专利名称：一种回收镍铝精矿制成三氧化二铝的方法
技术领域：
本发明涉及三氧化二铝制备的方法，特别是一种回收镍铝精矿制成三氧化二铝的方法。
背景技术：
三氧化二铝，又称为氧化铝，被认为是第二大的工业原料矿物，地位仅次于黏土， 三氧化二铝的应用广于各种领域，包括研磨、耐火材料、触媒载体、复合材料、陶金及IC基
板等产业。三氧化二铝包含有四种同素异构体，其系为α-三氧化二铝、三氧化二铝、 Y-三氧化二铝及S-三氧化二铝，其中，主要为α型和Υ型两种变体。α型三氧化二铝 可由氢氧化铝于950-1200°C高温下进行缎烧取得。另外，Y型三氧化二铝可由氢氧化铝于 140-150°C低温环境下脱水取得，若将其加温至120(TC则会全部转变为α型三氧化二铝。 其中，又以α型三氧化二铝为目前所知最终的稳定相，具备有稳定且优异的特质，同时被 广泛地应用于各领域。一般而言，三氧化二铝是由三水铝石作为原料制备而来，而在三水铝石形成α型 三氧化二铝时，需采用热处理步骤，使得三水铝石发生相转换，经过不同型态的三氧化二铝 而获得α型三氧化二铝，且于三水铝石经由相转换的过程面临相转换临界晶径的限制，因 α型三氧化二铝的前身κ型是以柱状晶丛存在于粒体中，技术上须使κ型柱状体的直径 全部长至某一临界尺寸才可全部产生相变，否则会有部分κ型晶粒受质传所限无法长粗， 仍以κ型残留下来，导致高纯度之α型三氧化二铝难以制备产出。为了改善上述缺点，获得高纯度的三氧化二铝，现今业者大多使用含铝原料作为 制备三氧化二铝之材料，常见含铝原料的来源，大致有铝矿、废触媒渣、粉煤灰及煤矸等。由 于近年来能源需求的增加造成资源严重耗损，为了环境保护，其中又以废触媒渣取代一般 工业用以生产三氧化二铝的反应物(例如三水铝石)，进而减少该反应物原料的浪费及生 产成本，并达到废弃物回收再利用的环保目的。废触媒中均具有颇高有价金属含量，因此视为资源加以回收处理，以减少废触媒 对环境造成的污染。目前已有相关单位投入研发废触媒中的制程渣用以回收提炼含铝原料 的相关技术，藉以将提炼出来的含铝原料用以制备的三氧化二铝。目前习知回收废触煤(RDQ中的废渣制成三氧化二铝的方法，是以从该废渣中取 得镍铝精矿，并从镍铝精矿中回收含铝原料进而制成三氧化二铝，其中，该镍铝精矿成分大 致包含有以重量百分比计铝；35 45%、钒0. 5 1%、钼0. 3 0.6%、镍3 4%、硅1. 2 1. 6%及钴0. 5 等大量金属元素，其中又以铝为主要提炼之金属元素。其回收程序是 加碱焙烧制程。该加碱焙烧制程步骤如下1.焙烧制程提供镍铝精矿，将该镍铝精矿与碱粉(例如氢氧化钾Κ0Η、氢氧化钠NaOH、氢氧化钡Ba (OH)2、氢氧化钙Ca(OH)2等)均勻混合，得到混合料，再将该混合料于1000-1200°C左 右进行高温焙烧，使得该混合料经反应形成金属盐。此时，该镍铝精矿中会与碱粉发生反应 生成金属盐之精矿，包含有铝、钒、钼及硅，其中镍及钴不与碱粉进行反应。2.浸出制程将该金属盐加水进行溶解，经一定时间搅拌后，浸出获得铝酸盐粗液。此时，该铝 酸盐粗液包含有大量的铝酸盐、微量的钒酸盐、微量的钼酸盐、微量的硅酸盐及不与碱液反 应的镍、钴精矿。接着，将该铝酸盐粗液进行固液分离，过滤去除未溶解之镍、钴精矿，得到 铝酸盐溶液。3.纯化制程添加除渣剂(例如氧化镁、氧化钙、氢氧化镁、氢氧化钙等)以去除铝酸盐溶液中 微量的钒、钼及硅渣，得到含铝量较高的铝酸盐精液。经由上述回收程序操作，取得铝酸盐精液作为制备三氧化二铝之原料，请参照化 学反应式1，其中R可选自钾、钠、钡及锶等碱金属元素所组成之族群。如下2Al+2R0H+02 ^ 2RA102+H2(1)将上述取得之该铝酸盐精液利用拜尔法或通二氧化碳的方法进行沉铝制程，获得 氢氧化铝，最后将该氢氧化铝于高温下进行锻烧，至水分去除以得干燥之高纯度三氧化二
ρ O虽然上述习知回收镍铝精矿取得含铝原料，进而制得三氧化铝的过程，改善了以 往三氧化二铝制备不易的情形，但由于习知回收镍铝精矿取得含铝原料之过程，是以焙烧 及浸出为主要取得含铝原料的来源，在加碱焙烧制程中仍具有下述之缺点1.在加碱焙烧制程中，是将碱粉与镍铝精矿置入旋窑中进行反应，其中，该碱粉 与镍铝精矿同属固态原料，使得碱粉与镍铝精矿在旋窑反应过程中容易产生接触不佳的情 形，当反应温度高达1000-1200°C左右时，容易造成碱粉的结窑现象，使得该结窑的碱粉附 着于窑壁上，易造成防火材的损耗，也造成反应过程的不完全而影响原料的生成转化率。2.由于焙烧过程的高温反应，需耗费大量能源，不仅造成对设备的伤害，而相对提 高了生产成本，更因释出大量的废气以产生严重的空气污染问题，进一步对环境造成莫大 的伤害。3.结束焙烧过程后，需再经浸出的步骤，将该焙烧所得的钠盐加水溶解，经一定时 间的搅拌下才能获得含铝原溶液，不仅造成浸出时的铝损失，更使得整个反应过程过于繁 杂而需耗费大量的时间。有鉴于上述缺点，该习知回收镍铝精矿制成三氧化二铝的方法确实仍有加以改善 的必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种回收镍铝精矿制成三氧化二铝之方法。本发明解决上述技术问题的技术方案是一种回收镍铝精矿制成三氧化二铝之方法，操作步骤如下1.加压碱浸泡将镍铝精矿浸泡于20 60克/升的强碱液中，碱液的重量是镍 铝精矿重量的0. 5 3倍，均勻混合成混合料，将混合料在压力为1 lOMpa、温度为150 400°C的条件下进行反应0. 5 5小时，得到铝酸盐粗液；2.过滤过滤铝酸盐粗液中之镍、钴精矿，得到铝酸盐溶液；3.纯化在铝酸盐溶液中添加除渣剂去除铝酸盐溶液中的钒、钼及硅渣，得到铝 酸盐精液；4.沉铝将铝酸盐精液进行沉铝得到氢氧化铝；5.锻烧将氢氧化铝进行锻烧得到干燥的三氧化二铝。上述步骤3.中的除渣剂是MXa组成之化合物，其中a为1或2，M是钙、镁、钡或锶； X是氧、氢氧根、氯或硫酸根。除渣剂的用量是铝酸盐溶液重量的0. 1 0. 3倍。上述步骤1.中的碱液包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锶、氢氧化钡、氢氧化钙或 氢氧化镁2碱性物质。本发明的有益效果是1.本发明回收镍铝精矿制成三氧化二铝的方法，是利用加压碱浸法回收铝酸盐精 液进而制成三氧化二铝，不仅省去焙烧过程所需消耗的成本及能源，更进一步减少焙烧废 气的排放，达到环境保护之功效。2.本发明回收镍铝精矿制成三氧化二铝的方法，利用加压碱浸法直接获得铝酸盐 精液，不仅省去繁琐的步骤，更以简单省时的制程获得铝的高回收率。3.本发明回收镍铝精矿制成三氧化二铝的方法，利用固态镍铝精矿与液态碱液相 接触，使二种物料之间接触效果较佳，因而获得较高的原料生成转化率。
图1是本发明流程示意图。图中加压碱浸步骤Si、过滤步骤S2、纯化步骤S3、沉铝步骤S4锻烧步骤S5。实施方式下面结合实施例和附图对本发明作详细说明。如图1所示，本发明回收镍铝精矿制成三氧化二铝的方法包含加压碱浸步骤Si、 过滤步骤S2、纯化步骤S3、沉铝步骤S4及锻烧步骤S5。如图1所示，本发明回收镍铝精矿制成三氧化二铝的方法的加压碱浸步骤Sl是对 镍铝精矿进行加压碱浸获得铝酸盐粗液。更详地说，本发明是将镍铝精矿进行研磨以初步 获得细小颗粒的镍铝精矿，使得该镍铝精矿有较好的接触表面积，接着，将该研磨后的镍铝 精矿浸泡于20 60克/升的碱液中，均勻混合获得混合料，将该混合料置入大于1大气压 的高压环境中进行反应，在本发明中，该压力较佳是选择为1 lOMPa，增加该镍铝精矿与 该碱液的反应效率。当该压力小于1大气压时，没有办法使该镍铝精矿所含的金属元素与 碱液充分产生反应。并且以温度150 400°C及反应时间0. 5 5小时的条件下进行碱浸， 待该镍铝精矿中的铝元素与碱液充分反应后，获得铝酸盐粗液。其中，该加压碱浸的过程是 利用加温至临界点时，使该碱液中所含的水分快速蒸发为气体，藉此产生蒸气压力，于该高 压环境并低于400°C的情况下，使得镍铝精矿中的金属元素能与该碱液产生作用，并使压力 与温度维持在恒定的状态下以进行反应，得到铝酸盐溶液。因此，本发明的反应不需在高于 800°C的情况下对金属元素与碱进行高温反应，便能于低温的情况下利用高压来达到良好 的反应效果。又，该加压碱浸步骤Sl中是利用该镍铝精矿与碱液相互混合，由于固体与液体的接触面积较为均勻，能够让该镍铝精矿充分与碱液产生作用，不会发生混合不勻而影 响原料转化率之问题。在本发明中，碱液是用水将碱粉进行溶解而取得，碱液较佳可以选择氢氧化钾 Κ0Η、氢氧化钠NaOH、氢氧化钡Ba(OH)2或氢氧化钙Ca(OH)2等强碱性物质。再依碱液的特 性进行浓度的调配，该碱液是以镍铝精矿重量的0. 5 3倍进行混合为较佳。当该碱液之 重量低于该镍铝精矿重量之0. 5倍时，由于该碱液含量的不足，使得该镍铝精矿中的铝无 法完全反应成铝酸盐，进而降低铝的回收率；反之，若该碱液之重量高于该镍铝精矿重量之 3倍时，虽不会改变该镍铝精矿的反应生成铝酸盐之过程，但该碱液的过量使用相对提高了 制程的成本。实施例11.如图1所示，加压碱浸泡步骤Sl 将镍铝精矿进行研磨成细小颗粒浸泡于镍铝精矿重量的0. 5倍的20克/升氢氧 化钠碱液中，均勻混合获得混合料，将该混合料置于加压釜中，以温度150°C、压力IMI^a及 反应时间5小时的条件下进行碱浸，待该镍铝精矿中的铝元素与碱液充分钠化后，获得铝 酸钠粗液。2Al+2Na0H+2H30 — 2NaA102+3H2[2]2.如图1所示，过滤步骤S2 过滤铝酸盐粗液中不与碱液反应的镍、钴精矿，获得铝酸盐溶液。更详地说，由该 加压碱浸步骤Si所得的铝酸盐粗液是包含有铝酸盐、钒酸盐、钼酸盐、硅酸盐以及不与碱 液反应的镍、钴精矿，因此，对该铝酸盐粗液进行过滤使镍、钴精矿被分离。本发明中，该过 滤步骤S2系可选择以板框过滤、袋滤式过滤或其它过滤方法。举例而言，本发明之第一实 施例系将上述该加压碱浸步骤Sl所取得的该铝酸钠粗液进行板框过滤，以分离出未与0. 5 倍氢氧化钠碱液作用的镍、钴精矿，以获得一铝酸钠溶液，将该铝酸钠溶液进行成分分析， 此时，铝的回收率可以到达84.5%。3.如1图所示，纯化步骤S3 在铝酸盐溶液中添加除渣剂去除铝酸盐溶液中的钒、钼及硅渣，获得铝酸盐精液。 更详地说，该过滤步骤S2仅初步进行固液分离，该铝酸盐溶液仍包含有微量的钒酸盐、钼 酸盐及硅酸盐，因此进一步对该铝酸盐溶液加除渣剂使残留之钒、钼及硅渣还原去除。于本 发明中，该除渣剂系为MXa组成之化合物，其中a系为1或2，M系选自钙、镁、钡或锶；X系选 自氧、氢氧根、氯或硫酸根。举例当MX组成化合物中，M为钙或镁，其中钙与镁同为带二价 负电之金属，X为氢或氢氧根，其中氢带有二个正电而氢氧根则仅带一个正电，故当形成MX 化合物为氧化钙或氧化镁时a为1，而当MX化合物为氢氧化钙或氢氧化镁时a为2。又，依 重量百分比计，该除渣剂是以铝酸盐溶液重量的0. 1 0. 3倍进行最用为较佳，最佳倍數為 0. 2，但在实际使用上并不以此为限，仍应以该杂质的多寡来决定该除渣剂之用量。举例将 上述步骤S2过滤的固液分离取得的铝酸钠溶液进行深度除杂，于铝酸钠溶液中添加除渣 剂氧化钙或氧化镁，去除铝酸钠溶液中不到1克/升的钒、钼及硅渣，获得铝酸钠精液。此 时，铝酸钠精液为反应生成三氧化二铝的含铝原料。4.如1图所示，沉铝步骤S4 将铝酸盐精液进行沉铝制程以获得氢氧化铝。更详地说，透过前述步骤取得的铝酸盐精液，其需透过沉铝制程进而生成制备三氧化二铝之原料。举例本发明是利用拜尔法 或通二氧化碳的方法，将铝酸钠精液进行沉铝制程，除去反应过程中生成之氢氧化钠而获 得氢氧化铝(见化学反应式幻。其中，该氢氧化钠是可以回收再利用于上述步骤中。又，上 述步骤S4沉铝中所使用之方法系为熟知该技术领域者可以轻易了解。A13+3A102+6H20 — 4A1 (OH) 3(3)5.如1图所示，锻烧步骤S5 对氢氧化铝进行锻烧至获得干燥之三氧化二铝。更详地说，将氢氧化铝于950 1200°C高温下进行缎烧取得α型三氧化二铝；另外，将氢氧化铝于140 150°C低温环境 下脱水取得Y型三氧化二铝；若将该Y型三氧化二铝持续加温至1200°C则会全部转变为 α型三氧化二铝。举例将氢氧化铝，于温度30(TC以下进行锻烧，使得该氢氧化铝产生脱 水反应以获得Y型三氧化二铝，再将其持续加温至1000°C以获得α型三氧化二铝(见化 学反应式4)。2Α1 (OH) 3 — A1203+3H20(4)实施例2和实施例3本发明实施例2和实施例3的回收镍铝精矿制成三氧化二铝之方法系包含加压碱 浸泡步骤Si、过滤步骤S2、纯化步骤S3、沉铝步骤S4及锻烧步骤S5。其中，过滤步骤S2、纯化步骤S3、沉铝步骤S4及锻烧步骤S5所使用之条件及方法 均与第一实施例所述相同，在此不再赘述。然而，在加压碱浸泡步骤Si中改变下述参数值 (请参照表格1)，以进一步获得不同的铝回收率，藉此制得高回收率之铝酸钠溶液，使得反 应生成三氧化二铝的过程具有较佳的效果。 表格改变参数值以改变铝之回收率
权利要求
1.一种回收镍铝精矿制成三氧化二铝之方法，其特征在于，操作步骤如下1)加压碱浸泡将镍铝精矿浸泡于20 60克/升碱液中，碱液的重量是镍铝精矿重 量的0. 5 3倍，均勻混合成混合料，将混合料在压力为1 lOMpa、温度为150 400°C的 条件下进行反应0. 5 5小时，得到铝酸盐粗液；2)过滤过滤铝酸盐粗液中之镍、钴精矿，得到铝酸盐溶液；3)纯化在铝酸盐溶液中添加除渣剂去除铝酸盐溶液中的钒、钼及硅渣，得到铝酸盐 精液；4)沉铝将铝酸盐精液进行沉铝得到氢氧化铝；5)锻烧将氢氧化铝进行锻烧得到干燥的三氧化二铝。
2.根据权利要求1所述的回收镍铝精矿制成三氧化二铝之方法，其特征在于，所述步 骤3)中的除渣剂是MXa组成之化合物，其中a为1或2，M是钙、镁、钡或锶；X是氧、氢氧根、 氯或硫酸根，除渣剂的用量是铝酸盐溶液重量的0. 1 0. 3倍。
3.根据权利要求1所述的回收镍铝精矿制成三氧化二铝之方法，其特征在于，所述步 骤1)中的碱液包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锶、氢氧化钡、氢氧化钙或氢氧化镁碱性物
全文摘要
本发明公开了一种回收镍铝精矿制成三氧化二铝之方法，包含1)加压碱浸泡、2)过滤、3)纯化、4)沉铝和5)锻烧得到干燥的三氧化二铝。本发明的有益效果是1.本发明不仅省去焙烧过程所需消耗的成本及能源，减少焙烧废气的排放，达到环境保护之功效。2.本发明方法工艺简单、省时、回收率高。
文档编号C22B3/12GK102146515SQ20111002137
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者刘永浩, 孙玉龙, 蔡明哲 申请人:虹京环保有限公司