专利名称：利用高岭岩(土)生产超纯氧化铝的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用高岭土和煤系高岭岩(土)、尤其是利用高铁钛高岭土、煤系高岭岩(土)以及煤矸石山作为原料生产纯度大于99.9％的超纯氧化铝产品的工艺。
现有的超纯氧化铝生产原料一般采用高铝矿石如铝矾土以及金属铝进行生产，国外采用的方法有改良的拜耳法、有机铝法、碳酸铝铵法、铵明矾热解法等。国内采用的方法主要为铵明矾热解法，该工艺适合于小规模进行生产，占地面积大，人员劳动强度大，操作环境差，工艺流程长，对原料的要求高。
煤系高岭岩(土)在我国储量较大，虽然其中不乏优质的矿石，但铁钛杂质含量高的矿石储量更大，尤其以煤矿固体废弃物—煤矸石山的形式存在的煤系高岭岩(土)，其大多数或绝大多数都是杂质含量高的矿石，这部分固体废弃物(矸石山)的利用是净化矿区环境，保持矿区可持续发展的重要因素。
以高岭土和煤系高岭岩(土)为原料生产超纯氧化铝的方法王海舟曾经申报过专利一种氧化铝的方法(专利号91111359.2)，该法是原料预先焙烧脱水后与硫酸铵烧结，用稀硫酸浸取，将矾液与氨气中和，水合物煅烧得氧化铝产品。酸析法氧化铝工艺(专利号1083023)，该法是将焙烧脱水后的矿物、硫酸氢铵加入硫酸、硫酸铵溶液浸取得铵明矾，通入氯化氢气体析出结晶氯化铝，热解后得氧化铝。盐析法生产氧化铝(专利号1126177)，该方法是用生产流程中返回的盐酸溶液浸取后得氯化铝浸出液，在浸出液中加入热解结晶氯化铝和一段蒸馏时脱出的氯化氢气体进行盐析，盐析可进行多次，最终可得普通粒度氧化铝和亚微米级氧化铝。李伯勋申请专利盐酸联碱法生产氧化铝工艺(专利号1065255)该法是盐酸浸取焙烧土后分离出碱式铝盐，蒸浓、焙烧后的氧化铝溶于氢氧化钠生成偏铝酸钠，加氢氧化铝晶种得氢氧化铝晶体，煅烧后得冶炼氧化铝。王萍的专利纳米级氧化铝的生产工艺(专利号1146973)利用高岭土或氢氧化铝采用盐析法的生产工艺制得精制氯化铝和氧化铝凝胶，煅烧氧化铝凝胶得氧化铝。
以上这些方法对原料的要求都相当高或比较高，对于杂质含量较高尤其是铁钛等杂质含量比较高的原料，其生产成本过高，致使无法生产。此外，盐析法的环境污染较为严重，酸雾过大，达到超纯氧化铝的要求需要多次盐析，工艺流程过长。
本发明的目的是提供一种操作方便、生产成本低廉且无环境污染，适合使用高岭土、煤系高岭岩(土)尤其对杂质含量高的原料大规模生产超纯氧化铝的工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下利用高岭岩(土)生产超纯氧化铝的工艺，其特殊之处在于上述生产工艺按以下的几个步骤进行(a)将原料煅烧、活化后与酸反应生成铝盐液体，经过滤，排除硅渣，(b)铝盐液体加入碱形成铝酸盐，有效的分离了Fe、Ti等杂质离子，(c)铝酸盐加酸形成铝的水化物，铝的水化物经干燥、洗涤，达到一次性剔除碱离子，(d)将铝的水化物脱水，煅烧、打散后，即成超纯氧化铝。
上述(c)步骤的干燥过程中，有效的提高了铝的水化物的比表面积，其干燥温度为450℃-950℃，干燥时间不小于120分钟；最佳的干燥温度为650℃-850℃，干燥时间为100分钟。
上述(b)步骤铝盐液体加入碱形成铝酸盐的过程中，其反应时间为120-240分钟，可控制杂质沉淀物的粒度，再经深层过滤和微细过滤，有效的分离这些杂质。
上述(a)步骤中将原料经过粉碎以后，原料粒度达到60-80目，采用动态悬浮煅烧窑炉在750-800℃的条件下悬浮煅烧10秒钟。
下面结合附图和具体实施例详细说明
图1为高岭土、高岭岩(土)生产超纯氧化铝工艺示意图本发明生产超纯氧化铝的工艺是这样实现的，高岭土、煤系高岭土经过粉碎以后，原料粒度达到60-100目左右，这种粉体采用动态悬浮煅烧窑炉在750-800℃的条件下悬浮下煅烧10秒钟左右，使原料的化学活性达到最高，Al2O3的浸出率达到90％以上；煅烧以后的物料与酸反应生成铝盐液体，液体经过滤后排除硅渣，硅渣可作为生产白碳黑的原料进行进一步加工。铝盐液体再与碱反应生成铝酸盐，这时铝全部以液体的形式存在，而杂质Fe、Ti等则形成了易沉淀的水化物，经固液分离后与铝酸盐完全分离，对于原料铁含量较高的矿石，杂质可以作为生产氧化铁红的原料进行进一步加工。剔除杂质后纯净的铝酸盐经中和形成铝的水化物，然后经洗涤达到一定的纯度后进行脱水、干燥以及煅烧、打散即为氧化铝含量大于99.9％，粒度小于10μm的超纯氧化铝产品，(见附图)。
该发明的在形成铝酸盐过程中，使杂质以水化物的形式沉淀下来，形成易沉淀的物质，控制沉淀物的粒度，可以有效的分离Fe、Ti等沉淀杂质物质，沉淀下来的杂质物质经过滤达到完全剔除的目的。经该方法处理的产品中Fe、Ti、Ca、Mg杂质的总量可以降低到0.02％以下。
表1为杂质检测结果表
当铁钛等杂质剔除以后，铝酸盐转化成铝的水化物，铝的水化物中碱离子的含量较高，采用一般的方法难以剔除到超纯氧化铝产品要求的纯度。
该发明通过各种测试手段查清了碱离子在铝的水化物中的赋存状态，研究和测试发现，碱离子在铝的水化物中的赋存状态有三种，其一为吸附碱，约占碱离子总量的45-50％，其二为晶间碱，约占碱离子总量的48％，其三为结晶碱，约占碱离子总量的3-5％，一般的洗涤仅对吸附碱有作用，洗涤后仅可将碱的含量降到0.3％左右，而对后两种形式存在的碱，普通的洗涤是没有效果的。
试验、研究总结出一种有效剔除吸附碱和晶间碱的洗涤方法，这种方法是将铝的水化物在干燥温度为450℃-950℃，干燥时间不小于120分钟条件下干燥，尽可能的增加物料的比表面积，使赋存与氧化铝凝胶中的碱离子完全暴露，然后再经洗涤，达到一次性剔除吸附碱和晶间碱的目的，经这种方法洗涤后的产品中碱的含量可降到0.03-0.02％以下。
表2为Al(OH)3中钠离子的洗涤效果
实施例1原矿 Al2O338.36％；原料粒度 60-80目；煅烧温度 750-800℃；煅烧时间 12秒酸浸条件 常压；精细过滤条件 ＜2μm颗粒穿滤率小于2％；干燥温度 450-950℃；干燥时间 ＜120分钟；煅烧温度 ＞1300℃；产品纯度 Al2O3＞99.90％；产品粒度 ＜10μm含量大于98％。
实施例2原 矿 Al2O333.28％；Fe2O33.18％；TiO21.29％；CaO0.20％；MgO0.12％；原料粒度 60-80目；煅烧温度 750-800℃；煅烧时间 10秒酸浸条件 常压；精细过滤条件 ＜2μm颗粒穿滤率小于2％；
干燥温度 650-850℃；干燥时间 ＜120分钟；煅烧温度 ＞1300℃；产品纯度 Al2O3＞99.90％；产品粒度 ＜10μm含量大于98％。
实施例3原矿 Al2O329.56％；Fe2O39.37％；TiO21.06％；CaO0.12％；MgO0.11％；原料粒度 60-80目；煅烧温度 750-800℃；煅烧时间 13秒酸浸条件 常压；精细过滤条件 ＜2μm颗粒穿滤率小于2％；干燥温度 800℃；干燥时间 100分钟；煅烧温度 ＞1300℃；产品纯度 Al2O3＞99.90％；产品粒度 ＜10μm含量大于98％。
同时生产副产品氧化铁红本发明的生产工艺无须对原矿进行专门的除杂处理，因而大大降低了生产成本，简化了生产工艺，减少了环境污染，使这些杂质在生产工艺过程中自然排除。本发明的另一个优点为，其适合于高杂质尤其是铁钛含量高的矿石如铁钛含量较高的高岭土、煤系高岭岩(土)及矸石山等固体废弃物的处理，而产品的生产成本与杂质的含量无明显关系。
权利要求
1.利用高岭岩(土)生产超纯氧化铝的工艺，其特征在于上述生产工艺按以下的几个步骤进行(a)将原料粉碎、煅烧、活化后与酸反应生成铝盐液体，经过滤，排除硅渣，(b)铝盐液体加入碱形成铝酸盐，有效的分离了Fe、Ti等杂质离子，(c)铝酸盐加酸形成铝的水化物，铝的水化物经干燥、洗涤，达到一次性剔除碱离子，(d)将铝的水化物脱水，煅烧、打散后，即成超纯氧化铝。
2.根据权利要求1所述的利用高岭岩(土)生产超纯氧化铝的工艺，其特征在于上述(c)步骤的干燥过程中，有效的提高了铝的水化物的比表面积，其干燥温度为450℃-950℃，干燥时间不小于120分钟；最佳的干燥温度为650℃-850℃，干燥时间为100分钟。
3.根据权利要求1或2所述的利用高岭岩(土)生产超纯氧化铝的工艺，其特征在于上述(b)步骤铝盐液体加入碱形成铝酸盐的过程中，其反应时间为120-240分钟，可控制杂质沉淀物的粒度，再经深层过滤和微细过滤，有效的分离这些杂质。
4.根据权利要求3所述的利用高岭岩(土)生产超纯氧化铝的工艺，其特征在于上述(a)步骤中将原料经过粉碎以后，原料粒度达到60-80目，采用动态悬浮煅烧窑炉在750-800℃的条件下悬浮煅烧10秒钟。
全文摘要
本发明公开了一种利用高岭土、煤系高岭岩(土)作为原料生产超纯氧化铝的一种工艺。本发明是将高岭岩(土)熟料与酸反应生产铝盐,铝盐加碱形成铝酸盐,有效的分离了Fe、Ti等杂质,然后加酸形成铝的水化物,铝的水化物经干燥、洗涤后,一次性剔除产品中碱离子,此工艺生产的Al
文档编号C01F7/02GK1334240SQ0011387
公开日2002年2月6日 申请日期2000年7月14日 优先权日2000年7月14日
发明者任忠胜, 张培元, 李育辉 申请人:任忠胜