专利名称：一种从高硅铝土矿中提取氧化铝的方法
技术领域：
本发明涉及湿法冶金领域轻金属铝的提取，具体是一种碱法处理铝土矿生产氧化铝的工艺。
背景技术：
用拜耳法处理铝土矿生产氧化铝具有一系列优点，其流程简单、作业方便。但是随着矿石铝硅比的降低，拜耳法生产氧化铝的经济效果明显恶化，因此要求拜耳法处理铝土矿的铝硅比(A/S)必须大于8。
我国铝土矿的特点是大部分属于高硅的一水硬铝石型，80％的铝土矿的铝硅比在5-8，不能经济地采用拜耳法处理。
申请专利20041004691为有效处理高硅铝土矿，提出了“对称拜耳法”。它不像传统拜耳法使用低浓度苛性氧化钠溶液，而是使用高浓度溶液溶出铝土矿，溶出完成后，溶液中苛性氧化钠的浓度大于溶出温度下氧化铝水合物(铝土矿)与铝酸钠(或铝酸钠水合物)共同热力学平衡时的苛性氧化钠的浓度。这样，溶出时体系中的平衡由传统拜耳法的铝土矿与铝酸钠溶液之间的平衡转化为铝酸钠溶液与铝酸钠晶体间的溶解—结晶平衡。因此，无论三水铝石、一水软铝石还是一水硬铝石都将不能稳定存在。
图1描述了对称拜耳法处理铝土矿的循环过程。我们从图1上注意到，A点的苛性比和Na2O浓度恰好符合高压水化学法的溶液要求。
它与传统拜耳法不同，用来溶出铝土矿的铝酸钠溶液(即循环母液)中Na2O的浓度较高，相当于图1中A点。它对铝酸钠是饱和的，但因热力学原因仍具有溶解铝土矿的能力。随着温度升高，溶液对铝的溶解能力逐渐加大。如果体系中存在铝酸钠晶体，则将会溶解。与此同时，铝土矿液不断溶出，体系的组成点逐渐上升，最终达到铝酸钠溶解度等温线的交点B。到达B点后，体系虽又重新对铝酸钠饱和，但依然可以溶出铝土矿。随着铝土矿被溶出进入溶液，溶液变得过饱和而不断析出铝酸钠晶体。相应液相组成点逐渐变化至C点。ABC线称为溶出线。为了从中析出氢氧化铝，向溶液中加入赤泥洗液进行稀释，溶液中的铝酸钠晶体得到溶解，溶液成分由C点沿铝酸钠的溶解度曲线变化到D点。随着稀释过程的进行，再进一步沿等分子比线变化到E点。CDE线称作稀释线。分离赤泥后，降低温度，溶液的过饱和度进一步提高。加入氢氧化铝晶种便发生分解反应析出氢氧化铝。分解过程中溶液组成沿着E点与Al2O3·3H2O组成点的联线变化。若冷却到30℃，种分母液的成分可以达到联线与30℃等温线的交点。而实际是在此前的F点溶液依然过饱和时结束的。EF联线称作分解线。组成为F点的种分母液通过蒸发浓缩，溶液组成沿等分子比线变化到G点。进一步蒸发，又可以回到A点。FGA联线为蒸发线。到达A点后，溶液中会产生铝酸钠结晶。
我们从图1上注意到，A点的苛性比和Na2O浓度恰好符合高压水化学法的溶液要求。
由此，若将对称拜耳法与高压水化学法组合起来，则可以利用对称拜耳法直接处理高硅铝土矿提取大部分的氧化铝。再采用高压水化学法处理赤泥，回收其中被SiO2结合的Al2O3。得到的溶液不必再加处理，直接送对称拜耳法用于溶出下一批铝土矿。而所生成的水合硅酸钠钙可通过水解回收其中的结合碱。
对称拜耳法的说明书中认为到达A点后溶液中产生的铝酸钠结晶可以通过离心分离出来，在下一周期溶出液稀释时并入系统。也可以不加分离，直接用于溶出铝土矿。这对于单纯的对称拜耳法是可以的，如果要用这样的溶液通过高压水化学法处理赤泥的话，则应分离铝酸钠结晶。否则就会在升高温度后因Al2O3的溶解度增大而逐渐溶解造成溶液苛性比下降，使水化学法失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种从高硅铝土矿中提取氧化铝的方法，用于处理我国高硅铝土矿，特别是铝硅比在5-8的铝土矿。
本发明的技术方案受“对称拜尔法”的启发，将对称拜耳法与高压水化学法组合起来，利用对称拜耳法直接处理高硅铝土矿，提取氧化铝；再采用高压水化学法处理赤泥，回收其中被SiO2结合的Al2O3，得到的溶液不必再加处理，直接送对称拜耳法处理，溶出下一批铝土矿；而所生成的水合硅酸钠钙通过水解，回收其中的结合碱。称为“对称拜耳—高压水化学法”。
如图2所示它由左侧的对称拜耳法和右侧的高压水化学法两个独立又相互关联的子流程构成，高硅铝土矿按对称拜耳法的工艺溶出，所用溶液来自水化学法；溶出矿浆经稀释、沉降、分离、洗涤，得到铝酸钠溶液和赤泥；溶液中再加入来自水化学法工序的水合铝酸钠，进一步加入晶种，分解得氢氧化铝沉淀；经洗涤、焙烧得氧化铝产品；而种分母液经过蒸发，冷却后析出水合铝酸钠晶体，通过离心分离固体铝酸钠得到高苛性比溶液；溶液送水化学法工序，加入石灰处理对称拜耳法工艺中的赤泥以提取其中的氧化铝；处理后离心分离二次赤泥并洗涤，其中硅主要以水合硅酸钠钙的形式存在；经水解回收碱得到稀碱液，可以返回对称拜耳法的稀释、洗涤工序，溶出新一批铝土矿；控制工艺参数对拜耳法的工作温度为100-250℃，高压水化学法的工作温度为200-300℃；石灰可以在对称拜耳法系统加入，也可以在高压水化学法系统加入，其添加量为SiO2摩尔数的1-3倍。
本发明与现有的处理高硅铝土矿的方法相比，显著的效果是能够在低的碱循环量和低的能耗下，实现高硅铝土矿的有效分解，理论上可以提取全部的氧化铝，没有碱的损失。适合处理铝硅比为2-10的铝土矿；适合于处理高硅的一水硬铝石、一水软铝石和三水铝石型铝土矿，以及一水硬铝石、一水软铝石和三水铝石中两者或三者的混合型高硅铝土矿。
图1是对称拜耳法循环的工作原理图；图2是对称拜耳—水化学法联合工艺流程示意图。
具体实施例方式下面结合实施例作进一步说明。
实施例1.铝土矿含Al2O366.85％，SiO28.01％，Fe2O36.10％，CaO 0.80％，TiO23.30％，灼减13.97％，主要含铝矿物成分为一水硬铝石。
溶出反应器中加入NaOH 93g，Na2O·Al2O3·2.5H2O 27g，水95ml，配成模拟的高压水化学溶出液。处理100g铝土矿，并添加4g CaO。在175-186℃溶出60分钟后出料。赤泥经过滤、洗涤、烘干后分析，含Al2O316.56％，SiO213.06％，折合相对溶出率96.35％。
溶出反应器中加入NaOH 100g，Na2O·Al2O3·2.5H2O 10g，水100ml，配成模拟溶液(相当于种分母液经蒸发后，分离出水合铝酸钠结晶所得溶液)。再加入CaO 16g，在260-270℃处理前面得到的赤泥60分钟后，出料。分析得充分洗、涤烘干的二次赤泥含Al2O32.01％，SiO210.68％，Na2O 0.75％，说明高压水化学法得到的二次赤泥中的水合硅酸钠钙已经在洗涤过程中水解了。
实施例2.铝土矿含Al2O345.61％，SiO212.10％，Fe2O344.83％，CaO 2.78％，TiO22.71％，灼减10.90％，主要含铝矿物成分为一水硬铝石，还含有部分一水软铝石。
溶出反应器中加入NaOH 93g，Na2O·Al2O3·2.5H2O 30g，水90ml，配成模拟的高压水化学溶出液。处理100g铝土矿，并添加10g CaO。在150-175℃溶出75分钟后出料。赤泥经过滤、洗涤、烘干后分析，含Al2O313.81％，SiO213.06％，折合相对溶出率97.95％。
溶出反应器中加入NaOH 100g，Na2O·Al2O3·2.5H2O 10g，水90ml，配成模拟溶液(相当于种分母液经蒸发后，分离出水合铝酸钠结晶所得溶液)。再加入CaO 20g，在275-287℃处理前面得到的赤泥60分钟后，出料。分析得充分洗涤、烘干的二次赤泥含Al2O32.56％，SiO212.25％，Na2O 0.49％。
权利要求
1.一种从高硅铝土矿中提取氧化铝的方法，将对称拜耳法与高压水化学法组合起来，利用对称拜耳法直接处理高硅铝土矿，提取氧化铝；再采用高压水化学法处理赤泥，回收其中被SiO2结合的Al2O3，得到的溶液不必再加处理，直接送对称拜耳法处理，溶出下一批铝土矿；而所生成的水合硅酸钠钙通过水解，回收其中的结合碱，其特征在于它由对称拜耳法和高压水化学法两个独立又相互关联的子流程构成；高硅铝土矿按对称拜耳法的工艺溶出，所用溶液来自水化学法；溶出矿浆经稀释、沉降、分离、洗涤，得到铝酸钠溶液和赤泥；溶液中再加入来自水化学法工序的水合铝酸钠结晶，溶液脱硅后进一步加入晶种，分解得氢氧化铝沉淀；经洗涤、焙烧得氧化铝产品；而种分母液经过蒸发，冷却后析出水合铝酸钠晶体，通过离心分离固体铝酸钠得到高苛性比溶液；溶液送水化学法工序，加入石灰处理对来自称拜耳法工艺中的赤泥以提取其中的氧化铝；处理后离心分离二次赤泥并洗涤，其中硅主要以水合硅酸钠钙的形式存在；经水解回收碱得到稀碱液，可以返回对称拜耳法的稀释、洗涤工序，溶出新一批铝土矿；控制工艺参数对称拜耳法的工作温度为100-250℃，高压水化学法的工作温度为200-300℃；石灰可以在对称拜耳法系统加入，也可以在高压水化学法系统加入，其添加量为SiO2摩尔数的1-3倍。
2.根据权利要求1所述的从高硅铝土矿中提取氧化铝的方法，其特征在于将铝土矿含Al2O366.85％，SiO28.01％，Fe2O36.10％，CaO 0.80％，TiO23.30％，灼减13.97％，的一水硬铝石置于溶出反应器中；加入NaOH 93g，Na2O·Al2O3·2.5H2O 27g，水95ml，配成模拟的高压水化学溶出液；处理100g铝土矿，并添加4g CaO。在175-186℃溶出60分钟后出料；加入NaOH 100g，Na2O·Al2O3·2.5H2O 10g，水100ml，配成模拟溶液；再加入CaO 16g，在260-270℃处理赤泥，60分钟后，出料。
3.根据权利要求1所述的从高硅铝土矿中提取氧化铝的方法，其特征在于将含Al2O345.61％，SiO212.10％，Fe2O344.83％，CaO 2.78％，TiO22.71％，灼减10.90％的铝土矿置于溶出反应器中；加入NaOH 93g，Na2O·Al2O3·2.5H2O 30g，水90ml，配成模拟的高压水化学溶出液；处理100g铝土矿，并添加10g CaO，在150-175℃溶出，75分钟后出料；赤泥经过滤、洗涤、烘干后分析；加入NaOH 100g，Na2O·Al2O3·2.5H2O 10g，水90ml，配成模拟溶液；再加入CaO 20g，在275-287℃处理赤泥；60分钟后，出料；经过滤、洗涤、烘干后分析。
全文摘要
本发明涉及湿法冶金领域轻金属铝的提取，具体是一种碱法处理铝土矿生产氧化铝的工艺。其特征是将对称拜耳法与高压水化学法组合起来，利用对称拜耳法直接处理高硅铝土矿，提取氧化铝；再采用高压水化学法处理赤泥，回收其中被SiO
文档编号C01F7/20GK1807251SQ20051003117
公开日2006年7月26日 申请日期2005年1月21日 优先权日2005年1月21日
发明者赵中伟 申请人:中南大学