贫铁高铝物料加碱增钙的液态熔融烧结-冷淬方法与流程

本发明属于有色金属技术领域，具体涉及一种贫铁高铝物料加碱增钙的液态熔融烧结-冷淬方法。

背景技术：

在世界氧化铝产量中我国占50％以上，生产氧化铝的主要原料是铝矾土，传统氧化铝生产工艺为拜尔法和回转窑烧结法以及综合二者特点的联合法。使用拜尔法加工铝矾土溶出温度往往在150-250℃，设备压力在1-4mpa。高温、高压溶出带来能耗高，同时溶出碱浓度高、设备要求高、溶出时间长。为了保证设备利用率，只能牺牲氧化铝的溶出率，目前氧化铝溶出率不足80％。人们也清楚，经过加碱增钙烧结的铝矾土可在常压，95℃，低溶出碱浓度和更短的溶出时间达到96％的氧化铝和碱的溶出率，但是目前烧结是用回转窑完成，以至烧成车间的投资是全厂的1/3，烧成费用约为成本的1/2，能量消耗是全厂总能耗的50％以上。其高能耗的主要原因为：1、原料经湿磨成为料浆，颗粒细度要求170目筛上不大于16％，高细度磨制需要高电耗；2、料浆带入水分蒸发耗热，占熟料窑总热耗的30-44％；3、废气带出热耗占13-30％；4、熟料带出和散热占20-28％。其高投资的主要原因是回转窑的复杂和庞大以及低容积热负荷、蒸发、烧成时间都很长，回转窑长度至少70米，甚至达200米以上，烟气量大余热回收设备也庞大。采用湿料浆蒸发和烧成时间长，都是由回转窑内反应过程是以颗粒间固-固反应形式进行所决定的，颗粒间固-固反应要依靠颗粒的微细和混合均匀，提高反应温度是提高反应速率的有效途径，但加入石灰以及铝矾土中的一些成分与碱反应后，熔点显著降低后限制窑内温度升高。另一方面，在环境标准越来越严格的情况下，现有回转窑烧结法的窑温在1250℃左右，会生成大量氮氧化物，更使回转窑烧结法难以存在。

无论拜尔法还是回转窑烧结法，都会产生大量赤泥，当前基本弃置，造成严重污染。目前有企业采用将赤泥与铝矾土混合、增钙然后在回转窑中烧结，以回收赤泥中的碱和铝。由于赤泥中含有碱与氧化钛的化合物，其熔点仅1100℃左右，显著限制赤泥的掺入量。前述回转窑烧结的弊端仍然存在。降低烧结法的能耗、投资、成本，特别是氮氧化物排放，同时保留溶出设备简单、能耗低的优势，是我国氧化铝生产的重要课题。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种贫铁高铝物料加碱增钙的液态熔融烧结-冷淬方法，该方法采用熔化烧结和冷淬工艺对贫铁高铝物料进行处理，可以在不用湿磨以及不需要十分细小的粒度、缩短反应时间的同时降低能耗和提高铝回收率。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种贫铁高铝物料加碱增钙的液态熔融烧结-冷淬方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将贫铁高铝物料与碱和石灰石混合进行熔化烧结，以便得到熔化液态物料；

(2)将所述熔化液态物料进行冷淬，以便得到固体颗粒；

(3)将所述固体颗粒磨细后进行稀碱溶出，以便得到富钙尾粉以及含有铝酸钠的溶液。

根据本发明实施例的贫铁高铝物料加碱增钙的液态熔融烧结-冷淬方法，由于贫铁高铝物料中氧化钛和碱的共熔物的熔点最低，一旦氧化钛与碱的共熔物开始熔化，将会产生共熔现象，即其他组分熔点将降低，使得贫铁高铝物料与石灰石的反应在熔化液态环境下进行，其反应过程为液-液接触，当物料转为熔融液态，即使原有颗粒较粗，仍能快速融合，较常规回转窑中反应时间可以缩短10倍以上，然后将得到的熔化液态物料进行冷淬，各组分来不及结晶，从而可以获得很高反应活性的固体颗粒，最后将得到的固体颗粒磨细后进行稀碱溶出，许多反应是在溶出时快速完成，分离即可得到富钙尾粉以及含有铝酸钠的溶液。由此，该方法采用熔化烧结和冷淬工艺对贫铁高铝物料进行处理，可以在不用湿磨以及不需要十分细小的粒度、缩短反应时间的同时降低能耗和提高铝回收率。具体的，采用本申请的方法铝回收率可高达96％以上。

另外，根据本发明上述实施例的贫铁高铝物料加碱增钙的液态熔融烧结-冷淬方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述贫铁高铝物料中铁含量不高于7质量％，三氧化二铝含量不低于20质量％。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述贫铁高铝物料为铝矾土经回收其总量10～30质量％的三氧化二铁后的剩余物料或包括赤泥和铝矾土的混合物料经回收占其总量20～50质量％的三氧化二铁后的剩余物料。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述包括赤泥和铝矾土的混合物料中所述赤泥占所述混合物料总重量的10～70％，优选40～60％。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述碱包括氢氧化钠和/或碳酸钠，所述碱的添加量以氧化钠含量计与所述贫铁高铝物料中氧化铝含量摩尔比为(0.8～1.2)：1为准，优选(0.9～1)：1。由此，可以降低能耗和提高铝回收率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述石灰石添加量为所述贫铁高铝物料中二氧化硅和二氧化钛之和当量的2～2.8倍。由此，可以降低能耗和提高铝回收率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述熔化烧结的设备为熔料炉。由此，可以在降低投资和运行成本的同时提高铝回收率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述熔化烧结温度为1150～1400℃。由此，可以降低能耗和提高铝回收率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述冷淬速率不低于500℃/s。由此，可以降低能耗和提高铝回收率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述固体颗粒粒径不大于5mm。由此，可以降低能耗和提高铝回收率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的贫铁高铝物料加碱增钙的液态熔融烧结-冷淬方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种贫铁高铝物料加碱增钙的液态熔融烧结-冷淬方法。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：

s100：将贫铁高铝物料与碱和石灰石混合进行熔化烧结

该步骤中，本申请中贫铁高铝物料可以定义为“铁含量不高于7％(质量百分比)，三氧化二铝含量不低于20％(质量百分比)且包括钛氧化物等的任何物料”，例如贫铁高铝物料为铝矾土经回收其总量10～30％(质量百分比)的三氧化二铁后的剩余物料或包括赤泥和铝矾土的混合物料经回收占其总量20～50％(质量百分比)的三氧化二铁后的剩余物料，通过将该贫铁高铝物料与碱和石灰石混合进行熔化烧结，由于贫铁高铝物料中氧化钛和碱的共熔物的熔点最低，一旦氧化钛与碱的共熔物开始熔化，将会产生共熔现象，即其他组分熔点将降低，使得贫铁高铝物料与石灰石的反应在熔化液态环境下进行，其反应过程为液-液接触，当物料转为熔融液态，即使原有颗粒较粗，仍能快速融合，较常规回转窑中反应时间可以缩短10倍以上。

进一步地，上述碱包括氢氧化钠和/或碳酸钠，并且碱的添加量以氧化钠含量计与贫铁高铝物料中氧化铝含量摩尔比为(0.8～1.2)：1为准，优选(0.9～1)：1，并且石灰石添加量为贫铁高铝物料中二氧化硅和二氧化钛之和当量的2～2.8倍。同时当贫铁高铝物料为包括赤泥和铝矾土的混合物料时，该混合物料中赤泥占混合物料总重量的10～70％，优选40～60％。由此，可以同时实现赤泥和铝矾土的资源化利用。

进一步地，上述贫铁高铝物料与碱和石灰石混合进行熔化烧结反应的设备包括但不限于熔料炉，只要能满足贫铁高铝物料与碱和石灰石混合进行熔化烧结即可，相较于常规技术中采用回转窑进行烧结，首先从湿料转为干料，既节省预热蒸发时间，又降低能耗；其次熔化为液态后各组分易于混合从而显著缩短反应时间，设备容积缩小10倍以上，同时入炉颗粒粒径可放大5倍以上。本申请采用的熔化烧结设备可以保证贫铁高铝物料与碱和石灰石完全熔化。同时，上述熔化烧结温度为1150～1400℃，优选1200～1300℃，该温度条件下使得物料呈良好的液态，从而提高反应速率。

s200：将熔化液态物料进行冷淬

该步骤中，将上述得到的熔化液态物料进行冷淬，各组分来不及结晶，从而可以获得很高反应活性的固体颗粒，进而利于提高后续铝的回收率。进一步地，冷淬速率不低于500℃/s，即上述熔化烧结过程得到的熔化液态物料排出熔化烧结设备后被急剧冷淬，使得其温度由1100℃以上在2秒之内降低至200℃以下，得到粒径不大于5mm的固体颗粒。需要说明的是，该步骤中的冷淬方式并不受特别限制，只要能实现熔化液态物料的急剧冷淬即可。

s300：将固体颗粒磨细后进行稀碱溶出

该步骤中，将上述得到的固体颗粒磨细后进行稀碱溶出，然后进行固液分离，得到富钙尾粉以及含有铝酸钠的溶液。需要说明的是，固体颗粒磨细后粒径以及稀碱并没有特殊限制，只要能满足提高氧化铝的回收率即可。

根据本发明实施例的贫铁高铝物料加碱增钙的液态熔融烧结-冷淬方法，由于贫铁高铝物料中氧化钛和碱的共熔物的熔点最低，一旦氧化钛与碱的共熔物开始熔化，将会产生共熔现象，即其他组分熔点将降低，使得贫铁高铝物料与石灰石的反应在熔化液态环境下进行，其反应过程为液-液接触，当物料转为熔融液态，即使原有颗粒较粗，仍能快速融合，与回转窑烧结法比较，由于从湿料转为干料，省却占原热耗40％之水分蒸发热和蒸发时间，同时由于不需要以颗粒细度和长反应时间达到较好的反应率，只要求熔化为液态，物料粒度可以适当增大，燃烧室容积缩小20倍以上，磨制电耗降低5倍以上，烧结设备散热损失减少80％以上，烧结设备投资额可降低5倍以上，反应时间可以缩短10倍以上，然后将得到的熔化液态物料进行冷淬，各组分来不及结晶，从而可以获得很高反应活性的固体颗粒，最后将得到的固体颗粒磨细后进行稀碱溶出，许多反应是在溶出时快速完成，分离即可得到富钙尾粉以及含有铝酸钠的溶液。由此，该方法采用熔化烧结和冷淬工艺对贫铁高铝物料进行处理，可以在不用湿磨以及不需要十分细小的粒度、缩短反应时间的同时降低能耗和提高铝回收率。具体的，采用本申请的方法铝回收率可高达96％以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。