專利名稱：一種用含鐵氯化鋁溶液生產(chǎn)冶金級氧化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)氧化鋁的工藝，尤其是以含鐵氯化鋁溶液為原料生產(chǎn)冶金級氧化鋁的工藝。
背景技術(shù)：
冶金級氧化鋁是用于電解生產(chǎn)金屬鋁的重要原料。目前在工業(yè)生產(chǎn)中，所有的冶金級氧化鋁產(chǎn)品均是從堿體系得到的，即將堿性的偏鋁酸鈉溶液通過種分或碳分的方法制得氫氧化鋁，然后經(jīng)煅燒制備冶金級氧化鋁。經(jīng)由堿體系制備的氧化鋁具有含鐵量低，生產(chǎn)工藝相對簡單，能耗低，對設(shè)備的腐蝕性小等優(yōu)點，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。其生產(chǎn)氧化鋁所采用的原料主要為鋁土礦。隨著中國氧化鋁產(chǎn)能的迅速擴張，鋁土礦的需求也大幅增長。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)統(tǒng)計，中國目前鋁土礦已探明的儲量為7億噸，按照目前對鋁土礦的需求狀況，只能維持約20年的生產(chǎn)。另外，中國絕大部分鋁土礦開采和冶煉難度大。為了維持氧化鋁企業(yè)的正常生產(chǎn)，我國每年需要進口大量的鋁土礦。隨著鋁土礦資源的日益枯竭和氧化鋁產(chǎn)能的迅速擴張，采用其它含鋁礦物或含鋁廢渣為原料提取氧化鋁，是對氧化鋁生產(chǎn)的有益補充。由于這些原料與鋁土礦的化學組成和反應(yīng)活性不同，在提取氧化鋁過程中有時采用酸法，即經(jīng)由酸性的氯化鋁或硫酸鋁溶液制備氧化鋁。如專利CN200610017139. 2公開了 “一種制備氧化鋁的方法”，采用循環(huán)流化床粉
煤灰為原料，經(jīng)鹽酸或硫酸溶解，制得氯化鋁/硫酸鋁溶液，再經(jīng)濃縮結(jié)晶、煅燒、堿溶除鐵制備冶金級氧化鋁。專利CN1107807公開了 “用煤矸石制備氫氧化鋁工藝”，以煤矸石為原料，用鹽酸或硫酸浸取得到其中的氧化鋁。專利CN1334240公開了 “利用高嶺巖(土)生產(chǎn)超純氧化鋁的工藝”，將高嶺巖 (土)與酸反應(yīng)生成鋁鹽溶液，再與堿反應(yīng)除去鐵、鈦等雜質(zhì)。以上這些方法均是以含鋁礦物或含鋁廢渣為原料，經(jīng)酸法提取氧化鋁。酸法具有工藝簡單，能耗低，廢渣量少等優(yōu)點。但在酸性溶液中，鐵等雜質(zhì)以非常穩(wěn)定的離子形式存在，難以去除，因此酸法制備的氧化鋁產(chǎn)品中通常含有較多鐵等雜質(zhì)。針對這個問題，通常在堿性溶液中除鐵，即將酸法得到的氧化鋁堿溶，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇艿钠X酸鈉，而鐵變?yōu)闅溲趸F沉淀，經(jīng)固液分離將鐵除去。如前面述及三個專利中均采用此方法除鐵。這種采用先酸后堿的工藝，使生產(chǎn)工藝復(fù)雜化，也增加了生產(chǎn)成本。因此，開發(fā)一種以含鐵的酸性氯化鋁溶液為原料直接生產(chǎn)冶金級氧化鋁的方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以氯化鋁溶液為原料制備冶金級氧化鋁的方法，其中氯化鋁溶液含有鐵。
本發(fā)明所提供的以含鐵氯化鋁溶液為原料制備冶金級氧化鋁的方法，包括以下步驟(1)將含鐵氯化鋁溶液通入樹脂柱除鐵，制得氯化鋁精制液；(2)對步驟(1)所得精制液進行負壓濃縮，濃縮后的液體經(jīng)冷卻、結(jié)晶、固液分離后得到結(jié)晶氯化鋁；(3)將步驟(2)所得到的結(jié)晶氯化鋁煅燒得到冶金級氧化鋁產(chǎn)品。本發(fā)明所述方法的步驟(1)中將含鐵氯化鋁溶液通入大孔型陽離子樹脂柱進行深度除鐵，制得氯化鋁精制液，處理溫度為室溫 90°C，優(yōu)選范圍為60 80°C;酸浸液流速為1 4倍樹脂體積/小時，優(yōu)選范圍為2 3倍樹脂體積/小時；處理時酸浸液以下進上出的方式通過樹脂柱，溶液在樹脂空隙中呈活塞狀向上流動。樹脂柱可采用單柱或雙柱串連的方式。所述大孔型陽離子樹脂可以選用D001、732、742、7020H、7120H、JK008或SPC-1樹脂。當所述大孔型陽離子樹脂吸附飽和后，經(jīng)洗脫和再生使樹脂恢復(fù)吸附能力，洗脫條件為洗脫劑采用水或2 10wt%的鹽酸，優(yōu)選范圍為3 5wt% ；洗脫溫度為室溫 600C，洗脫劑用量為1 3倍樹脂體積，洗脫劑流速為1 3倍樹脂體積/小時，洗脫時洗脫劑以上進下出的方式通過樹脂柱；再生時采用2 10wt%的鹽酸，優(yōu)選范圍為3 5wt%， 溫度為室溫 60°C，鹽酸用量為1 2倍樹脂體積，鹽酸流速為1 3倍樹脂體積/小時， 再生時鹽酸以上進下出的方式通過樹脂柱。所述步驟⑵中對步驟⑴所得精制液進行負壓濃縮，濃縮壓力為-0. 03 -0. 07MPa，優(yōu)選范圍為-0. 04 -0. 06MPa ；濃縮溫度為50 110°C，優(yōu)選范圍為70 80°C ；濃縮后的液體冷卻析出結(jié)晶氯化鋁，經(jīng)固液分離得到結(jié)晶氯化鋁產(chǎn)品。所述步驟O)中，在冷卻時，控制析出的晶體重量占氯化鋁精制液原重量的40 65%之間，使大部分氯化鋁結(jié)晶析出，而極少量氯化鐵等雜質(zhì)由于濃度較低，仍留在溶液當中。剩余母液返回精制液重新濃縮結(jié)晶。當母液循環(huán)到一定次數(shù)，雜質(zhì)含量較高時，需要對母液重新進行樹脂除鐵處理，或另作它用。所述固液分離可采用常規(guī)操作方法，使用離心分離或真空帶式過濾。所述步驟(3)中將步驟O)中得到的結(jié)晶氯化鋁產(chǎn)品在900 1200°C，優(yōu)選范圍為950 1100°C，進行煅燒分解，得到冶金級氧化鋁產(chǎn)品。所述煅燒可采用一段式煅燒或分段式煅燒。一段式煅燒是將結(jié)晶氯化鋁直接加熱至900 1200°C，煅燒時間1 4小時，熱分解后得到氧化鋁產(chǎn)品。分段式煅燒是首先將結(jié)晶氯化鋁在300 500°C加熱1 2小時，使大部分結(jié)晶氯化鋁分解，然后升溫至900 1200°C煅燒1 3小時，得到氧化鋁產(chǎn)品。本發(fā)明所具有的有益效果是，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)過程易于控制、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。本發(fā)明選用含鐵氯化鋁溶液作為原料，采用樹脂吸附的方法除鐵，與以往堿法除鐵的工藝相比，此方法操作步驟簡單、生產(chǎn)成本低、除鐵效果好。利用本發(fā)明的方法所得到的氧化鋁產(chǎn)品，其Al2O3含量不低于98. 9wt%, !^e2O3含量不高于 0. 004wt%, SiO2含量不高于0. 02wt%，Na2O含量不高于0. 08wt%，均達到或高于中華人民共和國有色金屬行業(yè)標準《YS/T 274-1998氧化鋁》中對冶金級氧化鋁一級品的純度要求。其中Fii2O3和Na2O含量比標準的0. 02wt%,0.數(shù)倍。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式結(jié)合附圖和下面的實施例進一步詳細說明本發(fā)明的方法，但本發(fā)明并不因此而受到任何限制。實施例1表1氯化鋁溶液的化學成分(g/L)與pH值
成分Al2O3Fe2O3SiO2TiO2CaOMgOK2ONa2OpH溶液185. 601. 090. 110. 0050. 970. 440. 640. 0741. 6溶液2107. 102. 240. 190. 0091. 120. 650. 480. 0671. 3(1)、以pH值為1.6，鋁含量(以氧化鋁計)為85.60g/L，鐵含量(以三氧化二鐵計)為1.09g/L的氯化鋁溶液為原料，其化學成分如表1所示。用裝有DOOl (安徽皖東化工廠)樹脂的樹脂柱，用單柱的方式進行除鐵，處理時酸浸液流速為2倍樹脂體積/小時， 處理溫度60°C，得到氯化鋁精制液；當樹脂吸附飽和后，經(jīng)過洗脫和再生使樹脂恢復(fù)吸附能力，洗脫條件為洗脫劑采用濃度為^t %的鹽酸，洗脫溫度為50°C，鹽酸流速為樹脂的1倍體積/小時，共采用2倍樹脂體積的洗脫劑進行洗脫；再生時采用濃度為的鹽酸，溫度為30°C，鹽酸流速為樹脂的2倍體積/小時，共采用1倍樹脂體積的鹽酸進行再生。(2)、將步驟⑴所得的氯化鋁精制液進行蒸發(fā)濃縮，濃縮時壓力為-0. 04MPa，濃縮溫度80°C，經(jīng)濃縮后冷卻、結(jié)晶，控制析出的晶體占氯化鋁液體原重量的65%，經(jīng)固液分離得到結(jié)晶氯化鋁。(3)將步驟⑵所得結(jié)晶氯化鋁在400°C煅燒2小時，然后在1100°C煅燒2小時， 得到氧化鋁。經(jīng)測定，氧化鋁產(chǎn)品的化學成分如表2所示。實施例2除步驟(1)外，其他操作工藝條件均與實施例1相同。步驟(1)中的操作工藝條件調(diào)整為(1)將含鐵氯化鋁溶液用裝有732 (安徽三星樹脂科技有限公司)樹脂的樹脂柱， 用雙柱串連的方式進行除鐵，處理時酸浸液流速為4倍樹脂體積/小時，得到氯化鋁精制液；當樹脂吸附飽和后，經(jīng)過洗脫和再生使樹脂恢復(fù)吸附能力，洗脫條件為洗脫劑采用水，洗脫溫度為60°C，水流速為樹脂的1倍體積/小時，共采用3倍樹脂體積的洗脫劑進行洗脫；再生時采用濃度為6wt %的鹽酸，溫度為50°C，鹽酸流速為樹脂的3倍體積/小時， 共采用2倍樹脂體積的鹽酸進行再生。
經(jīng)測定，氧化鋁產(chǎn)品的化學成分如表2所示。實施例3將實施例2中步驟(1)所使用的樹脂換為JK008(安徽皖東化工廠)樹脂，其它工藝條件不變。當樹脂吸附飽和后，經(jīng)過洗脫和再生使樹脂恢復(fù)吸附能力，洗脫條件為洗脫劑采用濃度為8wt%的鹽酸，洗脫溫度為30°C，鹽酸流速為2倍樹脂體積/小時，共采用1倍樹脂體積的洗脫劑進行洗脫；再生時采用濃度為的鹽酸，溫度為室溫，鹽酸流速為樹脂的2倍體積/小時，共采用1倍樹脂體積的鹽酸進行再生。經(jīng)測定，氧化鋁產(chǎn)品的化學成分如表2所示。實施例4除步驟(2)外，其他操作工藝條件均與實施例1相同。步驟O)中的操作工藝條件調(diào)整為(2)將步驟(1)所得的氯化鋁精制液進行蒸發(fā)濃縮，濃縮時壓力為-0. 06MPa，濃縮溫度70°C，濃縮后冷卻、結(jié)晶，控制析出的晶體占氯化鋁液體原重量的40%，經(jīng)固液分離得到結(jié)晶氯化鋁。經(jīng)測定，氧化鋁產(chǎn)品的化學成分如表2所示。實施例5除步驟(3)外，其他操作工藝條件均與實施例1相同。步驟(3)中的操作工藝條件調(diào)整為(3)將步驟(2)中得到的結(jié)晶氯化鋁在1100°C煅燒2小時得到氧化鋁產(chǎn)品。經(jīng)測定，氧化鋁產(chǎn)品的化學成分如表2所示。實施例6將實施例1中的氯化鋁溶液換為pH值為1. 3，鋁含量(以氧化鋁計)為107. IOg/ L，鐵含量(以三氧化二鐵計)為2. 24g/L的氯化鋁溶液作為原料，其化學成分如表1所示。 其它操作工藝條件不變。經(jīng)測定，氧化鋁產(chǎn)品的化學成分如表2所示。對比實施例步驟( 、(3)同實施例1，省略步驟(1)，即氯化鋁溶液不經(jīng)樹脂交換除鐵而直接濃縮結(jié)晶、煅燒，得到氧化鋁產(chǎn)品。經(jīng)測定，氧化鋁產(chǎn)品的化學成分如表2所示。表2氧化鋁產(chǎn)品的化學成分
權(quán)利要求
1.一種用含鐵氯化鋁溶液生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于，所述方法包括(1)將含鐵氯化鋁溶液通入大孔型陽離子樹脂柱進行除鐵，制得氯化鋁精制液，處理溫度為室溫 90°c ；酸浸液流速為1 4倍樹脂體積/小時；處理時酸浸液以下進上出的方式通過樹脂柱；(2)對步驟(1)所得氯化鋁精制液進行負壓濃縮，濃縮壓力為-0.03 -0. 07MPa，濃縮溫度為50 110°C ；濃縮后的液體冷卻析出結(jié)晶氯化鋁，經(jīng)固液分離，得到結(jié)晶氯化鋁產(chǎn)品 ；(3)將步驟O)中得到的結(jié)晶氯化鋁產(chǎn)品在900 1200°C進行煅燒分解，煅燒時間 1 4小時；或?qū)⒔Y(jié)晶氯化鋁在300 500°C加熱1 2小時，然后升溫至900 1200°C煅燒1 3小時，得到冶金級氧化鋁產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟⑴中的處理溫度為60 80°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中酸浸液流速為2 3倍樹脂體積/小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，樹脂柱采用單柱或雙柱串連的方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，大孔型陽離子樹脂是D001、732、742、 7020H、7120H、JK008 或 SPC-I0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，大孔型陽離子樹脂吸附后，對其進行洗脫和再生，洗脫條件為洗脫劑采用水或2 IOwt %的鹽酸，優(yōu)選為3 5wt %，洗脫溫度為室溫 60°C，洗脫劑用量為1 3倍樹脂體積，洗脫劑流速為1 3倍樹脂體積/小時，洗脫時洗脫劑以上進下出的方式通過樹脂柱；再生時采用2 10wt%的鹽酸，優(yōu)選為3 5wt%， 溫度為室溫 60°C，鹽酸用量為1 2倍樹脂體積，鹽酸流速為1 3倍樹脂體積/小時， 再生時鹽酸以上進下出的方式通過樹脂柱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟⑵中濃縮壓力是-0. 04 -0. 06MPa,濃縮溫度是70 80°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中冷卻析出的結(jié)晶氯化鋁重量占氯化鋁精制液原重量的40% 65%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中固液分離采用離心分離或真空帶式過濾。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中煅燒溫度范圍為950 1100°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以含鐵氯化鋁溶液為原料生產(chǎn)冶金級氧化鋁的方法，其包括(1)將含鐵氯化鋁溶液通入樹脂柱除鐵，得氯化鋁精制液；(2)對步驟(1)所得精制液進行負壓濃縮，濃縮后的液體經(jīng)冷卻、結(jié)晶、固液分離后得到結(jié)晶氯化鋁；(3)將步驟(2)所得到的結(jié)晶氯化鋁煅燒得到冶金級氧化鋁產(chǎn)品。本發(fā)明的生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)過程易于控制，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
文檔編號C01F7/02GK102153118SQ20111010410
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者南清安, 楊殿范, 池君洲, 王丹妮, 王永旺, 董宏, 郭昭華, 魏存弟 申請人:中國神華能源股份有限公司, 神華準格爾能源有限責任公司