一种利用铝灰制备氧化铝的方法

1.本发明属于危险废弃物资源化利用技术领域，涉及一种制备氧化铝的方法，尤其涉及一种利用铝灰制备氧化铝的方法。


背景技术：

2.铝灰是电解铝、铝加工和铝再生行业产生的危险废弃物，年排放量400多万吨，直接排放会造成严重的环境污染。铝灰中含有大量的氧化铝、氮化铝和金属铝等含铝资源和氟化物、氯化物以及氮化物等毒害组分。鉴于铝灰的危险性和资源性，进行铝灰资源化利用及安全处置十分必要。因铝灰中铝含量高，全部折合氧化铝高达70％，以氧化铝作为资源化利用的产品既可以实现铝灰的高值化利用，又能有效解决铝灰的安全处置问题。
3.cn 108585003a公开了一种利用铝灰制备片状氧化铝的方法，所述方法先将铝灰和硫酸反应，得到浸出液，再向浸出液中添加高锰酸钾除铁，最后经碱中和、过滤、干燥烧结得到氧化铝。然而所述发明直接利用硫酸溶解铝灰，反应不可控，以高锰酸钾除铁后用碱中和，存在氧化铝含量低，产能低的问题。
4.cn 108529658a公开了一种制备氢氧化铝的方法，所述方法将铝灰球磨、高压碱溶、种分和分离洗涤后得到氢氧化铝；cn 106830030a公开了一种铝灰安全高效生产氧化铝的方法，所述方法将铝灰和铝酸钠溶液反应得到一段溶出液和铝灰渣料，然后铝灰渣料和碱混合后进行焙烧，再经溶出得到二段浆料，二段浆料和一段溶出液返回拜耳法系统；cn 108239704a公开了一种二次铝灰资源化生产氧化铝的方法，所述方法将铝灰与氧化钠混合湿磨，然后用水稀释，再将稀释后得到的浆液于反应釜中高压溶出，经固液分离得到含铝溶液，最后经种分、干燥得到氧化铝。以上三种方法均以铝灰为原料，采用拜耳法生产氧化铝，因铝灰中氧化铝均为α-氧化铝，存在溶解率低和杂质多的问题。
5.由此可见，如何提供一种利用铝灰制备氧化铝的方法，提升铝灰中活性铝的回收率和氧化铝产品的纯度，降低能耗和生产成本，拓宽工业化应用范围，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种利用铝灰制备氧化铝的方法，所述方法提升了铝灰中活性铝的回收率和氧化铝产品的纯度，降低了能耗和生产成本，拓宽了工业化应用范围。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.本发明提供一种利用铝灰制备氧化铝的方法，所述方法包括以下步骤：
9.(1)将铝灰进行水解-酸解处理，先后得到水解滤洗液与酸解滤洗液；
10.(2)将步骤(1)所得水解滤洗液与酸解滤洗液分别独立地进行蒸发处理，分别对应地得到水解母液与酸解母液；
11.(3)混合步骤(2)所得水解母液与酸解母液，分离洗涤后得到滤饼；
12.(4)将步骤(3)所得滤饼进行后处理，得到氧化铝产品。
13.本发明采用水解-酸解处理铝灰，实现了铝灰中氮化物和活性铝的高效脱除，并将所得水解滤洗液与酸解滤洗液分别进行蒸发处理，最终混合所得水解母液与酸解母液，实现了铝灰中活性铝的充分回收并制备氧化铝。本发明中涉及的所有反应均为常压反应，条件温和、能耗低，实现了铝灰中活性铝的充分回收，制备的氧化铝杂质少，纯度高，工业化应用前景广阔。
14.本发明中，步骤(1)所述水解-酸解处理为本领域常规的技术手段，只要能够实现对铝灰的水解和酸解即可，故在此不做具体限定。例如可以采用cn110040755a中实施例1公开的催化水解-酸解工艺对铝灰进行水解-酸解处理。
15.优选地，步骤(2)所述水解母液的ph为9-10，例如可以是9、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9或10，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16.本发明中，只要能够实现水解滤洗液经过蒸发处理后所得水解母液的ph在9-10范围内即可，故在此不对蒸发处理的具体条件做特殊限定。
17.优选地，步骤(2)所述酸解母液的ph为2-3，例如可以是2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
18.本发明中，只要能够实现酸解滤洗液经过蒸发处理后所得酸解母液的ph在2-3范围内即可，故在此不对蒸发处理的具体条件做特殊限定。
19.优选地，步骤(3)所述混合的方式为将水解母液加入酸解母液中。
20.本发明中，将水解母液加入酸解母液中而非将酸解母液加入水解母液中，这种混合方式的有益效果为：因沉淀物是氢氧化铝，水解母液向酸解母液中加入是酸过量，溶液由酸性向中性转变，沉淀物逐渐增加，容易控制；若酸解母液向水解母液中加入是碱过量，溶液由碱性向中性转变，沉淀物生成后又溶解，而酸解母液过量也会出现相同现象，因此，酸解母液向水解母液中加入会导致生成的氢氧化铝溶解，进而导致生成的氧化铝纯度降低。
21.优选地，步骤(3)所述水解母液与酸解母液混合后溶液的ph为6-7，例如可以是6、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9或7，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22.本发明中，只要能够实现水解母液与酸解母液混合后溶液的ph在6-7范围内即可，故在此不对水解母液与酸解母液的混合比例做具体限定。
23.优选地，步骤(3)所述混合的温度为25-60℃，例如可以是25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃或60℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24.优选地，步骤(3)所述分离洗涤为依次进行的固液分离与洗涤。
25.优选地，所述固液分离包括真空抽滤和/或立式压滤。
26.优选地，所述洗涤的水量为滤饼质量的1-3倍，例如可以是1倍、1.2倍、1.4倍、1.6倍、1.8倍、2倍、2.2倍、2.4倍、2.6倍、2.8倍或3倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
27.优选地，步骤(3)所述分离洗涤所得滤洗液经过梯级蒸发结晶，用于制备盐类。
28.本发明中，所述梯级蒸发结晶的具体过程为：将所述滤洗液加热到100℃，并保持加热状态，待出现大量晶体后快速过滤得到一种盐，然后再将所得滤液继续加热至蒸干得到另一种盐。
29.本发明中，所述滤洗液经过梯级蒸发结晶制得的盐类包括但不限于氯化钠和/或氯化钾。
30.优选地，步骤(4)所述后处理为依次进行的干燥与焙烧。
31.优选地，所述干燥的温度为100-115℃，例如可以是100℃、101℃、103℃、105℃、107℃、109℃、110℃、111℃、113℃或115℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
32.优选地，所述干燥的时间为3-12h，例如可以是3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
33.优选地，所述焙烧的温度为900-1200℃，例如可以是900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
34.本发明中，所述焙烧的温度需保持在合理范围内。当焙烧温度低于900℃时，所得氧化铝产品中夹杂部分氢氧化铝，降低了氧化铝的纯度；当焙烧温度高于1200℃时，又会导致能耗不必要的增加，不利于节约生产成本。
35.优选地，所述焙烧的时间为1-5h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
36.作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
37.(1)将铝灰进行水解-酸解处理，先后得到水解滤洗液与酸解滤洗液；
38.(2)将步骤(1)所得水解滤洗液与酸解滤洗液分别独立地进行蒸发处理，分别对应地得到ph为9-10的水解母液与ph为2-3的酸解母液；
39.(3)在25-60℃下将步骤(2)所得水解母液加入酸解母液中，得到ph为6-7的混合溶液，真空抽滤和/或立式压滤、洗涤后得到滤饼与滤洗液；所述洗涤的水量为滤饼质量的1-3倍；所述滤洗液经过梯级蒸发结晶，用于制备盐类；
40.(4)将步骤(3)所得滤饼依次进行干燥与焙烧，得到氧化铝产品；所述干燥的温度为100-115℃，时间为3-12h；所述焙烧的温度为900-1200℃，时间为1-5h。
41.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
42.(1)本发明采用水解-酸解处理铝灰，实现了铝灰中氮化物和活性铝的高效脱除，并将所得水解滤洗液与酸解滤洗液分别进行蒸发处理，最终混合所得水解母液与酸解母液，实现了铝灰中活性铝的充分回收并制备氧化铝；
43.(2)本发明中涉及的所有反应均为常压反应，条件温和、能耗低，实现了铝灰中活性铝的充分回收，制备的氧化铝杂质少，纯度高，且最高可达95.5wt％，工业化应用前景广阔。
附图说明
44.图1是本发明提供的利用铝灰制备氧化铝的流程示意图。
具体实施方式
45.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
46.实施例1
47.本实施例提供一种利用铝灰制备氧化铝的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
48.(1)采用cn 110040755a中实施例1公开的催化水解-酸解工艺对铝灰进行水解-酸解处理，先后得到水解滤洗液与酸解滤洗液；
49.(2)将步骤(1)所得水解滤洗液与酸解滤洗液分别独立地进行蒸发处理，分别对应地得到ph为10的水解母液与ph为3的酸解母液；
50.(3)在55℃下将步骤(2)所得水解母液加入酸解母液中，得到ph为7的混合溶液，真空抽滤、洗涤后得到滤饼与滤洗液；所述洗涤的水量为滤饼质量的3倍；所述滤洗液经过梯级蒸发结晶，用于制备盐类；
51.(4)将步骤(3)所得滤饼依次进行干燥与焙烧，得到氧化铝产品；所述干燥的温度为105℃，时间为9h；所述焙烧的温度为1100℃，时间为4h。
52.本实施例所得氧化铝的纯度见表1。
53.实施例2
54.本实施例提供一种利用铝灰制备氧化铝的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
55.(1)采用cn 110040755a中实施例1公开的催化水解-酸解工艺对铝灰进行水解-酸解处理，先后得到水解滤洗液与酸解滤洗液；
56.(2)将步骤(1)所得水解滤洗液与酸解滤洗液分别独立地进行蒸发处理，分别对应地得到ph为10的水解母液与ph为2.5的酸解母液；
57.(3)在50℃下将步骤(2)所得水解母液加入酸解母液中，得到ph为6.5的混合溶液，立式压滤、洗涤后得到滤饼与滤洗液；所述洗涤的水量为滤饼质量的2倍；所述滤洗液经过梯级蒸发结晶，用于制备盐类；
58.(4)将步骤(3)所得滤饼依次进行干燥与焙烧，得到氧化铝产品；所述干燥的温度为105℃，时间为9h；所述焙烧的温度为1000℃，时间为3h。
59.本实施例所得氧化铝的纯度见表1。
60.实施例3
61.本实施例提供一种利用铝灰制备氧化铝的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
62.(1)采用cn 110040755a中实施例1公开的催化水解-酸解工艺对铝灰进行水解-酸解处理，先后得到水解滤洗液与酸解滤洗液；
63.(2)将步骤(1)所得水解滤洗液与酸解滤洗液分别独立地进行蒸发处理，分别对应地得到ph为9.5的水解母液与ph为2.5的酸解母液；
64.(3)在40℃下将步骤(2)所得水解母液加入酸解母液中，得到ph为6.5的混合溶液，真空抽滤、洗涤后得到滤饼与滤洗液；所述洗涤的水量为滤饼质量的1.5倍；所述滤洗液经过梯级蒸发结晶，用于制备盐类；
65.(4)将步骤(3)所得滤饼依次进行干燥与焙烧，得到氧化铝产品；所述干燥的温度
为105℃，时间为6h；所述焙烧的温度为950℃，时间为2h。
66.本实施例所得氧化铝的纯度见表1。
67.实施例4
68.本实施例提供一种利用铝灰制备氧化铝的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
69.(1)采用cn 110040755a中实施例1公开的催化水解-酸解工艺对铝灰进行水解-酸解处理，先后得到水解滤洗液与酸解滤洗液；
70.(2)将步骤(1)所得水解滤洗液与酸解滤洗液分别独立地进行蒸发处理，分别对应地得到ph为9的水解母液与ph为2的酸解母液；
71.(3)在25℃下将步骤(2)所得水解母液加入酸解母液中，得到ph为6的混合溶液，立式压滤、洗涤后得到滤饼与滤洗液；所述洗涤的水量为滤饼质量的1倍；所述滤洗液经过梯级蒸发结晶，用于制备盐类；
72.(4)将步骤(3)所得滤饼依次进行干燥与焙烧，得到氧化铝产品；所述干燥的温度为100℃，时间为3h；所述焙烧的温度为900℃，时间为1h。
73.本实施例所得氧化铝的纯度见表1。
74.实施例5
75.本实施例提供一种利用铝灰制备氧化铝的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
76.(1)采用cn 110040755a中实施例1公开的催化水解-酸解工艺对铝灰进行水解-酸解处理，先后得到水解滤洗液与酸解滤洗液；
77.(2)将步骤(1)所得水解滤洗液与酸解滤洗液分别独立地进行蒸发处理，分别对应地得到ph为10的水解母液与ph为3的酸解母液；
78.(3)在60℃下将步骤(2)所得水解母液加入酸解母液中，得到ph为7的混合溶液，真空抽滤、洗涤后得到滤饼与滤洗液；所述洗涤的水量为滤饼质量的3倍；所述滤洗液经过梯级蒸发结晶，用于制备盐类；
79.(4)将步骤(3)所得滤饼依次进行干燥与焙烧，得到氧化铝产品；所述干燥的温度为115℃，时间为12h；所述焙烧的温度为1200℃，时间为5h。
80.本实施例所得氧化铝的纯度见表1。
81.实施例6
82.本实施例提供一种利用铝灰制备氧化铝的方法，所述方法除了将步骤(3)中水解母液与酸解母液的混合方式改为：将酸解母液加入水解母液中，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
83.本实施例所得氧化铝的纯度见表1。
84.实施例7
85.本实施例提供一种利用铝灰制备氧化铝的方法，所述方法除了将步骤(4)中焙烧的温度降为850℃，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
86.本实施例所得氧化铝的纯度见表1。
87.对比例1
88.本对比例提供一种利用铝灰制备氧化铝的方法，所述方法包括以下步骤：
89.(1)采用cn 110040755a中实施例1公开的催化水解-酸解工艺对铝灰进行水解-酸解处理，先后得到水解滤洗液与酸解滤洗液；
90.(2)在55℃下将步骤(1)所得水解滤洗液加入酸解滤洗液中，得到ph为7的混合溶液，真空抽滤、洗涤后得到滤饼与滤洗液；所述洗涤的水量为滤饼质量的3倍；所述滤洗液经过梯级蒸发结晶，用于制备盐类；
91.(3)将步骤(2)所得滤饼依次进行干燥与焙烧，得到氧化铝产品；所述干燥的温度为105℃，时间为9h；所述焙烧的温度为1100℃，时间为4h。
92.本对比例所得氧化铝的纯度见表1。
93.表1
[0094][0095]
其中，氧化铝纯度采用x射线荧光谱仪(axios-max,50kv,60ma)进行分析检测。
[0096]
由表1中实施例1-5可知，本发明提供的方法所得氧化铝纯度最高可达95.5wt％；实施例6在实施例1的基础上改变水解母液与酸解母液的混合方式，使得生成的氢氧化铝部分溶解，进而导致氧化铝纯度降低；实施例7在实施例1的基础上降低焙烧的温度，使得氧化铝产品中夹杂部分氢氧化铝，进而降低了氧化铝的纯度；相较于实施例1，对比例1并未对水解滤洗液与酸解滤洗液分别进行蒸发处理，而是直接将两者混合制备氧化铝，使得铝灰中的活性铝无法充分回收，最终导致所得氧化铝纯度大幅度降低。
[0097]
由此可见，本发明采用水解-酸解处理铝灰，实现了铝灰中氮化物和活性铝的高效脱除，并将所得水解滤洗液与酸解滤洗液分别进行蒸发处理，最终混合所得水解母液与酸解母液，实现了铝灰中活性铝的充分回收并制备氧化铝；本发明中涉及的所有反应均为常压反应，条件温和、能耗低，实现了铝灰中活性铝的充分回收，制备的氧化铝杂质少，纯度高，且最高可达95.5wt％，工业化应用前景广阔。
[0098]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。