两步碱溶法生产化学品氧化铝的方法与流程

1.本发明属于矿产资源高效利用技术领域，具体公开了一种两步碱溶法生产化学品氧化铝的方法。

背景技术：

2.目前，生产氧化铝的工艺方法主要包括拜耳法、烧结法、联合法以及串联法等。拜耳法主要是将铝土矿与氢氧化钠湿法磨粉，低温溶出氧化铝，其缺陷是氧化铝的收率低(75％左右)；烧结法是将铝土矿加碳酸钠、石灰石及煤等进行球磨，制浆，经回转窑喷浆、烧结，制得氧化铝熟料，其氧化铝的收率可达到80％～85％；而联合法、串联法是将上述两种方法的结合或者选择性的使用，其氧化铝的收率可达到85％～90％。上述各种方法，只追求氧化铝的回收率，而不注重铁等其它各种元素的综合利用。尽管如此，其氧化铝的收率一直无法再进一步提高。而且，其它元素均成为工业废料，含碱赤泥造成大量的无法处理的工业废渣，其中铁的含量是制约赤泥综合利用的主要障碍。再者，针对自然界里存在的含铝针状铝铁矿，现有技术中的所有工艺均是无法提取的。这些都是无法再提高氧化铝回收率的主要因素——既造成自然资源的大量浪费，造成巨大的环境污染，又导致了全球资源的短缺。

3.现将国内氧化铝生产的相关研究归纳如下：

4.cn107235501a涉及一种低品位铝土矿低温碱溶生产氧化铝副产硅产品的方法，属于氧化铝生产技术领域。首先将破碎后的低品位一水硬铝石型铝土矿与循环母液磨制成矿浆；然后溶出反应使矿中的高岭石溶解反应进入溶液，渣为高品位铝土矿精矿，高品位铝土矿精矿采用拜耳法处理生产氧化铝和低碱赤泥；滤液中的铝硅酸钠脱硅反应得到钠硅渣，和含有氧化铝、氧化硅和氧化钠的滤液；滤液补充氢氧化钠后作为循环母液返回磨制矿浆，钠硅渣一部分作为晶种返回脱硅工序，其余制备分子筛等硅产品。本方法为全流程湿法处理工艺，并将铝土矿中的铝和硅充分提取制备相应产品，同时可显著降低拜耳法过程的赤泥碱耗，减少赤泥碱含量，提高赤泥的再利用价值。

5.cn105565352a涉及一种用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，包括步骤：石灰石加入粉煤灰、纯碱和碱液进行配料，用滚筒制粒机制粒，然后进行烧结，熟料粉加调整液进行溶出，溶出的渣用热水进行充分洗涤后，洗涤水用作溶出调整液，渣加入稀碱液进行脱碱。熟料溶出得到的粗液进行脱硅，脱硅得到的溶液加氢氧化铝晶种进行种分分解，种分母液分两步进行蒸发和排盐。本发明实现了粉煤灰的高效综合利用，通过控制配料配方、烧成条件和脱碱条件能够生产出不同规格的硅酸钙副产品，容重可以控制在300～800kg/m3，分别适用于建材和土壤调理，既可以保证其轻质特性，又可以保证降低运输成本。

6.cn105753025a公开一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法。该方法包括：对高铝粉煤灰进行预脱硅处理，获得脱硅粉煤灰和脱硅碱液；对所述脱硅粉煤灰与种分母液混合后进行拜耳法溶出，获得拜耳法溶出渣和拜耳法溶出浆液；将所述拜耳法溶出渣与石灰石磨制混合得混合物料然后将所述混合物料烧结成熟料，熟料经溶出调整液溶出后得到烧结法溶出液；将所述拜耳法溶出浆液与烧结法溶出液混合进行常压脱硅处理后得到铝酸钠精

液；所述铝酸钠精液经种分和焙烧后得到氧化铝。本发明提供的利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法在维持较高氧化铝提取率的同时，优化了工艺流程，降低能耗和生产成本。

7.cn107697935a公开一种粉煤灰一步预处理还原焙烧酸碱联合提取氧化铝的方法，属于粉煤灰提取氧化铝技术领域。将粉煤灰与碳基固体还原剂、浓硫酸按一定比例混合配料后，直接送入焙烧设备中完成还原焙烧，然后将还原焙砂用含氢氧化钠的碱液在温度80℃以下进行碱浸，得到铝酸钠溶液和溶出渣。本方法中，熟化和还原焙烧在同一设备内完成，在熟化和还原焙烧之间，无熟料粉碎

?

细磨、熟料与还原剂混合配料等中间工序，一步得到还原焙砂，简化了流程，节约能耗，减少投资，且在粉煤灰、碳基固体还原剂、浓硫酸的混合料中，由于碳基固体还原剂的配入，可使熟化料疏松，从而避免回转窑结圈，利于回转窑作业。

8.cn103101947a公开了一种氧化铝生产过程中的溶出工艺。有效地提高生产氧化铝溶出系统苛碱浓度，减少溶出系统蒸汽加入量，降低氧化铝生产成本。本发明包括以下步骤：1)将矿石预脱硅；2)配入调配液，将矿石调配成矿浆，并送至套管预热器预热；3)将预热后的矿浆分为两组两台矿浆缓冲器，两台矿浆缓冲器内的矿浆分别流入两组溶出器；4)向溶出器内通入高压蒸汽，将料浆加热至255～270℃，并保温50～60分钟；5)两股料浆通过混合器进入闪蒸槽自蒸发，闪蒸槽蒸发的乏汽返回套管预热器；6)经过闪蒸后的矿浆进入稀释槽，用稀释泵将稀释矿浆送到沉降分离槽，沉降分离槽的底流赤泥经过第一次洗涤后的沉降溢流循环流入稀释槽，与矿浆混合后再次用稀释泵将稀释矿浆送到沉降分离槽。

9.cn105776265a公开了一种基于球团法利用低品位铝土矿生产氧化铝的方法，包括步骤：铝土矿、石灰石矿、纯碱和碱液进行配料，用圆盘造球机造球团，球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结，加调整液进行溶出，进行脱硅，分解，然后焙烧得到氧化铝；蒸发和排盐，第一步蒸发到碱液浓度为na2o 280～300g/l，然后再采用镍材蒸发器进行第二步蒸发排盐，得到碱液浓度为na2o 500～600g/l；将第二步蒸发后的种分母液进行降温结晶，母液、纯碱和硅渣返回到第一步中，实现碱液循环。本发明在氧化铝传统烧结法技术的基础上，发明了干法烧成技术，通过在脱硅、分解、蒸发、熟料先干磨再溶出等方面的改进，使氧化铝的设备产能大幅提高，能耗实现了大幅度的下降。

10.cn109835930a公开了一种氧化铝的生产方法，该方法以含铝矿物酸溶物制备的固体物为原料，通过碳热还原制备氧化铝粗品，再经碱溶、种分、分离制备氢氧化铝，继而煅烧生产氧化铝；本发明方法固体硫酸盐经还原分解得到的粗品氧化铝反应活性好，碱溶条件温和，种分母液可作为碱液，不经蒸发浓缩直接加粗品氧化铝溶解，循环使用，即“高温溶解、低温析出”，避免了传统拜耳法种分液需蒸发浓缩才能循环使用的问题，同时产品氧化铝质量达到ys/t803

?

2012行业标准规定中yao

?

1级要求。

11.综上所述，科研工作者围绕生产氧化铝研究做了大量工作，尤其在拜耳法、烧结法、联合法等方面，但拜耳法碱溶温度过高，易将原料中铁浸出到溶液中，为后期除铁增加了负荷，且用第一次晶种分解的母液一部分去溶解碱渣从而制备氧化铝的方法还未见报告。

技术实现要素：

12.本发明的目的在于提供一种两步碱溶法生产化学品氧化铝的方法，该方法是将高

铝矿物先经干燥、破碎、粉磨、活化、硫酸溶出后获得硫酸盐固体，硫酸盐固体再经喷雾干燥后制得氧化铝粗品，最后进行碱溶两步法生产化学品氧化铝，本发明的具体步骤如下：

13.(1)氧化铝粗品制备

14.将高铝矿物经干燥、破碎、粉磨后过80目筛，当筛余量小于10％时，经硫酸溶出得到硫酸盐溶液，将硫酸盐溶液喷雾干燥后得到硫酸盐固体，将得到的硫酸盐固体在温度为780

?

820℃的下焙烧1

?

2h得到氧化铝粗品；

15.(2)一次反应

16.2.1一次碱溶，配制na2o浓度为200

?

300g/l的碱溶液，将步骤(1)中得到的氧化铝粗品置于高压反应釜内，向高压反应釜内按液固比质量比为0.5:1

?

1:1的比例加入碱溶液，控制碱溶温度为160

?

220℃，溶出时间为20

?

60min；

17.2.2一次分离，待步骤2.1反应结束后，将所得的混合物离心分离后得到铝酸钠溶液和一次碱渣；

18.2.3一次种分，将步骤2.2中得到的铝酸钠溶液静置6

?

12h后析出氢氧化铝沉淀，过滤氢氧化铝沉淀后得到氢氧化铝和一次母液；一次母液按一定的液固质量比继续溶出碱渣，其余一次母液返回到一次碱溶系统循环使用。

19.2.4化学品氧化铝制备，将步骤2.3中得到的氢氧化铝经洗涤、焙烧处理后制得化学品氧化铝；

20.(3)二次反应

21.3.1二次碱溶，用步骤2.3中得到的一次母液溶解步骤2.2中得到的一次碱渣，一次母液中na2o浓度为200

?

300g/l，一次母液和一次碱渣的液固质量比为0.5:1

?

1:1，控制一次碱溶温度为160

?

220℃，溶出时间为20

?

60min；

22.3.2二次分离，待步骤3.1反应结束后，将所得的混合物离心分离后得到铝酸钠溶液和二次碱渣；

23.3.3二次种分，将步骤3.2中得到的铝酸钠溶液静置6

?

12h后析出氢氧化铝沉淀，过滤氢氧化铝沉淀后得到氢氧化铝和二次母液；

24.3.4回收铁产品，将步骤3.2中得到的二次碱渣经洗涤、焙烧处理后回收铁产品；

25.3.5回用，步骤3.3中得到的二次母液中na2o的浓度为200

?

300g/l，将二次母液返回步骤2.1中用于一次碱溶并循环使用；步骤3.3中得到的氢氧化铝返回步骤2.4中制备化学品氧化铝。

26.优选的，所述的高铝矿物为氧化铝的质量含量>20％的铝土矿、铝土矿尾矿或高铝煤矸石。

27.优选的，所述的高压反应釜为高压水热反应釜。

28.步骤3.2中所得到的碱渣中铁含量≥98％，故可以用于回收铁。

29.本发明的原理如下：

30.高铝矿物中氧化铝以高岭石、铝酸盐或水合氧化铝形式存在，硫酸为强酸，氧化铝为两性物质，酸溶后氧化铝等酸溶物以硫酸盐的形式转入溶液，经喷雾干燥后获得氧化铝粗品。分解产物氧化铝以γ型氧化铝或无定型形式存在，反应活性好，条件温和，碱溶后氧化铝以铝酸钠溶液形式存在转入液相，其余杂质如氧化铁、硫酸钙、硫酸镁及少量氧化铝等则留在碱渣中；铝酸钠溶液经晶种分解后，析出氢氧化铝，同时释放出氢氧化钠，即是种分

母液，继续溶出碱渣，碱渣经碱溶、种分后的母液返回到粗品氧化铝碱溶系统，循环使用，碱渣中铁含量高，经洗涤、干燥后可用于回收铁产品。二次溶出得到的种分母液继续溶出氧化铝粗品，循环使用。

31.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

32.(1)可采用低品位含铝矿物生产氧化铝；

33.(2)采用酸溶强化法工艺，酸溶物溶出率高，酸渣中硅富集度高，方便资源化利用，故而避免了传统氧化铝生产方法赤泥量大的问题；

34.(3)采用低温喷雾干燥技术，分解物氧化铝为反应活性好，继而碱溶条件较温和，种分时间短，且二次溶出后，碱渣可用于回收铁产品，利用率高。

35.(4)本发明的方法碱利用率高，氧化铝粗品中氧化铝的溶出率高，经一次碱溶和一次分离得到的铝酸钠溶液和一次碱渣，铝酸钠溶液即达到种分的要求，一次种分后的一次母液按一定的液固质量比继续溶出一次碱渣，其余一次母液返回到粗品氧化铝一次碱溶系统，循环使用；一次碱渣经二次碱溶、二次种分后的二次母液返回到粗品氧化铝一次碱溶系统，循环使用，二次碱渣中铁含量高，用于回收铁产品；该方法对矿物中铝含量适应范围广，装置处理能力大，有利于缓解我国高品质铝土矿资源匮乏、进口依赖度高问题，对氧化铝行业可持续发展具有重要意义，为高铝矿物生产氧化铝提供有效的技术指导。

附图说明

36.图1为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

37.下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不受实施例所限制。

38.实施例1

39.(1)将高铝煤矸石经干燥、破碎、粉磨过80目筛，筛余量小于10％，经硫酸溶出、喷雾干燥、焙烧处理后得到氧化铝粗品，待用，其中，所用的高铝煤矸石的主要化学组成如表1所示，焙烧处理是指在温度为780℃下反应2h；

40.表1：高铝煤矸石原料主要化学组成(wt％)

41.成分sio2al2o3fe2o3mgocao烧失量qdw含量38.3528.5120.911.883.7716.271888cal/kg

42.(2)一次碱溶，将步骤(1)中的氧化铝置于高压水热反应釜内，配制na2o浓度为200g/l的碱溶液，按液固比质量为1:1的比例加氧化铝粗品，碱溶温度为160℃，溶出时间为60min，反应结束后，采用离心分离的方式进行一次分离后，得到铝酸钠溶液和一次碱渣；

43.(3)一次种分，将铝酸钠溶液静置12h后析出氢氧化铝，过滤得到氢氧化铝和一次母液；

44.(4)二次碱溶，将步骤(3)中的一次母液继续溶出一次碱渣，其溶液中na2o浓度为300g/l，按液固比质量为0.5:1的比例加一次碱渣，二次碱溶温度为220℃，溶出时间为20min，其余一次母液返回到一次碱溶系统，循环使用；

45.(5)二次碱溶后进行二次分离和二次种分，二次分离后得到二次碱渣，二次种分后

得到二次母液和氢氧化铝，二次母液中na2o浓度为200g/l，将二次母液返回到一次碱溶系统，循环使用；

46.(6)步骤(5)中的二次碱渣中铁含量为99.85％，经洗涤、干燥后可用于回收铁产品；

47.(7)步骤(3)和步骤(5)所得到的氢氧化铝经洗涤、焙烧处理后制得化学品氧化铝。

48.实施例2

49.(1)将铝土矿经干燥、破碎、粉磨过80目筛，筛余量小于10％，经硫酸溶出、喷雾干燥、焙烧处理后得到氧化铝粗品，待用，其中，所用的高铝煤矸石的主要化学组成如表2所示，焙烧处理是指在温度为820℃下反应1.5

?

2h；

50.表2：铝土矿主要化学组成(wt％)

51.成分sio2(％)al2o3(％)fe2o3(％)含量19.2774.853.93

52.(2)一次碱溶，将步骤(1)中的氧化铝置于高压水热反应釜内，配制na2o浓度为300g/l的碱溶液，按液固比质量为0.5:1的比例加氧化铝粗品，碱溶温度为220℃，溶出时间为20min，反应结束后，采用离心分离的方式进行一次分离后，得到铝酸钠溶液和一次碱渣；

53.(3)一次种分，将铝酸钠溶液静置6h后析出氢氧化铝，过滤得到氢氧化铝和一次母液；

54.(4)二次碱溶，将步骤(3)中的一次母液继续溶出一次碱渣，其溶液中na2o浓度为200g/l，按液固比质量为0.6:1的比例加一次碱渣，二次碱溶温度为200℃，溶出时间为30min，其余一次母液返回到一次碱溶系统，循环使用；

55.(5)二次碱溶后进行二次分离和二次种分，二次分离后得到二次碱渣，二次种分后得到二次母液和氢氧化铝，二次母液中na2o浓度为300g/l，将二次母液返回到一次碱溶系统，循环使用；

56.(6)步骤(5)中的二次碱渣中铁含量为99.83％，经洗涤、干燥后可用于回收铁产品；

57.(7)步骤(3)和步骤(5)所得到的氢氧化铝经洗涤、焙烧处理后制得化学品氧化铝。

58.实施例3

59.(1)将铝土矿经选尾矿经干燥、破碎、粉磨过80目筛，筛余量小于10％，经硫酸溶出、喷雾干燥、焙烧处理后得到氧化铝粗品，待用，其中，所用的高铝煤矸石的主要化学组成如表3所示，焙烧处理是指在温度为800℃下反应1.5h；

60.表3：铝土矿经选尾矿主要化学组成(wt％)

61.成分sio2(％)al2o3(％)fe2o3(％)含量36.8857.862.15

62.(2)一次碱溶，将步骤(1)中的氧化铝置于高压水热反应釜内，配制na2o浓度为250g/l的碱溶液，按液固比质量为0.7:1的比例加氧化铝粗品，碱溶温度为200℃，溶出时间为40min，反应结束后，采用离心分离的方式进行一次分离后，得到铝酸钠溶液和一次碱渣；

63.(3)一次种分，将铝酸钠溶液静置8h后析出氢氧化铝，过滤得到氢氧化铝和一次母液；

64.(4)二次碱溶，将步骤(3)中的一次母液继续溶出一次碱渣，其溶液中na2o浓度为

260g/l，按液固比质量为0.8:1的比例加一次碱渣，二次碱溶温度为180℃，溶出时间为40min，其余一次母液返回到一次碱溶系统，循环使用；

65.(5)二次碱溶后进行二次分离和二次种分，二次分离后得到二次碱渣，二次种分后得到二次母液和氢氧化铝，二次母液中na2o浓度为270g/l，将二次母液返回到一次碱溶系统，循环使用；

66.(6)步骤(5)中的二次碱渣中铁含量为99.27％，经洗涤、干燥后可用于回收铁产品；

67.(7)步骤(3)和步骤(5)所得到的氢氧化铝经洗涤、焙烧处理后制得化学品氧化铝。

68.实施例4

69.(1)将高铝煤矸石经干燥、破碎、粉磨过80目筛，筛余量小于10％，经硫酸溶出、喷雾干燥、焙烧处理后得到氧化铝粗品，待用，其中，所用的高铝煤矸石的主要化学组成如表4所示，焙烧处理是指在温度为820℃下反应1h；

70.表4：高铝煤矸石主要化学组成(wt％)

71.成分sio2al2o3fe2o3mgocao烧失量qdw含量25.8034.1712.802.142.739.22700cal/kg

72.(2)一次碱溶，将步骤(1)中的氧化铝置于高压水热反应釜内，配制na2o浓度为260g/l的碱溶液，按液固比质量为0.8:1的比例加氧化铝粗品，碱溶温度为180℃，溶出时间为50min，反应结束后，采用离心分离的方式进行一次分离后，得到铝酸钠溶液和一次碱渣；

73.(3)一次种分，将铝酸钠溶液静置10h后析出氢氧化铝，过滤得到氢氧化铝和一次母液；

74.(4)二次碱溶，将步骤(3)中的一次母液继续溶出一次碱渣，其溶液中na2o浓度为270g/l，按液固比质量为1:1的比例加一次碱渣，二次碱溶温度为160℃，溶出时间为60min，其余一次母液返回到一次碱溶系统，循环使用；

75.(5)二次碱溶后进行二次分离和二次种分，二次分离后得到二次碱渣，二次种分后得到二次母液和氢氧化铝，二次母液中na2o浓度为250g/l，将二次母液返回到一次碱溶系统，循环使用；

76.(6)步骤(5)中的二次碱渣中铁含量为99.17％，经洗涤、干燥后可用于回收铁产品；

77.(7)步骤(3)和步骤(5)所得到的氢氧化铝经洗涤、焙烧处理后制得化学品氧化铝。技术特征：

1.一种两步碱溶法生产化学品氧化铝的方法，其特征在于，包含如下步骤：(1)氧化铝粗品制备将高铝矿物经干燥、破碎、粉磨后过80目筛，当筛余量小于10％时，经硫酸溶出得到硫酸盐溶液，将硫酸盐溶液喷雾干燥后得到硫酸盐固体，将得到的硫酸盐固体在温度为780

?

820℃的下焙烧1

?

2h得到氧化铝粗品；(2)一次反应2.1一次碱溶，配制na2o浓度为200

?

300g/l的碱溶液，将步骤(1)中得到的氧化铝粗品置于高压反应釜内，向高压反应釜内按液固比质量比为0.5:1

?

1:1的比例加入碱溶液，控制碱溶温度为160

?

220℃，溶出时间为20

?

60min；2.2一次分离，待步骤2.1反应结束后，将所得的混合物离心分离后得到铝酸钠溶液和一次碱渣；2.3一次种分，将步骤2.2中得到的铝酸钠溶液静置6

?

12h后析出氢氧化铝沉淀，过滤氢氧化铝沉淀后得到氢氧化铝和一次母液；2.4化学品氧化铝制备，将步骤2.3中得到的氢氧化铝经洗涤、焙烧处理后制得化学品氧化铝；(3)二次反应3.1二次碱溶，用步骤2.3中得到的一次母液溶解步骤2.2中得到的一次碱渣，一次母液中na2o浓度为200

?

300g/l，一次母液和一次碱渣的液固质量比为0.5:1

?

1:1，控制一次碱溶温度为160

?

220℃，溶出时间为20

?

60min；3.2二次分离，待步骤3.1反应结束后，将所得的混合物离心分离后得到铝酸钠溶液和二次碱渣；3.3二次种分，将步骤3.2中得到的铝酸钠溶液静置6

?

12h后析出氢氧化铝沉淀，过滤氢氧化铝沉淀后得到氢氧化铝和二次母液；3.4回收铁产品，将步骤3.2中得到的二次碱渣经洗涤、焙烧处理后回收铁产品；3.5回用，步骤3.3中得到的二次母液中na2o的浓度为200

?

300g/l，将二次母液返回步骤2.1中用于一次碱溶并循环使用；步骤3.3中得到的氢氧化铝返回步骤2.4中制备化学品氧化铝。2.根据权利要求1所述的一种两步碱溶法生产化学品氧化铝的方法，其特征在于，所述的高铝矿物为氧化铝的质量含量>20％的铝土矿、铝土矿尾矿或高铝煤矸石。3.根据权利要求1所述的一种两步碱溶法生产化学品氧化铝的方法，其特征在于，所述的高压反应釜为高压水热反应釜。4.根据权利要求1所述的一种两步碱溶法生产化学品氧化铝的方法，其特征在于，步骤3.2中所得到的碱渣中铁含量≥98％。

技术总结

本发明属于矿产资源高效利用技术领域，具体公开了一种两步碱溶法生产化学品氧化铝的方法。该方法是将高铝矿物先经干燥、破碎、粉磨、活化、硫酸溶出后获得硫酸盐固体，硫酸盐固体再经喷雾干燥后制得氧化铝粗品，最后进行碱溶两步法生产化学品氧化铝，本发明的具体步骤如下：(1)氧化铝粗品制备，(2)一次反应，(3)二次反应。该方法对矿物中铝含量适应范围广，装置处理能力大，有利于缓解我国高品质铝土矿资源匮乏、进口依赖度高问题，对氧化铝行业可持续发展具有重要意义，为高铝矿物生产氧化铝提供有效的技术指导。供有效的技术指导。供有效的技术指导。

技术研发人员：夏举佩 郑光亚 熊瑞斌 张彪 刘家宁 范仲云 吕继国 崔井泉

受保护的技术使用者：贵州佳灵环保科技有限公司

技术研发日：2021.05.28

技术公布日：2021/9/9