本发明涉及到冶金工业中固体废弃物资源化利用领域，具体的说是一种利用铝灰制备棕刚玉生产原料的方法。
背景技术：
棕刚玉是以铝矾土、焦碳（无烟煤）为主要原料，在电弧炉内经高温冶炼而成棕褐色人造刚玉，又称为金刚砂。主要含有95.0%～97.0%的Al2O3，其余为少量的Fe2O3、SiO2、TiO2等。棕刚玉具有纯度高，结晶好，流动性强，线膨胀系数低，耐腐蚀的特点，应用领域非常广泛。随着棕刚玉生产主要原料高品位铝矾土资源的枯竭，用于生产棕刚玉的铝矾土品味越来越低，已成为制约棕刚玉行业发展的最主要因素，所以寻找生产棕刚玉用铝矾土的替代资源成为科研人员急需解决的关键问题。
铝灰是电解铝、金属铝合金铸造、金属铝回收等生产过程中产生的熔渣。主要含有Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3、MgO及单质Al和一些氮化物和氯化物。我国每年生产的铝灰高达112万～180万t。铝灰作为一种可再生资源主要用于生产硫酸铝、棕刚玉、合成聚合氯化铝、合成油墨用氧化铝以及作为路用材料等技术领域。就目前以公开的相关专利而言，如利用铝灰生产棕刚玉的方法（200610148219.1）、生产棕刚玉用铝灰的处理工艺（201310205937.8）、一种用于刚玉生产的铝灰处理系统（201510123613.9）、使用铝灰低温冶炼生产棕刚玉的方法（201310205936.3）等相关专利。主要存在着工艺复杂、生产能耗高、产品理化指标不合格、二次污染等问题。因此开发一种工艺简单，能耗低、无二次污染的铝灰资源化再利用技术处理技术，在解决铝灰存放造成的环境污染和土地占用问题的同时，又解决了棕刚玉生产用高铝矾土资源短缺的问题，具有很高的经济效益和社会效益。
技术实现要素：
为解决现有利用铝灰生产棕刚玉时存在的工艺复杂、能耗高、产品理化指标不合格、二次污染等问题，本发明提供了一种利用铝灰制备棕刚玉生产原料的方法，该方法具有工艺简单、工艺控制条件温和、设备生产效率高、设备投资小，实现了连续性生产，而且制备所得的棕刚玉生产原料中Al2O3高，处理成本低，处理过程中实现了滤液的循环利用，没有造成二次污染。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用铝灰制备棕刚玉生产原料的方法，首先将铝灰与水混合制成铝灰浆，然后对铝灰浆依次进行酸化处理和碱化处理，而后通过固液分离后对分离出的铝灰脱水、煅烧、冷却即制得制备棕刚玉的生产原料，所述碱化处理时，在铝灰浆中加入铝灰总重量0.02-0.05%的助剂，该助剂包含EDTA、十二烷基多糖苷、十二烷基二羟乙基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠、二异丙基萘磺酸钠、聚丙烯酰胺和N-月桂酰基谷氨酸二丁基酰胺中至少一种物质。
所述助剂为EDTA、十二烷基多糖苷、十二烷基苯磺酸钠、二异丙基萘磺酸钠、聚丙烯酰胺、N-月桂酰基谷氨酸二丁基酰胺中至少一种与十二烷基二羟乙基甜菜碱按重量比500-850:1的比例混合得到。
所述助剂中还含有粒径为3-20nm的活性氧化铝微粉和活性氧化铝微粉重量100-500%的丙醛，且活性氧化铝微粉的量为铝灰总重量的0.01-0.05%。
所述铝灰浆的制备是将铝灰与水按照重量比为0.5-2:1的比例混合均匀。
所述酸化处理是在铝灰浆中加入酸，以控制铝灰浆的pH值为3.5-5，并在温度为45-90℃的搅拌条件下反应0.5-2.5h。
所述的酸为工业级盐酸、硝酸、硫酸和工业烟气中的一种或两种以上的组合物。
所述碱化处理是在铝灰浆中加入碱，以控制铝灰浆的pH值为6.5-8，并在温度为25-40℃的搅拌条件下反应2-4h。
所述碱为工业级氨水、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或两种以上的组合物。
所述固液分离后得到的滤液用于制备铝灰浆；固液分离得到的铝灰依次在120-300℃的温度下脱水、1150-1300℃的条件下煅烧0.5-2.0h，而后以300-400℃/min的降温速率急速冷却即得到产品。
本发明中，酸化处理和碱化处理选用的反应器为通用型槽式和釜式反应器。铝灰浆料处理后的固液分离设备为单级或多级电动离心分离机、袋式真空过滤机、盘式真空过滤机。干燥脱水设备为单级或多级滚筒式干燥机、机械搅拌式干燥机、回转式干燥机、气流式干燥机、振动式干燥机以及微波干燥设备。高温焙烧设备为气体悬浮焙烧炉。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1）本发明采用在碱化处理过程中添加助剂的技术手段，提高和改善Al(OH)3晶体的有效成分含量和过滤性能；添加EDTA等助剂使其与反应物系中的Fe3+、Mg2+、Ca2+等杂质发生络合反应形成水溶性络合物，降低Al(OH)3晶体中杂质金属离子的含量；添加表面活性剂，调整Al(OH)3晶体与水溶液之间固-液界面的表面张力，控制Al(OH)3晶体的生长速率，提高和改善物料的粒度分布和颗粒形貌；
2）本发明采用EDTA、十二烷基多糖苷、十二烷基苯磺酸钠、二异丙基萘磺酸钠、聚丙烯酰胺、N-月桂酰基谷氨酸二丁基酰胺中至少一种与十二烷基二羟乙基甜菜碱按重量比500-850:1的比例混合得到助剂，助剂中含有的磺基甜菜碱在加入体系初期的酸性环境中，能使EDTA和聚丙烯酰胺更好的分散在反应体系中，从而有助于金属离子的络合去除；在反应体系后期的碱性环境中，磺基甜菜碱能和其他表面活性剂更好的调整Al(OH)3晶体与水溶液之间固-液界面的表面张力，从而控制Al(OH)3晶体的生长速率，提高和改善Al(OH)3晶体的粒度和颗粒形貌，从而提高Al(OH)3晶体的过滤性能，降低其含水率和干燥能耗；
3）本发明通过在助剂中额外加入丙醛和活性氧化铝微粉，能够进一步改善Al2O3的结晶环境，大幅度提高Al2O3晶体的粒度和产品过滤性能；
4）本发明控制酸化和碱化处理的反应温度及pH值、选用高效率的干燥和焙烧设备，提高了生产效率和设备单位有效容积的生产能力，降低设备投资和生产成本；
5）本发明工艺简单、工艺控制条件温和、设备生产效率高、设备投资小，实现了连续性生产，制备所得棕刚玉生产原料中Al2O3高，处理成本低，处理过程中实现了滤液的循环利用，没有造成二次污染；
6）本发明实现了铝灰的无害化处理和资源化利用，解决了用于棕刚玉生产原料的高铝矾土资源枯竭的问题，降低了棕刚玉的生产成本。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中对比试验的结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。以下实施例中所生产的产品可代替熟矾土用于棕刚玉生产。
实施例1
一种利用铝灰制备棕刚玉生产原料的方法，首先将铝灰与水按照重量比为0.5:1的比例混合均匀制成铝灰浆，然后对铝灰浆依次进行酸化处理和碱化处理，而后通过固液分离后对分离出的铝灰脱水、煅烧、冷却即制得制备棕刚玉的生产原料，所述固液分离后得到的滤液用于制备铝灰浆；固液分离得到的铝灰依次在300℃的温度下脱水、1150℃的条件下煅烧2.0h，而后以300℃/min的降温速率急速冷却即得到产品；
所述酸化处理是在铝灰浆中加入酸，以控制铝灰浆的pH值为5，并在温度为90℃的搅拌条件下反应0.5h，所述碱化处理是在铝灰浆中加入碱，以控制铝灰浆的pH值为8，并在温度为40℃的搅拌条件下反应2h，在碱化处理时，向铝灰浆中加入铝灰总重量0.02%的助剂，该助剂为EDTA和十二烷基二羟乙基甜菜碱质量比为500:1的混合助剂。
本实施例中所用的酸为工业级硫酸，而且酸化处理中，物料持有量占处理容器内有效容积的0.6；
所用的碱为氢氧化钠，氢氧化钠加入时以水溶液的形式加入，氢氧化钠溶液的浓度为40%。
本实施例所得产品中Al2O3含量为91.28%，产品回收率为97.36%。
实施例2
一种利用铝灰制备棕刚玉生产原料的方法，首先将铝灰与水按照重量比为2:1的比例混合均匀制成铝灰浆，然后对铝灰浆依次进行酸化处理和碱化处理，而后通过固液分离后对分离出的铝灰脱水、煅烧、冷却即制得制备棕刚玉的生产原料，所述固液分离后得到的滤液用于制备铝灰浆；固液分离得到的铝灰依次在120℃的温度下脱水、1300℃的条件下煅烧0.5h，而后以400℃/min的降温速率急速冷却即得到产品；
所述酸化处理是在铝灰浆中加入酸，以控制铝灰浆的pH值为3.5，并在温度为45℃的搅拌条件下反应2.5h，所述碱化处理是在铝灰浆中加入碱，以控制铝灰浆的pH值为6.5，并在温度为25℃的搅拌条件下反应4h，在碱化处理时，向铝灰浆中加入铝灰总重量0.05%的助剂，该助剂为聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基二羟乙基甜菜碱质量比为400:300:1的混合助剂。
本实施例中所用的酸为工业级盐酸；
所用的碱为氢氧化钾，氢氧化钾加入时以水溶液的形式加入，氢氧化钾溶液的浓度为20%。
本实施例所得产品中Al2O3含量为93.71%，产品回收率为89.5%。
实施例3
一种利用铝灰制备棕刚玉生产原料的方法，首先将铝灰与水按照重量比为1:1的比例混合均匀制成铝灰浆，然后对铝灰浆依次进行酸化处理和碱化处理，而后通过固液分离后对分离出的铝灰脱水、煅烧、冷却即制得制备棕刚玉的生产原料，所述固液分离后得到的滤液用于制备铝灰浆；固液分离得到的铝灰依次在210℃的温度下脱水、1220℃的条件下煅烧1.5h，而后以350℃/min的降温速率急速冷却即得到产品；
所述酸化处理是在铝灰浆中加入酸，以控制铝灰浆的pH值为4.2，并在温度为70℃的搅拌条件下反应1.2h，所述碱化处理是在铝灰浆中加入碱，以控制铝灰浆的pH值为7.3，并在温度为32℃的搅拌条件下反应3h，在碱化处理时，向铝灰浆中加入铝灰总重量0.035%的助剂，该助剂为十二烷基多糖苷、二异丙基萘磺酸钠、N-月桂酰基谷氨酸二丁基酰胺和十二烷基二羟乙基甜菜碱质量比为400:200:200:1的混合助剂。
本实施例中所用的酸为工业级硝酸；
所用的碱为工业级氨水。
本实施例所得产品中Al2O3含量为95.27%，产品回收率为95.6%。
附表：
实施例4
该实施例与实施例1的工艺完全相同，但是在碱化处理时加入的助剂中还含有粒径为3-20nm的活性氧化铝微粉和活性氧化铝微粉重量100%的丙醛，且活性氧化铝微粉的量为铝灰总重量的0.01%。
本实施例所得产品中Al2O3含量为92.64%，产品回收率为97.83%。
实施例5
该实施例与实施例2的工艺完全相同，但是在碱化处理时加入的助剂中还含有粒径为3-20nm的活性氧化铝微粉和活性氧化铝微粉重量500%的丙醛，且活性氧化铝微粉的量为铝灰总重量的0.05%。
本实施例所得产品中Al2O3含量为94.26%，产品回收率为90.2%。
实施例6
该实施例与实施例3的工艺完全相同，但是在碱化处理时加入的助剂中还含有粒径为3-20nm的活性氧化铝微粉和活性氧化铝微粉重量300%的丙醛，且活性氧化铝微粉的量为铝灰总重量的0.03%。
本实施例所得产品中Al2O3含量为96.17%，产品回收率为96.3%。
对比试验
选取三组铝灰进行对比试验，其中一组严格按照实施例3的工艺条件进行，最终得到产物Ⅰ，另一组与实施例3的工艺条件相同，但是在碱化处理中并未加入助剂，最终得到产物Ⅱ，最后一组严格按照实施例6的工艺条件进行，最终得到产物Ⅲ，对产物Ⅰ、产物Ⅱ和产物Ⅲ进行成分分析，其结果如附图1所示。
由附图1的分析结果可知，在碱化处理中加入助剂，能够有效地提高氧化铝的含量，而在助剂中额外加入活性氧化铝微粉和丙醛，能够进一步的提高氧化铝的含量。