专利名称：一种生产氧化铝新工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于一种氧化铝生产工艺。
背景技术：
传统的生产氧化铝的方法是用低硅高铝的铝土矿(铝硅比≥4)为原料采用拜尔法或传统的烧结法工艺生产而成。国内铝土矿储量逐年减少，品位不断下降，生产成本越来越高。传统的烧结法即把铝土矿、石灰石、煤与烧碱一起按比例混合煅烧，熟料呈硬块状，浸取时必须先破碎，用水浸取。其缺点是烧碱对设备有腐蚀性，烧成温度高，浸出液纯度低，工艺复杂，成本高，工业废渣堆集如山，污染环境。
近年来国内有根据国外技术改进的煅烧新工艺生产氧化铝，以粉煤灰为原料，把粉煤灰与石灰石粉碎后经炉外预热分解、入窑进行煅烧生产，对熟料进行碱液浸取生产氧化铝。其技术核心是“炉外五级预热与分解，喷煤粉煅烧，专用冷却设备快速冷却，与电厂、锅炉形成整体，余热利用，硅渣生产水泥”，其缺点是投资大，流程长，工艺环节过多，成本高，当铝硅比≤1时，氧化铝产出少，水泥产出多，主副产品位置颠倒。
发明内容
本发明的目的是提供一种可用高硅低铝的原料，采用简单低成本工艺，综合利用提高效益，生产出高纯度氧化铝和附属产品的方法。
本发明的技术方案是将Al2O3≥30％的高岭岩或粉煤灰先期脱硅，脱硅流程为将高岭岩破碎成60-325目(如用粉煤灰为原料不需粉碎)，在煅烧炉内煅烧1-4小时，温度控制在900-1100℃，煅烧高岭土粉用浓度为14-18％的NaOH烧碱液，加助剂(水玻璃或九水硅酸钠)，固液比4-7ml/g进行脱硅反应，固液分离，液体荷化反应后循环使用，固体为完成脱硅的高岭岩，用于自粉碎烧结法生产氧化铝的原料。
脱硅后的高岭岩烘干与石灰石、煤按一定比例混合粉碎，成球后不用预热与炉外分解，直接进立窖烧成自粉碎熟料粉；再用5-8％碳酸钠稀碱液浸取后，固液比1∶4，温度75-90℃，反应20分钟浸取两次。渣液分离；浸取液用洛合剂洛合反应提纯，固体渣清洗后送水泥工段；自粉碎煅烧立窑产生的废气回收净化，产生纯净的CO2气体与NaAl2O3溶液进行炭化反应、清洗，洗液返回浸出工段，沉淀为膏体Al(OH)3，氢氧化铝膏体烘干为氢氧化铝产品。入炉进行转变晶型结构成为氧化铝各种产品。
本发明的有益技术效果是1、本发明利用的含铝原料为高岭石、粉煤灰、油页岩等含铝矿物，对原料要求不高，CaO2≥52％，高岭石≥32％，原材料丰富，解决了铝土资源短缺问题。所用工业废渣铝硅比≤1，实现了变废为宝，符合环保要求。2、先期脱硅工艺调整铝硅比例，使硅含量降低50％以上，铝硅比≥4，为本发明的自粉碎烧结法提供了优质原料。在高岭土焙烧的现有技术基础上，利用煤系高岭岩在焙烧中，将化学性质稳定的SiO2转变为易于碱反应的SiO2，而使Al2O3保持惰性，借助碱的作用脱硅保铝，一步浸取完成先期脱硅。3、“自粉碎烧结法”可以达到在一个煅烧炉工段内既完成原料相互之间的固液相反应，又完成硅酸二钙在β-γ的晶型转变，在炉内即开始形成自粉碎熟料，粉料粒度达到≤60hm。不用烧碱，不腐蚀设备，烧成温度低，浸出不破碎，产品纯度高。4、浸取后废渣含硅酸二钙≥70％，且细度≤60hm，是生产水泥的最佳原料，可联产高标号水泥；自粉碎烧结法产生的废气经收集洗涤，形成纯净的CO2气体，作为原料气体炭化铝酸钠。两项综合利用既解决了环境污染问题，又降低了生产成本。5、可在同一生产线上多品种生产，市场适应性很强。
附图1为先期脱硅工艺流程图。
附图2为生产氧化铝新工艺流程图。
具体实施例方式一、高岭土或粉煤灰先期脱硅生产工艺先期脱硅工艺流程如附图1所示。把高岭岩粉碎到60-325目，经900℃-1100℃焙烧1-4小时(如用粉煤灰则不用粉碎与焙烧)，用浓度为14-18％NaOH碱液，添加助剂水玻璃(添加量为脱硅碱液体积的1/50-1/30)或九水硅酸钠(添加量为5-7g/150ml)，在80℃-95℃下反应60-90分钟，即完成脱硅处理。其中液固比为4-7ml/g。
二、氧化铝生产工艺生产氧化铝新工艺流程图如图2所示。先期脱硅后的高岭岩或粉煤灰与石灰石、煤按一定比例混合后，粉碎到60-325目，成球后进窖烧焙烧，成自粉碎熟料粉。该立窑不用炉外预热与炉外分解，可直接将料入窑焙烧。再用5-8％碳酸钠稀碱液浸取，固液比1∶4，温度75-90℃，反应20分钟浸取两次。然后固液分离，滤液采用洛合反应提纯，产品纯度可达99.9％。固渣清洗三次送生产水泥工段；自粉碎煅烧立窑产生的废气回收净化为纯净的CO2气体，存入储罐。将CO2与NaAl2O3溶液进行炭化反应、清洗，洗液返回浸出工段，沉淀为膏体Al(OH)3。氢氧化铝膏体烘干为氢氧化铝产品。用烘干的氢氧化铝产品入炉进行转变晶型结构，成氧化铝各种产品。
本发明与目前国内改革国外煅烧工艺—炉外分解、预热，用粉煤灰与石灰石生产氧化铝新工艺有实质性进步，主要区别在于1、原料不同原工艺原料为粉煤灰，本发明原料不仅用粉煤灰，更主要用高岭岩，开拓了原料新领域。
2、采用了全新的脱硅工艺，此工艺改变了原料中的铝硅比含量，由原来的≤1脱硅后成为≥4，从根本上改变了原料与工艺的性质。
3、核心部分的自粉碎烧结法煅烧工艺，原工艺是炉外预热、分解技术的改进，而且是五级旋风与轴留预热，热源采用喷煤粉煅烧，专用设备冷却；本发明不用炉外预热与炉外分解，更不用专用设备冷却，而是用立窖或回转窖经过改进，一次性直接从炉内完成了预热、分解、固液反应、冷却、自粉碎全过程。大大缩短了工艺流程，减少投资50％。
4、原料配比上，原工艺是用粉煤灰、石灰石按摩尔比配料，向炉内喷煤粉；本发明是用高岭岩、石灰石、煤按摩尔比与热能换算配比，煅烧时无二次热源，不用喷煤粉。
5、原工艺对煅烧炉废气无回收利用，本发明将煅烧废气回收、净化为原料CO2进行炭化利用，既解决了环保问题，又降低了原料成本。
6、本发明用西南师大洛合剂提纯，与Ca(OH)3提纯相结合，提纯工艺先进，产品纯度高。原工艺只用Ca(OH)3提纯，产品纯度低。
7、生产成本较低，设备投入少，石灰石用量减少40％，高岭岩脱硅后可用拜尔法生产，成本相对较低；而原工艺只有在联产电、水泥的基础上方可降低成本。
本发明的主要技术参数1、先期脱硅高岭岩粉碎到60-325目；焙烧温度900℃-1100℃，时间1-4小时，烧碱(NaOH)浓度14-18％，液固比4-7ml/g，反应温度80-95℃，反应时间60-90分钟。助剂填加量水玻璃为1/50-1/30或九水碱酸钠5-7g/150ml。
2、石灰石与高岭岩或粉煤灰的质量要求，石灰石CaO含量≥52％，杂质少；高岭岩或粉煤灰Al2O3≥32％。
3、石灰石、高岭岩、煤配比要求以在熟料中形成的硅酸二钙(2CaO SiO2)、7铝酸12钙(12CaO 7Al2O3)、铁酸二钙(2CaOFa2O3)和钛酸二钙(2CaO TiO2)为准计算合理配比。各组份的摩尔比为CaO∶SiO2＝2，CaO∶Al2O3＝1.7，CaO∶Fe2O3＝2，CaO∶TiO2＝2，煤占8-15％。
4、高温形成的β_2CaOSiO2密度为3000-3300kg/m3转变为γ_2CaO SiO2密度为2700-3000kg/m3时的晶形转变温度400-600℃左右，缓慢冷却，体积澎涨10％，形成自粉碎细料。这是自粉碎法的核心原理。
5、自粉碎焙烧温度1200-1500℃，焙烧时间1小时左右，入炉球形5-15cm。
6、碳酸钠溶液浓度5-7％，反应20分钟，温度75-80℃，固液比1∶4-6，浸出两次。
7、Ca(OH)2脱硅加入量与传统方法一致。CO2气体加入量可视反应情况随时控制。
8、氢氧化铝生产氧化铝，焙烧温度根据产品种类确定在600-1450℃。
本发明的主要化学反应方程式为(1)高岭岩矿物焙烧化学反应
(2)先期脱硅反应
(副反应)(3)自粉碎烧结反应7(Al2O32SO22H2O)+40CaCO3——12CaO 7Al2O3高岭石石灰石铝酸钙+14(β_2CaO SiO2)+14H2O+40CO2硅酸钙β_2CaO SiO2——γ_2CaO SiO2(自粉化)(4)稀碱液浸取自粉碎料
(铝酸钠)(5)铝酸钠溶液脱硅处理
(硅酸钠) (铝硅酸钙)(6)碳化处理
权利要求
1.一种生产氧化铝的新工艺，其特征在于对含高硅低铝的高岭岩或粉煤灰原料先期脱硅，使铝硅比从≤1提高到≥4，采用自粉碎烧结法烧成熟料粉，用稀碱液浸取，洛合反应提纯，煅烧窑废气回收净化为纯净CO2气体与NaAl2O3溶液进行炭化反应，清洗沉淀为Al(OH)3膏体，经烘干入炉转变晶型结构，成为氧化铝各种产品。
2.如权利要求1所述的生产氧化铝新工艺，其特征在于所述的高岭岩先期脱硅的工艺流程为将高岭岩破碎成60-325目，在煅烧炉内煅烧1-4小时，煅烧炉内温度控制在900-1100℃；煅烧高岭土粉用浓度为14-18％的NaOH烧碱液，加助剂进行脱硅反应，固液比为4-7ml/g，温度80-95℃，反应时间60-90分钟，助剂为1/50-1/30量的水玻璃或5-7g/150ml量的九水硅酸钠；固液分离后固体为脱硅后的高岭岩。
3.如权利要求1或2所述的生产氧化铝新工艺，其特征在于所述的生产氧化铝新工艺流程是将脱硅后的高岭岩烘干，与石灰石、煤按一定比例混合粉碎，成球后不用预热与炉外分解，直接入窑烧成自粉碎熟料粉；再用5-8％碳酸钠稀碱液浸取后，固液比1∶4，温度75-90℃，反应20分钟浸取两次，渣液分离；浸取液用洛合剂洛合反应提纯，固体渣清洗后送水泥工段；自粉碎煅烧立窑产生的废气回收净化，产生纯净的CO2气体与NaAl2O3溶液进行炭化反应、清洗，洗液返回浸出工序，沉淀为膏体Al(OH)3，氢氧化铝膏体烘干为氢氧化铝产品，入炉进行转变晶型结构成为氧化铝各种产品，根据不同的产品品种与要求，转型温度为600-1450℃。
4.如权利要求1、2所述的生产氧化铝新工艺，其特征在于所述的自粉碎烧结法生产熟料粉的流程和参数是脱硅后的高岭岩与石灰石、煤原料配比为以熟料中形成的2CaOSiO2，12CaO7Al2O3，2CaOFe2O3，2CaOTiO2为准计算合理配比，按各组份的摩尔比CaO∶SiO2＝2，CaO∶Al2O3＝1.7，CaO∶Fe2O3＝2，CaO∶TiO2＝2，煤占8-15％；混合破碎到60-325目，成球5-15cm入窑后烘干，预热，高温1200-1500℃锻烧1小时后缓慢冷却到400-600℃，使β_2CaOSiO2转变为γ_2CaOSiO2，密度3000-3300kg/m3转变为2700-3000kg/m3，体积澎涨10％，在窑内一步形成自粉碎细料。
5.如权利要求3所述的生产氧化铝新工艺，其特征在于所述的自粉碎烧结法生产熟料粉的流程和参数是脱硅后的高岭岩与石灰石、煤原料配比为以熟料中2CaOSiO2，12CaO7Al2O3，2CaOFe2O3，2CaOTiO2为准计算合理配比，按各组份的摩尔比CaO∶SiO2＝2，CaO∶Al2O3＝1.7，CaO∶Fe2O3＝2，CaO∶TiO2＝2，煤占8-15％，混合破碎到60-325目，成球5-15cm入窑后烘干，预热，高温1200-1500℃锻烧1小时后缓慢冷却到400-600℃，使β_2CaOSiO2转变为γ_2CaOSiO2，密度3000-3300kg/m3转变为2700-3000kg/m3，体积澎涨10％，在窑内一步形成自粉碎细料。
全文摘要
本发明公开了一种生产氧化铝新工艺，其特征是采用先期脱硅将高岭岩、粉煤灰等高硅低铝原料转化为铝硅比≥4，用自粉碎烧结法混合焙烧，碳酸钠稀碱液浸取，洛合反应提纯；自粉碎煅烧立窑产生的废气回收净化为纯净CO
文档编号C01F7/30GK1623901SQ20041006296
公开日2005年6月8日 申请日期2004年7月2日 优先权日2004年7月2日
发明者郭长征, 陈伯清 申请人:郭长征, 陈伯清