本发明属于化合物制备和工业废物回收利用技术领域，特别是涉及一种铝灰渣为原料制备氧化铝的方法。
背景技术：
我国是世界上金属铝产量最大的国家，仅2015年原铝产量就达到3141万吨。一般每生产一吨铝要产生30～50Kg铝灰渣，其主要成分为金属(Al、Fe、Ca、Mg等)、氧化铝、二氧化硅、氮化物、碳化物等，其中含量最多的铝和氧化铝可达10～80％。随着我国金属铝及铝合金的生产规模不断扩大，铝灰渣的产生量也出现急剧增长。由于铝灰渣属于有毒有害物质，目前的直接填埋法对环境造成巨大危害。因此，寻找高效利用和治理铝灰渣的经济有效方法，实现铝二次资源的有效循环利用对铝工业的可持续发展和环境保护有着重要的意义。
氧化铝是一种无机化合物，分子式为Al2O3，具有硬度高、韧性好、耐高温等优点，在各种领域都有着广泛应用。如可用作研磨砂轮材料以及航天航空、兵器、电子、特种陶瓷等尖端材料的原料。
目前，从铝灰渣中提取氧化铝的方法主要有直接酸浸法、碱石灰烧结法、酸碱结合法等。中国发明专利(CN103204526A)公开了一种制备氧化铝溶胶的方法，在该发明中用盐酸酸浸铝灰渣后过滤，然后在过滤后的滤液中加入氨水和助剂，调节pH值再陈化得到氧化铝溶胶，该工艺最终产物为氧化铝溶胶胶体。中国发明专利(CN103060566A)公开了一种从铝灰中回收氧化铝和氯盐、氟盐的方法，在该发明中将出炉的铝灰在700～850℃进行铝灰复炼，使铝和熔渣分层，再将熔渣研磨并用水浸出，过滤得到的滤渣便为氧化铝，该工艺未考虑既存氧化物的除杂。中国发明专利(CN103172094A)公开了一种环保利用废铝灰渣和废酸的方法，该发明将废铝灰和废酸进行水浴加热后过滤，并在过滤后的滤液中加入氢氧化钠溶液调节pH值至12，然后静置抽滤，得到含铝滤液和含铁滤渣，再用盐酸调节含铝滤液pH至8～9，过滤得到氢氧化铝沉淀，最后煅烧氢氧化铝沉淀得到氧化铝。该工艺主要以氢氧化亚铁的形式除去铝灰中的铁，由于氢氧化亚铁的溶解度较大且为絮状不稳定沉淀，因此含铝滤液中会残留一定的铁杂质。并且该工艺在含铝滤液中加盐酸生成Al(OH)3沉淀，但无法准确控制滤液中铝的反应程度，会造成反应不完全或生成物Al(OH)3沉淀被过量的盐酸继续溶解，导致Al2O3回收率降低。
综上，随着我国社会经济的发展，铝生产规模不断扩大，产生的铝灰渣越来越多，由于我国铝矿产资源缺乏、铝灰渣中铝含量可观和铝灰渣属于有毒有害物质，直接废弃，将会破坏环境、氧化铝有许多重要的用途等一系列因素，因此研究从铝灰渣中提取氧化铝的工艺具有很大的经济意义和社会意义。
技术实现要素：
本发明针对铝灰渣制备氧化铝时存在污染大、物耗能耗高、氧化铝提取率低等问题，提出了一种铝灰渣制备氧化铝的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
先将铝灰渣洗涤除盐、干燥并筛分后的粉料用稀硫酸酸浸，得到酸浸液，在酸浸液中分别加入双氧水和NaOH溶液来氧化酸浸液中的Fe2+和调节酸浸液的pH值；然后，进行固液分离获得NaAlO2滤液；接下来，在NaAlO2滤液中通入过量的CO2并过滤获得氢氧化铝沉淀和弱酸液；最后，煅烧过滤后所得的氢氧化铝沉淀，得到氧化铝。
进一步地，所述方法具体包括以下步骤：
(1)将铝灰渣水洗除盐、干燥并筛分，得到一定粒度大小的铝灰渣粉料；
(2)酸浸：将铝灰渣粉料加入适量的稀硫酸中后在加热条件下搅拌一段时间，然后进行固液分离，得到滤渣A和酸浸液；
(3)在酸浸液中，分别加入适量的双氧水和NaOH溶液来氧化酸浸液中的Fe2+和调节酸浸液的pH值，静置一段时间后，通过过滤来进行固液分离，得到NaAlO2滤液和滤渣B；
(4)在NaAlO2滤液中，通入过量的CO2，过滤，得到氢氧化铝沉淀和弱酸液；
(5)将氢氧化铝沉淀进行高温煅烧，得到氧化铝。
进一步地，所述步骤(1)中，铝灰渣的水洗时间可以为1～8h，优选为3～7h；水洗温度可以为25～120℃，优选为80～120℃；干燥温度可以为25～120℃，优选为60～120℃；干燥时间为1～5h，优选为1～4h；筛分粒度大小为20～100目。
进一步地，所述步骤(2)中，所用的稀硫酸浓度为15～40wt％(质量分数)，优选为20～30wt％的硫酸溶液；酸渣质量比(稀硫酸:铝灰渣粉料)为2:1～7:1，优选为2:1～6:1；酸浸温度(即加热温度)为25～100℃，优选为60～100℃；酸浸时间(即搅拌时间)为20～120min，优选为60～120min。
进一步地，所述步骤(3)中，静置时间为20～120min，优选为30～80min；静置温度为25～60℃，优选为25～40℃；双氧水浓度(体积分数)为10～30％，双氧水:酸浸液的体积比为1:40～1:20；NaOH溶液浓度为10～30wt％，调节pH值至8～10。
进一步地，所述步骤(4)中，通入过量CO2并过滤，在得到的弱酸液中再通入CO2后没有Al(OH)3沉淀，即确定NaAlO2完全转化为Al(OH)3沉淀。
进一步地，所述步骤(5)中，高温煅烧氢氧化铝的温度为400～1200℃，煅烧时间为20～150min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)回收的氧化铝纯度高：进行水洗预处理，稀酸酸浸后再加入双氧水和NaOH溶液等工艺能更加有效的除去铝灰渣中的盐类、金属氧化物、氧化硅等杂质。(2)氧化铝提取率高：用稀酸酸浸能有效的溶解铝，并且通过通入CO2在NaAlO2溶液中加入过量的弱酸，能防止氢氧化铝溶解，避免了氢氧化铝的损失。(3)可操作性强：原料成本低且易得，步骤简明，环保无污染，也无需利用复杂、昂贵设备即可实施，适合于工业化生产。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明利用铝灰渣制备氧化铝的流程如图1所示，先将铝灰渣洗涤除盐、干燥并筛分后的粉料用稀硫酸酸浸，得到滤渣A和酸浸液，在酸浸液中分别加入双氧水和NaOH溶液来氧化酸浸液中的Fe2+和调节酸浸液的pH值；然后，进行固液分离获得滤渣B和NaAlO2滤液(滤液主要含有NaAlO2)；接下来，在NaAlO2滤液中通入过量的CO2并过滤获得氢氧化铝沉淀和弱酸液；最后，煅烧过滤后所得的氢氧化铝沉淀，得到氧化铝。具体过程参见以下实施例，其中铝灰渣为电解铝或铸造铝生产工艺中产生的熔渣经冷却后的产物，为低品位铝灰渣。
实施例1
步骤(1)：将铝灰渣用去离子水洗涤除盐、干燥并筛分，得到一定粒度大小的铝灰渣粉料；其中，洗涤、干燥条件为：洗涤时间7h，洗涤温度80℃，干燥温度60℃，干燥时间4h；筛分条件为20目。
步骤(2)：将铝灰渣粉料加入适量的稀硫酸中，加热条件下搅拌一段时间后，通过过滤进行固液分离，得到酸浸液；其中，酸浸条件为：稀硫酸浓度30wt％，酸渣质量比2:1，酸浸温度60℃，酸浸时间120min。
步骤(3)：在酸浸液中，分别加入适量的双氧水和NaOH溶液来氧化酸浸液中的Fe2+和调节酸浸液的pH值至10后静置，静置一段时间后，通过过滤来进行固液分离，得到NaAlO2滤液；其中，静置时间80min，静置温度25℃，双氧水浓度30％，双氧水:酸浸液的体积比为1:40，NaOH溶液浓度30wt％。
步骤(4)：在NaAlO2滤液中，持续通入CO2，反应一段时间后过滤，得到氢氧化铝沉淀和弱酸液；确认弱酸液中再通入CO2后没有Al(OH)3沉淀，即确定NaAlO2完全转化为Al(OH)3沉淀。
步骤(5)：将氢氧化铝沉淀进行高温煅烧，得到氧化铝；其中，煅烧温度1200℃，煅烧时间20min。
实施例2
步骤(1)：将铝灰渣用去离子水洗涤除盐、干燥并筛分，得到一定粒度大小的铝灰渣粉料；其中，洗涤、干燥条件为：洗涤时间6h，洗涤温度90℃，干燥温度70℃，干燥时间4h；筛分条件为20目。
步骤(2)：将铝灰渣粉料加入适量的稀硫酸中，加热条件下搅拌一段时间后，通过过滤进行固液分离，得到酸浸液；其中，酸浸条件为：稀硫酸浓度30wt％，酸渣质量比3:1，酸浸温度70℃，酸浸时间110min。
步骤(3)：在酸浸液中，分别加入适量的双氧水和NaOH溶液来氧化酸浸液中的Fe2+和调节酸浸液的pH值至9后静置，静置一段时间后，通过过滤来进行固液分离，得到NaAlO2滤液；其中，静置时间70min，静置温度25℃，双氧水浓度25％，双氧水:酸浸液的体积比为1:35，NaOH溶液浓度25wt％。
步骤(4)：在NaAlO2滤液中，持续通入CO2，反应一段时间后过滤，得到氢氧化铝沉淀和弱酸液；确认弱酸液中再通入CO2后没有Al(OH)3沉淀，即确定NaAlO2完全转化为Al(OH)3沉淀。
步骤(5)：将氢氧化铝沉淀进行高温煅烧，得到氧化铝；其中，煅烧温度1100℃，煅烧时间50min。
实施例3
步骤(1)：将铝灰渣用去离子水洗涤除盐、干燥并筛分，得到一定粒度大小的铝灰渣粉料；其中，洗涤、干燥条件为：洗涤时间6h，洗涤温度100℃，干燥温度80℃，干燥时间3h；筛分条件为60目。
步骤(2)：将铝灰渣粉料加入适量的稀硫酸中，加热条件下搅拌一段时间后，通过过滤进行固液分离，得到酸浸液；其中，酸浸条件为：稀硫酸浓度25wt％，酸渣质量比4:1，酸浸温度80℃，酸浸时间100min。
步骤(3)：在酸浸液中，分别加入适量的双氧水和NaOH溶液来氧化酸浸液中的Fe2+和调节酸浸液的pH值至9后静置，静置一段时间后，通过过滤来进行固液分离，得到NaAlO2滤液；其中，静置时间60min，静置温度30℃，双氧水浓度25％，双氧水:酸浸液的体积比为1:30，NaOH溶液浓度25wt％。
步骤(4)：在NaAlO2滤液中，持续通入CO2，反应一段时间后过滤，得到氢氧化铝沉淀和弱酸液；确认弱酸液中再通入CO2后没有Al(OH)3沉淀，即确定NaAlO2完全转化为Al(OH)3沉淀。
步骤(5)：将氢氧化铝沉淀进行高温煅烧，得到氧化铝；其中，煅烧温度1000℃，煅烧时间80min。
实施例4
步骤(1)：将铝灰渣用去离子水洗涤除盐、干燥并筛分，得到一定粒度大小的铝灰渣粉料；其中，洗涤、干燥条件为：洗涤时间5h，洗涤温度100℃，干燥温度90℃，干燥时间3h；筛分条件为60目。
步骤(2)：将铝灰渣粉料加入适量的稀硫酸中，加热条件下搅拌一段时间后，通过过滤进行固液分离，得到酸浸液；其中，酸浸条件为：稀硫酸浓度25wt％，酸渣质量比4:1，酸浸温度80℃，酸浸时间90min。
步骤(3)：在酸浸液中，分别加入适量的双氧水和NaOH溶液来氧化酸浸液中的Fe2+和调节酸浸液的pH值至9后静置，静置一段时间后，通过过滤来进行固液分离，得到NaAlO2滤液；其中，静置时间50min，静置温度35℃，双氧水浓度20％，双氧水:酸浸液的体积比为1:25，NaOH溶液浓度20wt％。
步骤(4)：在NaAlO2滤液中，持续通入CO2，反应一段时间后过滤，得到氢氧化铝沉淀和弱酸液；确认弱酸液中再通入CO2后没有Al(OH)3沉淀，即确定NaAlO2完全转化为Al(OH)3沉淀。
步骤(5)：将氢氧化铝沉淀进行高温煅烧，得到氧化铝；其中，煅烧温度800℃，煅烧时间100min。
实施例5
步骤(1)：将铝灰渣用去离子水洗涤除盐、干燥并筛分，得到一定粒度大小的铝灰渣粉料；其中，洗涤、干燥条件为：洗涤时间4h，洗涤温度120℃，干燥温度100℃，干燥时间2h；筛分条件为80目。
步骤(2)：将铝灰渣粉料加入适量的稀硫酸中，加热条件下搅拌一段时间后，通过过滤进行固液分离，得到酸浸液；其中，酸浸条件为：稀硫酸浓度20wt％，酸渣质量比5:1，酸浸温度90℃，酸浸时间80min。
步骤(3)：在酸浸液中，分别加入适量的双氧水和NaOH溶液来氧化酸浸液中的Fe2+和调节酸浸液的pH值至8.5后静置，静置一段时间后，通过过滤来进行固液分离，得到NaAlO2滤液；其中，静置时间40min，静置温度35℃，双氧水浓度15％，双氧水:酸浸液的体积比为1:22，NaOH溶液浓度15wt％。
步骤(4)：在NaAlO2滤液中，持续通入CO2，反应一段时间后过滤，得到氢氧化铝沉淀和弱酸液；确认弱酸液中再通入CO2后没有Al(OH)3沉淀，即确定NaAlO2完全转化为Al(OH)3沉淀。
步骤(5)：将氢氧化铝沉淀进行高温煅烧，得到氧化铝；其中，煅烧温度500℃，煅烧时间120min。
实施例6
步骤(1)：将铝灰渣用去离子水洗涤除盐、干燥并筛分，得到一定粒度大小的铝灰渣粉料；其中，洗涤、干燥条件为：洗涤时间3h，洗涤温度120℃，干燥温度120℃，干燥时间1h；筛分条件为100目。
步骤(2)：将铝灰渣粉料加入适量的稀硫酸中，加热条件下搅拌一段时间后，通过过滤进行固液分离，得到酸浸液；其中，酸浸条件为：稀硫酸浓度20wt％，酸渣质量比6:1，酸浸温度100℃，酸浸时间60min。
步骤(3)：在酸浸液中，分别加入适量的双氧水和NaOH溶液来氧化酸浸液中的Fe2+和调节酸浸液的pH值至8后静置，静置一段时间后，通过过滤来进行固液分离，得到NaAlO2滤液；其中，静置时间30min，静置温度40℃，双氧水浓度10％，双氧水:酸浸液的体积比为1:20，NaOH溶液浓度10wt％。
步骤(4)：在NaAlO2滤液中，持续通入CO2，反应一段时间后过滤，得到氢氧化铝沉淀和弱酸液；确认弱酸液中再通入CO2后没有Al(OH)3沉淀，即确定NaAlO2完全转化为Al(OH)3沉淀。
步骤(5)：将氢氧化铝沉淀进行高温煅烧，得到氧化铝；其中，煅烧温度400℃，煅烧时间150min。
结果表明，本发明有效的提高了氧化铝的提取率(80～85％)，使铝灰渣得到了更加充分的利用，具有原料来源广、对环境污染小、物耗能耗低、成本低等优点，适合于工业化生产。并且本发明采用稀硫酸酸浸后再加入双氧水和NaOH溶液，能有效的除去杂质，氧化铝提取率高，可获得较纯的氧化铝。