破碎，研磨，筛分，水洗)后，与硫酸盐(硫酸铵和/或硫酸氢铵)混合，将混合料进行焙烧，用水或质量分数不大于15％的硫酸溶液将焙烧熟料中含铝的水溶性化合物浸出，固液分离后得到含铝溶液和废渣，含铝溶液可以作为原料应用于铝产品制备中。
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例所用二次铝灰中各元素含量为：Al 33.02％、Si 1.98％、Mg 0.94％、Ca 0.61％、V 1.03％、Fe 0.87％、Cl 4.16％、K 1.08％、Na 2.94％。
从二次铝灰中提铝的方法为：
(1)将二次铝灰破碎后研磨，过100目筛后水洗除掉水溶性盐，然后按铝元素与硫酸根的摩尔比为1:1的配比将二次铝灰与硫酸铵混合，将混合料在430℃焙烧0.5h，然后继续升温至600℃焙烧0.5h；
(2)在35℃下，按4:1的液固比(mL:g)将步骤(1)所得焙烧熟料用15wt％的硫酸浸取3h，再经固液分离后得到含铝溶液和尾渣。经计算，二次铝灰中铝的提取率为76.32％。
使用含铝溶液制备Al2O3的方法为：
将步骤(2)所得含铝溶液放入带有搅拌桨、冷凝管、温度计及加料口的四口烧瓶中加热至75℃。开启搅拌，在搅拌速度为450r/min时，按聚合剂与浸出液中铝的摩尔比为1.8:1的配比，采用慢速加碱法加入碱性聚合剂铝酸钠，聚合2.5h，pH稳定在3.35后，降温至45℃并停止搅拌，在此温度下熟化2h后，过滤即得到制备的液体聚合硫酸铝产品。所得产品的主要指标为：Al2O39.46％、盐基度45.61％、pH3.35、相对密度(20℃)1.28。
实施例2
本实施例所用二次铝灰中各元素含量为：Al 32.38％、Si 2.21％、Mg 0.85％、Ca 0.55％、V 1.04％、Fe 0.89％、Cl 3.98％、K 1.08％、Na 2.63％。
从二次铝灰中提铝的方法为：
(1)将二次铝灰破碎后研磨，过100目筛后水洗除掉水溶性盐，然后按铝元素与硫酸根的摩尔比为1:3.5的配比将二次铝灰与硫酸铵混合，将混合料在425℃焙烧1h，然后继续升温至500℃焙烧2h；
(2)在100℃下，按5:1的液固比(mL:g)将步骤(1)所得焙烧熟料用水浸取2h，再经固液分离后得到含铝溶液和尾渣。经计算，二次铝灰中铝的提取率为86.03％。
使用含铝溶液制备Al2O3的方法为：
将步骤(2)所得含铝溶液升温至90℃，然后在搅拌状态下，向其中加入10％的碳酸氢铵溶液(碳酸氢铵的加入量为铝离子摩尔量的3倍)，然后经固液分离后，得到氢氧化铝沉淀和含硫酸铵溶液，氢氧化铝经焙烧后得到氧化铝，硫酸铵溶液冷却结晶后得到硫酸铵，返回用于步骤(1)。
实施例3
本实施例所用二次铝灰中各元素含量为：Al 33.15％、Si 2.30％、Mg 1.00％、Ca 0.74％、V 1.17％、Fe 0.76％、Cl 3.96％、K 1.09％、Na 2.70％。
从二次铝灰中提铝的方法为：
(1)将二次铝灰破碎后研磨，过100目筛后水洗除掉水溶性盐，然后按铝元素与硫酸根的摩尔比为1:3的配比将二次铝灰与硫酸铵混合，将混合料在415℃焙烧1.5h，然后继续升温至525℃焙烧2h；
(2)在90℃下，按3.5:1的液固比(mL:g)将步骤(1)所得焙烧熟料用6wt％的硫酸溶液浸取1.5h，再经固液分离后得到含铝溶液和尾渣。经计算，二次铝灰中铝的提取率为91.59％。
实施例4
本实施例所用二次铝灰中各元素含量为：Al 38.90％、Si 4.05％、Mg 1.93％、Ca 1.13％、V 1.43％、Fe 1.18％。
从二次铝灰中提铝的方法为：
(1)按铝元素与硫酸氢根的摩尔比为1:1.5的配比将二次铝灰与硫酸氢铵混合，将混合料在400℃焙烧2h，然后继续升温至550℃焙烧1h；
(2)在95℃下，按6:1的液固比(mL:g)将步骤(1)所得焙烧熟料用12wt％的硫酸溶液浸取1h，再经固液分离后得到含铝溶液和尾渣。经计算，二次铝灰中铝的提取率为82.57％。
实施例5
本实施例所用二次铝灰中各元素含量为：Al 37.79％、Si 4.36％、Mg 1.97％、Ca 1.11％、V 2.48％、Fe 1.20％。
从二次铝灰中提铝的方法为：
(1)将二次铝灰破碎后研磨，过100目筛后水洗除掉水溶性盐，然后按铝元素与硫酸根和硫酸氢根的摩尔比为1:6.5的配比将二次铝灰与硫酸铵和硫酸氢铵混合，将混合料在360℃焙烧3h，然后继续升温至460℃焙烧3h；
(2)在155℃下，按10:1的液固比(mL:g)将步骤(1)所得焙烧熟料用5wt％的硫酸溶液浸取4h，再经固液分离后得到含铝溶液和尾渣。经计算，二次铝灰中铝的提取率为72.89％。
实施例6
与实施例2相比，除了将步骤(1)中“将混合料在425℃焙烧1h，然后继续升温至500℃焙烧2h”修改为“将混合料在425℃焙烧1h”外，即去掉第二段焙烧，只进行第一段焙烧，其他部分与实施例2均相同。
通过对得到的含铝溶液和尾渣进行分析和计算，二次铝灰中铝的提取率为61.64％。
实施例7
与实施例2相比，除了将步骤(1)中“将混合料在425℃焙烧1h，然后继续升温至500℃焙烧2h”修改为“将混合料在500℃焙烧2h”外，即去掉第一段焙烧，只进行第二段焙烧，其他部分与实施例2均相同。
通过对得到的含铝溶液和尾渣进行分析和计算，二次铝灰中铝的提取率为72.09％。
对比例1
与实施例2相比，除了将步骤(1)中的硫酸铵替换为硫酸钠外，其他部分与实施例2均相同。
通过对得到的溶液和尾渣进行分析和计算，二次铝灰中铝的提取率为5.47％。
对比例2
与实施例2相比，除了将步骤(1)中的硫酸铵替换为碳酸铵外，其他部分与实施例2均相同。
通过对得到的溶液和尾渣进行分析和计算，二次铝灰中的铝未浸出。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。