一种铝土矿微波氯化制备金属铝的方法
【专利摘要】一种铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，具体包括以下步骤：将铝土矿中加入碳，混合均匀，通入氯气，采用微波流化床加热5～50min，达到300～900℃，恒温10～60min，将铝土矿充分分解，得到含氯化铝的多种氯化混合气体，然后，经除杂和精制，制得纯度大于99％的无水氯化铝；向其加入氢氧化钠溶液，制得中间产物，经过沉淀，过滤，固液分离，得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液；将氢氧化铝沉淀，在800～1200℃，煅烧，分解生成氧化铝；将氧化铝，电解，得到金属铝。该方法工艺流程简单、能耗低的清洁工艺，系统所产生的氯气和氢氧化钠全部循环利用，并能实现全元素有效分离利用，整个系统无废水、废酸、废碱液排放，基本达到了“三废”零排放。
【专利说明】
一种铝土矿微波氯化制备金属铝的方法
技术领域
[0001]本发明属于铝生产技术领域，特别涉及一种铝土矿微波氯化制备金属铝的方法。
【背景技术】
[0002]我国铝土矿资源较为丰富，截至到2006年保有的资源储量为27.76亿吨，其中储量5.42亿吨，基础储量7.42亿吨，资源量2.35亿吨，且分布比较集中。我国铝土矿类型以高岭石-一水硬铝石型为主，约占总储量的98 %以上，而三水铝石型铝土矿仅在海南、广东、福建、台湾等省区有分布，储量不到2 %。我国铝土矿各组分平均品位为:A12 O 3 61.6 9 %、S121.4%、Fe2037.73%，属高铝、高硅、低铁难溶矿，矿石的平均铝硅比为5.96，铝硅比偏低绝大多数为高铝、高硅、低铁、细粒嵌布一水硬铝石型矿石，这些矿物特性使得制取氧化铝的工艺比较复杂，因而生产能耗高、工艺流程长、建设投资大、生产成本高。
[0003]目前利用铝土矿为原料生产氧化铝方法可归纳为四类，即碱法、酸法、酸碱联合法与热法。
[0004]碱法生产氧化铝有拜耳法、烧结法以及拜耳-烧结联合法。拜耳法生产氧化铝工艺的缺点为:不能处理铝硅比低的铝土矿，仅适合处理铝硅比大于7的铝土矿，尤其是铝硅比大于10的铝土矿。烧结法生产氧化铝工艺存在的问题如下:由于有烧结工序，单位能耗高；生产流程复杂;碳酸化分解的方法造成氧化铝产品质量差。生产流程中的物料流量就越大，就会造成设备产能越低。烧结法生产氧化铝工艺并不适宜处理铝硅比低于3?3.5的铝土矿。拜耳-烧结联合法生产氧化铝工艺流程的问题在于:同时具有拜耳法和烧结法两种工艺流程，生产流程复杂，设备繁多;两套工艺相互交叉，生产协调非常复杂。
[0005]酸法生产氧化铝又有硫酸法、盐酸法和硝酸法之分。酸法生产氧化铝存在一些重大缺点，如需要昂贵的耐酸设备，酸的回收比较复杂，从铝盐溶液中除铁、钛等杂质也较困难等。但酸法用于处理我国分布很广的高硅低铁铝矿在原则上是合理的。一些铝土矿资源缺乏的国家，一直在研究处理非铝土矿原料生产氧化铝的酸法作为技术储备。近年来，酸法的研究取得了进展，但从经济角度上还不能与处理优质铝土矿的碱法相竞争。
[0006]酸喊联合先用酸法从尚娃招铁矿中制取含铁、钦等杂质的不纯氣氧化招，然后再用碱法(拜耳法)处理。其实质是用酸法除硅，碱法除铁。这种方法流程过于复杂，不适于工业应用。
[0007]其中中国铝业股份有限公司的陈湘清等人发明的“一种低品位铝土矿的联合脱硅方法，中国专利申请号:200810115455”公开了采用选择性脱泥和正浮选的联合工艺进行脱硅，从而提高原矿的A/S比，达到降低生产成本的目的;贵州大学的马武权等人发明的“一种石灰烧结-拜耳法联合生产氢氧化铝的方法，中国专利申请号:200710077821”公开了将石灰烧结法的溶出液用拜耳法的赤泥进行脱硅处理，在脱硅过程中可回收部分拜耳法赤泥中的氧化铝和碱；中国铝业集团股份有限公司的顾松青等人提出的“一种中低品位铝土矿生产氧化铝的方法，中国专利申请号:200710118667”公开了在拜耳法流程中，加入脱铝渣代替石灰作为添加剂，进行拜耳法溶出，溶出后赤泥经反向洗涤后与循环碱液混合，添加石灰进行溶出反应后，浆液分离出赤泥外排，得到的溶液部分反向洗涤拜耳法溶出赤泥后送拜耳法系统补碱，部分添加石灰反应后得到脱铝渣和拜耳法赤泥湿法处理的循环碱液，脱铝渣水合铝酸钙替代石灰添加到拜耳法溶出。上述生产工艺虽然都可以在一定程度上提高氧化铝的回收率以及赤泥的脱碱效率，但很难从根本上改变氧化铝生产过程中废弃物的物相，经上述方法处理后产物中的氧化铝及钠碱含量也很难降至很低的水平。
[0008]其中由北京世纪地和科技有限公司张开元等人发明的“一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法，申请号:201010300143”是通过以下步骤实现的:首先将粉煤灰细磨并进行除铁处理;将除铁后的粉煤灰与硫酸铵混合后进行烧结后生成固体物和氨气;将烧结后生成的固体物进行溶出，再进行过滤或者沉降分离，接着再洗涤后得到含有硫酸铝铵的溶液;将含有硫酸铝铵的溶液进行结晶得到固体的硫酸铝铵;将固体的硫酸铝铵溶解后配制成溶液与氨气或者氨水于温度为20?50 °C下进行反应0.5?6小时生成氢氧化铝和硫酸铵;将氢氧化铝进行焙烧后得到氧化铝。东北大学周凤禄等人发明的“一种利用霞石生产砂状氧化铝的方法，申请号:201010547656”是以霞石为原料采用先烧结法产出粗氢氧化铝，再对粗氢氧化铝用拜耳法生产砂状氧化铝。上述方法虽然都可以有效的利用粉煤灰、霞石、中低品位铝土矿等非传统铝资源，但其生产过程多包含烧结过程或浮选过程，采用烧结的方式提取非传统铝资源中的氧化铝多存在能耗高、成本高的问题，而采用浮选的方法不仅提高了生产过程的成本还会向拜耳法工艺中引入有机物从而对后续环节造成不利影响。
[0009]公开号CN104773747A公布一种无水氯化铝的生产方法，以高铝粉煤灰(氧化铝含量多25%)为原料，配以碳值还原剂，并通入氯气进行氯化反应，氯化炉出来的混合气体通过冷却和蒸馏、精馏处理后，制得符合国家标准的无水氯化铝产品。本发明具有原料价廉易得、产品纯度高、易于工业大型化生产等特点。但该方法中采用普通流化床作为反应装置，对于设备要求高，能耗高，生产成本高。
[0010]在使用一水硬铝石的拜耳法生产氧化铝的过程中，通常采用石灰作为添加剂，在使用一水硬铝石为原料拜耳法生产氧化铝的过程中，添加石灰可以起到以下作用:大幅度降低溶出赤泥的N/S，使中低品位一水硬铝石铝土矿适宜于拜耳法处理;减缓溶出过程中结疤的生成速度和程度;提高整体溶出速度;提高了 Al2O3的溶出率;但是，拜耳法生产氧化铝过程中添加石灰还存在以下缺陷:添加石灰后拜耳法溶出赤泥中的A/S较常规拜耳法溶出赤泥高，在相同的溶出条件下铝矿单耗增大，虽然石灰的增加有助于碱耗的减低，但使得矿石综合利用效率降低;石灰量消耗增加，因此石灰石和焦炭的消耗也增加。
【发明内容】
[0011]为实现非传统铝资源的高效利用，本发明提供一种铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，本发明可实现霞石、中低品位铝土矿等非传统铝资源中氧化铝的高效利用，该方法工艺流程简单、能耗低的清洁工艺，系统所产生的氯气和氢氧化钠全部循环利用，并能实现全元素有效分离利用，整个系统无废水、废酸、废碱液排放，基本达到了“三废”零排放。
[0012]一种铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，包括以下步骤:
[0013]步骤I，铝土矿微波加热氯化分解:
[0014]将铝土矿中加入碳，混合均匀，通入氯气，压力为常压，采用微波流化床加热5?50min，达到300?900°C，恒温10?60min，将铝土矿充分分解，得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中，按质量比，铝土矿:碳=(1:1.5)?(1:3)，铝土矿:氯气=(1:3)?(1:5);
[0015]步骤2，分离净化，沉降氯化铝:
[0016](I)含氯化铝的多种氯化混合气体，经除杂和精制，制得纯度大于99 %的无水氯化招;
[0017](2)向99%的无水氯化铝中，加入氢氧化钠溶液，在40?70°C，搅拌20?40min，搅拌速率为200?300rpm，制得中间产物；其中，氢氧化钠溶液的浓度为100?150g/L，按质量比，100-150g/L氢氧化钠溶液:99 %的无水氯化铝=(5:1)?(7:1);
[0018](3)将中间产物，固液分离，得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液；
[0019](4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气，将氯气返回步骤I循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用；
[0020]步骤3，煅烧分解:
[0021]将氢氧化铝沉淀，在800?1200°C，煅烧20?50min，分解生成冶金级氧化铝；
[0022]步骤4，电解:
[0023]将冶金级氧化铝，电解，得到金属铝。
[0024]所述步骤I中，铝土矿为中低品位铝土矿，霞石，长石，高岭土，明矾石或铁铝共生矿中的一种，其中，每种铝土矿中，氧化铝含量与氧化硅含量的质量比均小于等于7。
[0025]所述步骤I中，将铝土矿与碳混和均匀是指将铝土矿、碳按比例混合后一并粉碎。
[0026]所述步骤I中，碳理论添加量是根据招土矿原料中Al203、Fe203、Si02组分加碳氯化反应所需计算得到的，其中，按质量比，招土矿:碳= 1:2。
[0027]所述步骤I中，微波流化床的微波频率为2.3?2.5GHz;流化床采用微波加热方式，改善传统流态化反应器的动力条件。
[0028]所述步骤I中，微波流化床加热优选10?30min，达到800°C，恒温优选20min。
[0029]所述步骤2(1)中，除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体，经三级冷凝回收装置去除杂质，得到纯度大于99%的无水氯化铝产品，采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用隔板干式收尘器或旋风除尘器，控制冷却温度为200?300°C，使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在140?160°C，使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为80?120 °C，使TiCl4以固体形式除去，同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制，得到纯度大于99 %的无水氯化铝。
[0030]所述的步骤2(1)中，通过三级冷凝回收装置，在第二级冷凝后，得到的气态物质中，AlCl3质量百分含量大于等于10%时，进行二次捕集得到AlCl3,然后进行真空升华精制，得到纯度大于99%的无水氯化铝产品。
[0031]所述步骤2(1)中，通过三级冷凝回收装置，无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中，排放的气体含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后，得到四氯化硅产品，尾气最后排入大气，排放满足国家环保标准。
[0032]本发明的粉煤灰进行微波加热氯化发生的主要反应如下:
[0033]AI2O3+1.5C+3C12 = 2A1C13+1.5C02 (1.1)
[0034]Si02+C+2Cl2 = SiCl4+C02 (1.2)
[0035]Fe2O3+!.5C+3C12 = 2FeCl3+l.5C02 (1.3)
[0036]AlCl3+3Na0H=Al (0H)3|+3NaCl (1.4)
[0037]2NaCl+2H20 = 2Na0H+Cl2T+H2T (1.5)
[0038]与现有技术相比，本发明的优势在于:
[0039]1、本发明的装置采用微波流化床，改变原有加热方式，微波加热具有加热速度快、反应灵敏、加热均匀、热效率高、设备占地面积小、自动化程度高和环保节能等优点。微波加热具有选择性，吸波的矿与一些不吸波脉石之间在微波场中会产生较大温度梯度，使矿石间产生内应力，从而产生裂缝促进碳热还原反应的进行；同时裂纹的产生强化了矿物的解离；
[0040]2、采用氯化铝溶液与氢氧化钠溶液反应，将氯化铝碱化，沉淀，过滤后，固液分离，得到氢氧化铝和氯化钠溶液;其中，氯化钠经电解生产氢氧化钠、氯气和氢气，氯气作为原料返回铝土矿微波加热氯化分解工序中，氢氧化钠作为原料返回分离净化，沉降氯化铝工序中，实现氢氧化钠和氯气的循环利用，达到整个工序零排放的目的，同时提供清洁能源_
氢气；
[0041]3、本发明的方法以铝土矿为原料，原料价廉易得，极大地降低生产成本，解决了铝土矿制取氧化铝的工艺比较复杂，因而生产能耗高、工艺流程长、建设投资大、生产成本高的问题，有较高的经济效益和社会效益；
[0042]4、本发明可以处理铝土矿，实现了铝土矿的优化利用，同时可得到满足国家标准的无水氯化铝、氢氧化铝、活性氧化铝及铝锭。解决了我国铝土矿资源不足问题；
[0043]5、本发明中，铝土矿的其它元素，如:硅、铁、稼等，可以得到有效分离和利用，无水氯化铁、四氯化硅等经过氧化反应可以转化为氧化铁和二氧化硅等产品；
[0044]6、本发明中，采用相同的流程及方法，在煅烧阶段，可以通过调整煅烧温度获得不同的品级的氧化铝，当煅烧温度为100?350°C，煅烧分解生成化学品氧化铝；煅烧温度800?120(TC，煅烧分解生成冶金级氧化铝。
【附图说明】
[0045]图1为本发明的铝土矿微波氯化制备金属铝的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0046]下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0047]以下实施例中，铝土矿微波氯化制备金属铝的工艺流程图如图1所示。
[0048]实施例1
[0049]—种铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，包括以下步骤:
[0050]步骤I，铝土矿微波加热氯化分解:
[0051]将低品位铝土矿加入碳混合后一并破碎至-250μπι，然后通入氯气，压力为常压，采用微波频率为2.5GHz微波流化床加热1min，达到800 °C，恒温30min，将低品位铝土矿充分分解，得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中，低品位铝土矿中，氧化铝含量与氧化硅含量的质量比等于7，按质量比，低品位招土矿:碳=1:2，低品位招土矿:氯气= 1:4;
[0052]步骤2，分离净化，沉降氯化铝:
[0053](I)除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体，经三级冷凝回收装置去除杂质，得到纯度大于99%的无水氯化铝产品，采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用隔板干式收尘器，控制冷却温度为200°C，使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在160°C，使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为80°C，使TiCl4以固体形式除去，同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制，得到纯度大于99%的无水氯化铝；
[0054]通过三级冷凝回收装置，无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中，排放的气体含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后，得到四氯化硅产品，尾气最后排入大气；
[0055](2)向99 %的无水氯化铝中，加入氢氧化钠溶液，在60 V，搅拌25min，搅拌速率为250rpm，制得中间产物;其中，氢氧化钠溶液的浓度为120g/L，按质量比，120g/L氢氧化钠溶液:99 %的无水氯化铝= 7:1;
[0056](3)将中间产物，沉淀，过滤后，固液分离，得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液；
[0057](4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气，将氯气返回步骤I循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用；
[0058]步骤3，煅烧分解:
[0059]将氢氧化铝沉淀，在900°C，煅烧50min，分解生成冶金级氧化铝；
[0060]步骤4，电解:
[0061]将冶金级氧化铝，电解，得到金属铝。
[0062]实施例2
[0063]一种铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，包括以下步骤:
[0064]步骤I，铝土矿微波加热氯化分解:
[0065]将霞石加入碳混合后一并破碎至_250μπι，然后通入氯气，压力为常压，采用微波频率为2.3GHz微波流化床加热30min，达到900 °C，恒温15min，将霞石充分分解，得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中，霞石中，氧化铝含量与氧化硅含量的质量比等于6，按质量比，霞石.碳= 1.1.5，霞石.孰气= 1.3;
[0066]步骤2，分离净化，沉降氯化铝:
[0067](I)除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体，经三级冷凝回收装置去除杂质，得到纯度大于99%的无水氯化铝产品，采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用旋风除尘器，控制冷却温度为200°C，使FeCl3、NaCl、KC1、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在160°C，使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为80°C，使TiCl4以固体形式除去，同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制，得到纯度大于99%的无水氯化铝；
[0068]通过三级冷凝回收装置，无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中，排放的气体含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后，得到四氯化硅产品，尾气最后排入大气；
[0069](2)向99 %的无水氯化铝中，加入氢氧化钠溶液，在50 V，搅拌40min，搅拌速率为300rpm，制得中间产物;其中，氢氧化钠溶液的浓度为130g/L，按质量比，130g/L氢氧化钠溶液:99 %的无水氯化铝= 6:1;
[0070](3)将中间产物，沉淀，过滤后，固液分离，得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液；
[0071](4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气，将氯气返回步骤I循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用；
[0072]步骤3，煅烧分解:
[0073]将氢氧化铝沉淀，在1000°C，煅烧40min，分解生成冶金级氧化铝；
[0074]步骤4，电解:
[0075]将冶金级氧化铝，电解，得到金属铝。
[0076]实施例3
[0077]一种铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，包括以下步骤:
[0078]步骤I，铝土矿微波加热氯化分解:
[0079]将长石加入碳混合后一并破碎至-250μπι，然后通入氯气，压力为常压，采用微波频率为2.4GHz微波流化床加热1min，达到700 V，恒温20min，将长石充分分解，得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中，长石中，氧化铝含量与氧化硅含量的质量比等于7，按质量比，长石.碳= 1.3，长石.孰气= 1.5;
[0080]步骤2，分离净化，沉降氯化铝:
[0081](I)除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体，经三级冷凝回收装置去除杂质，得到纯度大于99%的无水氯化铝产品，采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用隔板干式收尘器，控制冷却温度为200°C，使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在160°C，使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为80°C，使TiCl4以固体形式除去，同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制，得到纯度大于99%的无水氯化铝；
[0082]通过三级冷凝回收装置，无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中，排放的气体含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后，得到四氯化硅产品，尾气最后排入大气；
[0083](2)向99 %的无水氯化铝中，加入氢氧化钠溶液，在70 V，搅拌30min，搅拌速率为300rpm，制得中间产物;其中，氢氧化钠溶液的浓度为150g/L，按质量比，150g/L氢氧化钠溶液:99 %的无水氯化铝= 5:1;
[0084](3)将中间产物，沉淀，过滤后，固液分离，得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液；
[0085](4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气，将氯气返回步骤I循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用；
[0086]步骤3，煅烧分解:
[0087]将氢氧化铝沉淀，在1200°C，煅烧20min，分解生成冶金级氧化铝；
[0088]步骤4，电解:
[0089]将冶金级氧化铝，电解，得到金属铝。
[0090]实施例4
[0091 ] 一种铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，包括以下步骤:
[0092]步骤I，铝土矿微波加热氯化分解:
[0093]将高岭土加入碳混合后一并破碎至-250μπι，然后通入氯气，压力为常压，采用微波频率为2.3GHz微波流化床加热5min，达到300 °C，恒温60min，将高岭土充分分解，得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中，高岭土中，氧化铝含量与氧化硅含量的质量比等于6.5，按质量比，高岭土:碳= 1:3，高岭土:氯气= 1:5;
[0094]步骤2，分离净化，沉降氯化铝:
[0095](I)除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体，经三级冷凝回收装置去除杂质，得到纯度大于99%的无水氯化铝产品，采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用旋风除尘器，控制冷却温度为300°C，使FeCl3、NaCl、KC1、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在160°C，使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为120°C，使TiCl4以固体形式除去，同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制，得到纯度大于99%的无水氯化铝；
[0096]通过三级冷凝回收装置，无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中，排放的气体含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后，得到四氯化硅产品，尾气最后排入大气；
[0097](2)向99 %的无水氯化铝中，加入氢氧化钠溶液，在40 V，搅拌40min，搅拌速率为300rpm，制得中间产物;其中，氢氧化钠溶液的浓度为140g/L，按质量比，140g/L氢氧化钠溶液:99 %的无水氯化铝= 5:1;
[0098](3)将中间产物，沉淀，过滤后，固液分离，得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液；
[0099](4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气，将氯气返回步骤I循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用；
[0100]步骤3，煅烧分解:
[0101]将氢氧化铝沉淀，在1200°C，煅烧30min，分解生成冶金级氧化铝；
[0102]步骤4，电解:
[0103]将冶金级氧化铝，电解，得到金属铝。
[0104]实施例5
[0105]—种铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，包括以下步骤:
[0106]步骤I，铝土矿微波加热氯化分解:
[0107]将明矾石加入碳混合后一并破碎至-250μπι，然后通入氯气，压力为常压，采用微波频率为2.5GHz微波流化床加热1min，达到800°C，恒温20min，将明矾石充分分解，得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中，明矾石中，氧化铝含量与氧化硅含量的质量比等于6，按质量比，明矾石:碳= 1:3，明矾石:氯气= 1:5;
[0108]步骤2，分离净化，沉降氯化铝:
[0109](I)除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体，经三级冷凝回收装置去除杂质，得到纯度大于99%的无水氯化铝产品，采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用旋风除尘器，控制冷却温度为200°C，使FeCl3、NaCl、KC1、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在140°C，使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为80°C，使TiCl4以固体形式除去，同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制，得到纯度大于99%的无水氯化铝；
[0110]通过三级冷凝回收装置，无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中，排放的气体含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后，得到四氯化硅产品，尾气最后排入大气；
[0111](2)向99 %的无水氯化铝中，加入氢氧化钠溶液，在70 0C，搅拌20min，搅拌速率为300rpm，制得中间产物;其中，氢氧化钠溶液的浓度为140g/L，按质量比，140g/L氢氧化钠溶液:99 %的无水氯化铝= 5:1;
[0112](3)将中间产物，沉淀，过滤后，固液分离，得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液；
[0113](4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气，将氯气返回步骤I循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用；
[0114]步骤3，煅烧分解:
[0115]将氢氧化铝沉淀，在800°C，煅烧50min，分解生成冶金级氧化铝；
[0116]步骤4，电解:
[0117]将冶金级氧化铝，电解，得到金属铝。
[0118]实施例6
[0119]—种铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，包括以下步骤:
[0120]步骤I，铝土矿微波加热氯化分解:
[0121]将铁铝共生矿加入碳混合后一并破碎至_250μπι，然后通入氯气，压力为常压，采用微波频率为2.3GHz微波流化床加热50min，达到900°C，恒温1min，将铁铝共生矿充分分解，得到含氯化铝的多种氯化混合气体;其中，铁铝共生矿中，氧化铝含量与氧化硅含量的质量比等于6，按质量比，铁招共生矿:碳=1:3，铁招共生矿:氯气= 1:5;
[0122]步骤2，分离净化，沉降氯化铝:
[0123](I)除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体，经三级冷凝回收装置去除杂质，得到纯度大于99%的无水氯化铝产品，采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用隔板干式收尘器，控制冷却温度为200°C，使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去;第二级冷凝的冷却温度控制在160°C，使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为80°C，使TiCl4以固体形式除去，同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制，得到纯度大于99%的无水氯化铝；
[0124]通过三级冷凝回收装置，无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中，排放的气体含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后，得到四氯化硅产品，尾气最后排入大气；
[0125](2)向99 %的无水氯化铝中，加入氢氧化钠溶液，在70 V，搅拌30min，搅拌速率为200rpm，制得中间产物;其中，氢氧化钠溶液的浓度为100g/L，按质量比，100g/L氢氧化钠溶液:99 %的无水氯化铝= 7:1;
[0126](3)将中间产物，沉淀，过滤后，固液分离，得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液；
[0127](4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气，将氯气返回步骤I循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用；
[0128]步骤3，煅烧分解:
[0129]将氢氧化铝沉淀，在1200°C，煅烧30min，分解生成冶金级氧化铝；
[0130]步骤4，电解:
[0131]将冶金级氧化铝，电解，得到金属铝。
【主权项】
1.一种铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，具体包括以下步骤: 步骤I，铝土矿微波加热氯化分解: 将招土矿中加入碳，混合均勾，通入氯气，压力为常压，采用微波流化床加热5?50min，达到300?9000C，恒温10?60min，将铝土矿充分分解，得到含氯化铝的多种氯化混合气体；其中，按质量比，铝土矿:碳=(1:1.5)?(1:3)，铝土矿:氯气= (1:3)?(1:5); 步骤2，分离净化，沉降氯化铝: (1)含氯化铝的多种氯化混合气体，经除杂和精制，制得纯度大于99%的无水氯化铝； (2)向99%的无水氯化铝中，加入氢氧化钠溶液，在40?70 0C，搅拌20?40min，搅拌速率为200?300rpm，制得中间产物；其中，氢氧化钠溶液的浓度为100?150g/L，按质量比，100-150g/L氢氧化钠溶液:99 %的无水氯化铝=(5:1)?(7:1); (3)将中间产物，沉淀，过滤后，固液分离，得到氢氧化铝沉淀和氯化钠溶液； (4)将氯化钠电解生成氢氧化钠、氯气及氢气，将氯气返回步骤I循环使用;将氢氧化钠溶液经调整浓度后返回步骤2循环使用； 步骤3，煅烧分解: 将氢氧化铝沉淀，在800?1200 0C，煅烧20?50min，分解生成氧化铝； 步骤4，电解: 将冶金级氧化铝，电解，得到金属铝。2.如权利要求1所述的铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，所述步骤I中，铝土矿为中低品位铝土矿，霞石，长石，高岭土，明矾石或铁铝共生矿中的一种，其中，每种铝土矿中，氧化铝含量与氧化硅含量的质量比均小于等于7。3.如权利要求1所述的铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，所述步骤I中，将铝土矿与碳混和均匀是指将铝土矿、碳按比例混合后一并粉碎。4.如权利要求1所述的铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，所述步骤I中，其中，按质量比，招土矿:碳= 1:2。5.如权利要求1所述的铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，所述步骤I中，微波流化床的微波频率为2.3?2.5GHz。6.如权利要求1所述的铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，所述步骤I中，微波流化床加热10?30min，达到800°C，恒温20min。7.如权利要求1所述的铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，所述步骤2(I)中，除杂精制过程是将含氯化铝的多种氯化混合气体，经三级冷凝回收装置去除杂质，得到纯度大于99%的无水氯化铝产品，采用的三级冷凝回收系统是根据氯化后气体的沸点差来进行分离:第一级冷却方式采用隔板干式收尘器或旋风除尘器，控制冷却温度为200?300°C，使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2杂质以固体的方式除去；第二级冷凝的冷却温度控制在140?160°C，使AlCl3以固体形式收集;第三级冷凝的冷却温度为80?120°C，使TiCl4以固体形式除去，同时第二级冷凝中得到的固体AlCl3,真空升华精制，得到纯度大于99%的无水氯化铝。8.如权利要求7所述的铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，所述的步骤2(I)中，通过三级冷凝回收装置，在第二级冷凝后，得到的气态物质中，AlCl3质量百分含量大于等于10%时，进行二次捕集得到AlCl3,然后进行真空升华精制，得到纯度大于99%的无水氯化铝产品。9.如权利要求7所述的铝土矿微波氯化制备金属铝的方法，其特征在于，所述步骤2 (I)中，通过三级冷凝回收装置，无水氯化铝精制过程和第三级冷凝回收过程中，排放的气体含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，经过布袋收尘装置和尾气吸收池处理后，得到四氯化硅产品，尾气最后排入大气。
【文档编号】C25C3/06GK106011498SQ201610334214
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】张廷安, 吕国志, 豆志河, 刘燕, 王龙, 张子木, 王艳秀, 李小龙
【申请人】东北大学