一种对含镓浓度低的拜耳法母液除镓的方法与流程

本发明属于氧化铝生产技术领域，具体涉及一种对含镓浓度低的拜耳法母液除镓的方法。

背景技术：

当前，铝已成为世界上最为广泛运用的金属之一。近几年，铝作为节能、降耗的环保资料，不论运用规模还是用量都在进一步扩展，尤其是在建筑业、交通运输业和包装业，这三大职业的铝用量通常占当年铝总销量的60％左右。

随着铝及其合金的用途逐步扩展，特别是逐步应用于航空、军事等领域后，其对铝的品质要求也越来越高。而要提高铝的品质，除了在电解工艺方面的提高外，更重要的是电解用氧化铝的品质的提高。因为影响铝合金性能的主要元素：钒、镓、钙、铅、锡、铋、锑、铍及钠等金属元素，都是从氧化铝中带入的。所以，目前生产高纯铝的企业，对氧化铝中微量金属元素含量的重视越来越高。

目前生产高品质氧化铝对金属杂质的含量有严格的限制，现在的高品质氧化铝主要依赖进口，世界上90％以上的铝业公司都在使用拜耳法生产氧化铝，氧化铝生产流程中含有金属镓、钒等杂质制约着产品氧化铝的纯度，现有工艺中对于有价金属杂质的提取通常是单独分别进行的，对于镓采用离子交换法进行提取，对于钒采用结晶法进行提取。工业上采用的结晶法是通过将溶液蒸发浓缩到一定浓度后降温使钒盐析出，但蒸发浓缩工艺耗能大，虽能实现钒盐去除但往往会使其他金属杂质浓度提高，且浓缩后溶液黏度大，使后续其他金属杂质去除难度加大，得到的氧化铝纯度不高，常规降温工艺通常采用冷却水或者多次换热来实现降温，但由于常规除钒工艺并未将除钒降温过程与后续除镓吸附过程联系起来，其降温通常以达到钒盐最大程度析出温度为降温标准，并不严格控制降温过程。目前市场上拜耳法生产得到的氧化铝纯度无法满足生产高纯铝的要求。目前市场主要以普通金属铝为原料，通过提纯生产高纯铝，暂无高纯铝专用氧化铝。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明结合目前拜耳法氧化铝生产的实际情况，提供了一种对含镓浓度低的拜耳法母液除镓的方法，该方法直接从氧化铝流程入手，利用螯合树脂从拜耳法生产流程中直接把金属镓交换出来，极大地降低了氧化铝流程中的金属镓浓度，满足生产高品质氧化铝的要求。

本发明提供了一种对含镓浓度低的拜耳法母液除镓的方法，步骤包括：

s1、采用拜耳法溶出铝土矿，溶出温度为130-150℃，得到氧化铝母液；

s2、降温除杂：将步骤s1所得氧化铝母液降温至28～32℃，过滤除去滤渣，得滤液；

s3、二次提温：将步骤s2所得滤液升温至35～40℃；

s4、吸附除镓：将步骤s3所得升温后的滤液通过提镓树脂进行吸附除镓，得到净化后的母液。

本发明首先在特定低温区间内采用拜耳法溶出铝土矿，能够显著减少矿石中杂质的溶出率，有效控制杂质进入拜耳法流程，使拜耳法得到的氧化铝母液中镓浓度有所降低，利于提高后续吸附步骤的除镓效率。低温溶出后直接降温除钒，降温至温度30±2℃过滤除钒以降低拜耳法母液中钒含量，降低钒对树脂的影响，有效防止后续吸附过程中的树脂中毒现象，本发明省略了常规除钒工艺中的浓缩步骤，降低工艺能耗，保证除钒效果的同时避免其他金属杂质的富集、避免溶液黏度过大，降温除钒后所得除杂母液中各金属杂质浓度直接影响后续吸附工艺效果，本发明中除杂后母液含氧化铝50-60g/l，金属镓110-130mg/l，金属钒140-160mg/l，相比于常规浓缩结晶除钒工艺所得母液更加利于后续螯合吸附工艺的进行。本发明再将低温溶出、降温、提温、吸附步骤结合起来实现拜耳法母液中金属镓的有效去除，降温除钒后升温至35～40℃，该温度下能有效避免液体黏度大、通过吸附柱时阻力大从而降低吸附效率的现象，是吸附除镓步骤最适宜温度，显著提高后续吸附除镓的效率。严格控制溶出温度、降温及二次提温的温度参数是得到杂质含量极低的净化后母液的关键，所得母液中微量金属元素含量极低，能够得到满足生产高纯铝要求的高品质的氧化铝，所得氧化铝母液中：fe<30ppm，ga<100ppm，mno<5ppm，v<150ppm，zn<3ppm。

优选的，步骤s1所得氧化铝母液温度为60～70℃，其与净化后的母液进行一次换热，使一次换热后的氧化铝母液降温至45～50℃，一次换热后的净化后的母液温度达到45～50℃。采用130～150℃低温溶出拜耳法得到的母液温度通常略低于70℃，该温度下的母液能够通过多次换热进行降温及二次提温达到各步骤对应温度要求，升温后的净化后的母液可直接进入后续氧化铝流程进行氧化铝的制备。

优选的，步骤s2所述降温过程为：将步骤s1所得氧化铝母液与低温流体进行一次换热，一次换热后的氧化铝母液与次低温流体进行二次换热，二次换热后的氧化铝母液与冷却流体进行三次换热使氧化铝母液降温至28～32℃。本发明的降温及二次提温过程可通过多次换热来实现，依次采用一次换热器、二次换热器、三次换热器实现多次换热，充分利用拜耳法母液的热量与低温流体、次低温流体分别进行换热，实现母液温度的降低以及低温流体、次低温流体温度的升高。

更加优选的，步骤s2中，所述冷却流体由凉水塔提供。凉水塔持续提供冷却流体保证滤液最终温度降至28～32℃，凉水塔内冷却水可循环使用，工艺成本较低。

优选的，步骤s3所述二次提温方法为：以步骤s2所得滤液作为所述次低温流体进行二次换热使滤液温度升温至35～40℃。将滤液流经二次换热器与拜耳法母液进行二次换热，将除钒的降温过程与除镓的吸附过程联系起来，充分利用母液余温使滤液提温至吸附除镓工艺最适宜温度，无需加热设备，有效节能降低工艺成本。

进一步优选的，步骤s4所述净化后的母液作为所述低温流体。将净化后的母液流经一次换热器与拜耳法母液进行一次换热，降低拜耳法母液温度的同时净化后母液温度有所提升。

优选的，步骤s4所述吸附除镓过程中滤液流速为1-3bv/h，吸附除镓时长12-20小时。选择合适的树脂和吸附工艺以有效控制母液中金属镓的浓度，生产过程根据需要，可随时对吸附除镓时间进行调整，从而实现除镓效果的调整以满足生产需要。

更加优选的，步骤s4所述提镓树脂为螯合树脂。

进一步优选的，步骤s4所述提镓树脂对滤液的总吸附液量大于40bv，吸附结束后，将所述提镓树脂用解吸液进行解吸后重复利用。选择合适的树脂和特定吸附工艺条件以严格控制母液中金属镓的浓度，保证吸附除镓效率，实现金属镓最大程度的去除。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首先采用低温溶出铝土矿，控制进入拜耳法流程的杂质量。然后将除钒工艺与除镓工艺联系起来，对分解母液进行单独的除v或除ga的处理，且保证除钒后所得母液利于后续吸附除镓工艺的进行，将低温溶出、降温、提温、吸附步骤结合起来，实现拜耳法母液中金属镓的有效去除，控制精制液的杂质含量。且本发明充分利用拜耳法母液热量，通过多次换热实现降温、升温步骤，将除钒工艺降温过程与除镓工艺联系起来，实现钒去除的同时实现镓吸附效率的提高，降低工艺成本，且最终得到杂质含量低的氧化铝母液，满足生产高纯铝的要求。本发明易于实现工业化，具备良好的应用前景，特别适用于低温拜耳法氧化铝厂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的拜耳法母液除镓方法的工艺流程示意图；

图2为本发明实施例4提供的拜耳法母液除镓方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1

本实施例提供了一种对含镓浓度低的拜耳法母液除镓的方法，其工艺流程图如附图1所示，工艺步骤包括：

1)采用低温拜耳法溶出工艺溶出铝土矿，减少矿石中金属镓的溶出率，所述溶出温度140℃，再用浓氢氧化钠溶液将氢氧化铝转化为铝酸钠，通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出，收集析出氢氧化铝后的溶液即为氧化铝母液，所述氧化铝母液的温度低于70℃。

2)降温除杂：将步骤(1)所得氧化铝母液进行降温处理，所述氧化铝母液来料初温为68℃，降温处理后氧化铝母液温度为30℃，过滤除去滤渣，保留滤液，经组份测定，除杂后氧化铝母液含氧化铝60g/l，金属镓130mg/l，金属钒150mg/l。

3)二次提温：将步骤(2)所得滤液进行升温，使滤液温度升至40℃。

4)吸附除镓：将步骤(3)所得升温后的滤液通过除镓树脂吸附柱，吸附除镓的工艺条件为：进料温度40℃，滤液流速为2bv/h，吸附除镓时间20小时后出料，出料温度40℃，得到净化后的氧化铝母液。所述除镓树脂为螯合树脂，吸附结束后，将所述提镓树脂用解吸液进行解吸后重复利用。

5)将净化后的氧化铝母液进行组份测定，得到的氧化铝母液：fe<30ppm，ga<100ppm，mno<5ppm，v<150ppm，zn<3ppm。

实施例2

本实施例提供了一种对含镓浓度低的拜耳法母液除镓的方法，其工艺流程图如附图1所示，工艺步骤包括：

1)采用低温拜耳法溶出工艺溶出铝土矿，减少矿石中金属镓的溶出率，所述溶出温度130℃，再用浓氢氧化钠溶液将氢氧化铝转化为铝酸钠，通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出，收集析出氢氧化铝后的溶液即为氧化铝母液，所述氧化铝母液的温度低于70℃。

2)降温除杂：将步骤(1)所得氧化铝母液进行降温处理，所述氧化铝母液来料初温为60℃，降温处理后氧化铝母液温度为28℃，过滤除去滤渣，保留滤液，经组份测定，除杂后氧化铝母液含氧化铝52g/l，金属镓118mg/l，金属钒145mg/l。

3)二次提温：将步骤(2)所得滤液进行升温，使滤液温度升至35℃。

4)吸附除镓：将步骤(3)所得升温后的滤液通过除镓树脂吸附柱，吸附除镓的工艺条件为：进料温度35℃，滤液流速为3bv/h，吸附除镓时间15小时后出料，出料温度35℃，得到净化后的氧化铝母液。所述除镓树脂为螯合树脂d404，吸附结束后，将所述提镓树脂用解吸液进行解吸后重复利用。

5)将净化后的氧化铝母液进行组份测定，得到的氧化铝母液：fe<30ppm，ga<100ppm，mno<5ppm，v<150ppm，zn<3ppm，与实施例一基本一致。

实施例3

本实施例提供了一种对含镓浓度低的拜耳法母液除镓的方法，其工艺流程图如附图1所示，工艺步骤包括：

1)采用低温拜耳法溶出工艺溶出铝土矿，减少矿石中金属镓的溶出率，所述溶出温度135℃，再用浓氢氧化钠溶液将氢氧化铝转化为铝酸钠，通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出，收集析出氢氧化铝后的溶液即为氧化铝母液，所述氧化铝母液的温度低于70℃。

2)降温除杂：将步骤(1)所得氧化铝母液进行降温处理，所述氧化铝母液来料初温为67℃，降温处理后氧化铝母液温度为32℃，过滤除去滤渣，保留滤液，经组份测定，除杂后氧化铝母液含氧化铝56g/l，金属镓110mg/l，金属钒140mg/l。

3)二次提温：将步骤(2)所得滤液进行升温，使滤液温度升至38℃。

4)吸附除镓：将步骤(3)所得升温后的滤液通过除镓树脂吸附柱，吸附除镓的工艺条件为：进料温度38℃，滤液流速为2.8bv/h，吸附除镓时间15小时后出料，出料温度38℃，得到净化后的氧化铝母液。所述除镓树脂为螯合树脂lsc-600，吸附结束后，将所述提镓树脂用解吸液进行解吸后重复利用。

5)将净化后的氧化铝母液进行组份测定，得到的氧化铝母液：fe<30ppm，ga<100ppm，mno<5ppm，v<150ppm，zn<3ppm，与实施例一基本一致。

实施例4

本实施例提供了一种对含镓浓度低的拜耳法母液除镓的方法，其工艺流程图如附图2所示，工艺步骤包括：

1)采用低温拜耳法溶出工艺溶出铝土矿，减少矿石中金属镓的溶出率，所述溶出温度150℃，再用浓氢氧化钠溶液将氢氧化铝转化为铝酸钠，通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出，收集析出氢氧化铝后的溶液即为氧化铝母液，所述氧化铝母液的温度低于70℃。

2)降温除杂：将步骤(1)所得氧化铝母液进行降温处理，所述氧化铝母液来料初温为65℃，降温过程通过三个换热器实现，具体降温过程为：将步骤s1所得氧化铝母液通过第一换热器与低温流体进行一次换热，一次换热后氧化铝母液降温至45～50℃，一次换热后的氧化铝母液通过第二换热器与次低温流体进行二次换热，二次换热后氧化铝母液降温至35～40℃，二次换热后的氧化铝母液通过第三换热器与冷却流体进行三次换热使氧化铝母液降温至28～32℃，所述冷却流体为凉水塔提供的冷却水，所述冷却水温度为室温20～30℃；过滤除去滤渣，保留滤液，经组份测定，除杂后氧化铝母液含氧化铝56g/l，金属镓125mg/l，金属钒140mg/l。

3)二次提温：将步骤(2)所得滤液通过第二换热器作为次低温流体与一次换热后氧化铝母液进行换热，使滤液温度升至35～40℃。

4)吸附除镓：将步骤(3)所得升温后的滤液通过除镓树脂吸附柱，吸附除镓的工艺条件为：进料温度35～40℃，滤液流速为2.5bv/h，吸附除镓时间18小时后出料，出料温度35～40℃，得到净化后的氧化铝母液。所述除镓树脂为螯合树脂。

5)将净化后的氧化铝母液进行组份测定，得到的氧化铝母液：fe<30ppm，ga<100ppm，mno<5ppm，v<150ppm，zn<3ppm。净化后的母液通过第一换热器作为低温流体与氧化铝母液进行一次换热，使氧化铝母液实现降温同时使净化后的母液温度提升至45～50℃，该温度下的净化后氧化铝母液可以直接回到氧化铝制备工艺流程中进行高指标氧化铝的制备，本实施例所得氧化铝母液采用常规氧化铝制备工艺得到的氧化铝可以直接用于生产高纯铝，所述氧化铝品质优于美国铝业西澳大利亚沃斯利工厂生产的一级氧化铝品质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。