本發(fā)明屬于化合物除雜和工業(yè)廢物回收利用技術領域，特別是涉及一種鋁灰渣除雜的方法。
背景技術：
我國是世界上金屬鋁產量最大的國家，僅2015年原鋁產量就達到3141萬噸。一般每生產一噸鋁要產生30～50Kg鋁灰渣，其主要成分為金屬(Al、Fe、Ca、Mg等)、氧化鋁、二氧化硅、氮化物、碳化物等，其中含量最多的鋁和氧化鋁可達10～80％。隨著我國金屬鋁及鋁合金的生產規(guī)模不斷擴大，鋁灰渣的產生量也出現(xiàn)急劇增長的趨勢。鋁灰中含有氮化物、碳化物及氟化物等，屬于有毒有害物質，被國家環(huán)保部列為《國家危險廢物名錄》，目前的直接填埋法對環(huán)境造成巨大危害。因此，尋找鋁灰渣除雜的經濟有效方法，實現(xiàn)鋁二次資源的有效循環(huán)利用對鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護有著重要的意義。
鋁灰渣二次利用主要是提取制備氧化鋁，前期的除雜工藝直接影響所獲氧化鋁的純度。因此，除雜過程是利用鋁灰渣制備高純度氧化鋁的關鍵工藝。目前，國內外鋁灰渣的除雜、回收處理工藝主要集中在以下幾方面：水洗、酸洗法除雜，浮選法除雜，酸浸、焙燒法除雜，回收金屬鋁和氧化鋁，生產硫酸鋁，制備新型環(huán)境材料、耐火材料等。
中國發(fā)明專利(CN103555955A)公開了一種鋁灰的資源化利用方法，在該發(fā)明中以鋁灰為原料，經過研磨篩分等工藝回收金屬鋁，而后分別采用水洗、加壓堿浸、常壓酸浸等工藝技術，得到富氧化鋁的鋁灰。該工藝中鋁灰經過水洗、堿浸、酸浸等步驟會造成鋁大量損失，造成鋁的回收率降低；并且形成的水洗液、堿洗廢液、酸洗廢液中含有鋁，直接排放，會對環(huán)境造成污染。中國發(fā)明專利(CN1673084A)公開了一種用廢鋁灰生產氧化鋁的方法，該發(fā)明將鋁灰渣篩選后進行磁選除鐵并脫水處理，在脫水后的鋁灰中加入Na2CO3溶液，得到鋁灰漿料，然后在1100～1200℃燒結后冷卻并用水溶出得到鋁酸鈉粗溶液，再通過加溫、壓濾獲得精鋁酸鈉溶液，最后通入CO2析晶得到氫氧化鋁并煅燒得到氧化鋁。該工藝中將鋁灰渣與Na2CO3溶液混合高溫焙燒，對設備的防腐蝕性要求很高，工藝也過于繁瑣。中國發(fā)明專利(CN103058239A)公開了一種從粉煤灰中提取氧化鋁和白炭黑的方法，在該發(fā)明中采用氫氧化鈉浸提非晶態(tài)二氧化硅、碳酸化分離硅酸、硅酸鈉回收、殘渣燒結、鹽酸浸提氧化鋁和分離硅酸等步驟，實現(xiàn)了從粉煤灰中高效提取氧化鋁和二氧化硅用于生產白炭黑和氧化鋁。同樣，該工藝對設備的防腐蝕性要求很高，且其工藝關鍵為實現(xiàn)氧化鋁和二氧化硅的分離回收。
綜上，隨著我國社會經濟的發(fā)展，鋁生產規(guī)模不斷擴大，產生的鋁灰渣越來越多，由于鋁灰渣中鋁含量可觀且鋁灰渣屬于有毒有害物質，直接廢棄，將會破壞環(huán)境，而除雜工藝可使鋁灰渣變廢為寶，因此研究鋁灰渣除雜的工藝具有很大的經濟意義和社會意義。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對鋁灰渣除雜時存在污染大、物耗能耗高、雜質含量高等問題，提出了一種鋁灰渣除雜的方法。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
將鋁灰渣研磨篩分、水洗后進行焙燒得到焙燒粉料，接著用NaOH溶液堿溶焙燒粉料，得到鋁堿溶液；然后在鋁堿溶液中加入稀鹽酸直至溶液中沉淀量不再發(fā)生變化，再進行固液分離獲得AlCl3濾液；最后在AlCl3濾液中通入氨水，過濾得到氫氧化鋁沉淀，最終實現(xiàn)鋁灰渣除雜的目的。
進一步地，所述方法具體包括以下步驟：
(1)將鋁灰渣研磨篩分、水洗后，進行焙燒處理，得到一定粒度大小的焙燒粉料；此步驟(1)利用機械-化學復合法活化鋁灰渣并除去鋁灰渣中的Na、K、Cl、F、Si等雜質；
(2)堿溶：將焙燒粉料加入NaOH溶液，加熱條件下攪拌一段時間后，進行固液分離，除去含有Fe、Mg、Ca、Cu等沉淀的濾渣A，得到鋁堿溶液；
(3)在鋁堿溶液中加入過量稀鹽酸，觀察溶液中沉淀，直至沉淀量不發(fā)生變化，然后進行固液分離除去含有硅酸沉淀的濾渣B，得到AlCl3濾液；
(4)在AlCl3濾液中，加入氨水調節(jié)pH值，靜置反應一段時間后過濾，除去濾液，得到氫氧化鋁沉淀。
進一步地，所述步驟(1)中，研磨篩分粒度大小為20～100目；水洗時間可以為1～8h，優(yōu)選為3～7h；水洗溫度可以為25～120℃，優(yōu)選為80～110℃；焙燒溫度為500～1000℃，優(yōu)選為650～900℃；焙燒時間為1～6h，優(yōu)選為1～4h。
進一步地，所述步驟(2)中，所用的NaOH溶液濃度為20～40wt％(質量分數(shù))；液固質量比(NaOH溶液:焙燒粉料)為3:1～12:1，優(yōu)選為4:1～10:1；堿溶溫度(即加熱溫度)為100～300℃，優(yōu)選為150～300℃；堿溶時間(即攪拌時間)為2～4h。
進一步地，所述步驟(3)中，稀鹽酸先與鋁堿溶液中的NaAlO2、Na2SiO3反應生成氫氧化鋁沉淀和硅酸沉淀，然后過量的稀鹽酸再將氫氧化鋁沉淀全部溶解，濾渣B為硅酸沉淀，稀鹽酸的濃度優(yōu)選為15～30wt％。
進一步地，所述步驟(4)中，加入氨水調節(jié)溶液的pH值為8～9，靜置時間為0.5～2h，氨水的濃度優(yōu)選為20～30wt％。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)對鋁灰渣除雜效率高：通過進行高溫焙燒預處理，再加入NaOH溶液堿溶等工藝能更加有效的除去鋁灰渣中的氟鹽、金屬氧化物、氧化硅等雜質，有利于回收得到高純度氧化鋁。(2)可操作性強：原料成本低且易得，步驟簡明，環(huán)保無污染，對設備的防腐蝕性要求低，適合于工業(yè)化生產。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明中鋁灰渣除雜流程如圖1所示，將鋁灰渣研磨篩分、水洗后進行焙燒得到焙燒粉料，接著用NaOH溶液堿溶焙燒粉料，得到鋁堿溶液和濾渣A；然后在鋁堿溶液中加入稀鹽酸直至溶液中沉淀量不再發(fā)生變化，再進行固液分離獲得濾渣B和AlCl3濾液(濾液主要含有AlCl3)。最后在AlCl3濾液中通入氨水，過濾得到氫氧化鋁沉淀，最終實現(xiàn)鋁灰渣除雜的目的。具體過程參見實施例，其中，鋁灰渣為電解鋁或鑄造鋁生產工藝中產生的熔渣經冷卻后的產物。
實施例1
步驟(1)：將鋁灰渣研磨篩分、水洗(去離子水)后，進行焙燒處理，得到一定粒度大小的焙燒粉料；其中，篩分條件為20目；水洗條件為：水洗溫度80℃，水洗時間7h；焙燒條件為：焙燒時間4h，焙燒溫度650℃。
步驟(2)：將焙燒粉料加入NaOH溶液，加熱并攪拌一段時間后，通過過濾進行固液分離，得到鋁堿溶液；其中，NaOH溶液濃度40wt％，液固質量比4:1，堿溶時間4h，堿溶溫度150℃。
步驟(3)：在鋁堿溶液中加入過量稀鹽酸，觀察溶液中沉淀，直至沉淀量不發(fā)生變化，然后通過過濾進行固液分離，得到AlCl3濾液；其中，稀鹽酸濃度30wt％。
步驟(4)：在AlCl3濾液中，持續(xù)不斷地加入氨水調節(jié)pH值至9，靜置反應一段時間后過濾，除去濾液，得到氫氧化鋁沉淀；其中，氨水濃度28wt％，靜置時間2h。
實施例2
步驟(1)：將鋁灰渣研磨篩分、水洗(去離子水)后，進行焙燒處理，得到一定粒度大小的焙燒粉料；其中，篩分條件為20目；水洗條件為：水洗溫度90℃，水洗時間6h；焙燒條件為：焙燒時間3.5h，焙燒溫度700℃。
步驟(2)：將焙燒粉料加入NaOH溶液，加熱并攪拌一段時間后，通過過濾進行固液分離，得到鋁堿溶液；其中，NaOH溶液濃度40wt％，液固質量比5:1，堿溶時間4h，堿溶溫度180℃。
步驟(3)：在鋁堿溶液中加入過量稀鹽酸，觀察溶液中沉淀，直至沉淀量不發(fā)生變化，然后通過過濾進行固液分離，得到AlCl3濾液；其中，稀鹽酸濃度25wt％。
步驟(4)：在AlCl3濾液中，持續(xù)不斷地加入氨水調節(jié)pH值至9，靜置反應一段時間后過濾，除去濾液，得到氫氧化鋁沉淀；其中，氨水濃度26wt％，靜置時間1.5h。
實施例3
步驟(1)：將鋁灰渣研磨篩分、水洗(去離子水)后，進行焙燒處理，得到一定粒度大小的焙燒粉料；其中，篩分條件為60目；水洗條件為：水洗溫度100℃，水洗時間6h；焙燒條件為：焙燒時間3h，焙燒溫度750℃。
步驟(2)：將焙燒粉料加入NaOH溶液，加熱并攪拌一段時間后，通過過濾進行固液分離，得到鋁堿溶液；其中，NaOH溶液濃度35wt％，液固質量比6:1，堿溶時間3.5h，堿溶溫度210℃。
步驟(3)：在鋁堿溶液中加入過量稀鹽酸，觀察溶液中沉淀，直至沉淀量不發(fā)生變化，然后通過過濾進行固液分離，得到AlCl3濾液；其中，稀鹽酸濃度25wt％。
步驟(4)：在AlCl3濾液中，持續(xù)不斷地加入氨水調節(jié)pH值至8.5，靜置反應一段時間后過濾，除去濾液，得到氫氧化鋁沉淀；其中，氨水濃度25wt％，靜置時間1.5h。
實施例4
步驟(1)：將鋁灰渣研磨篩分、水洗(去離子水)后，進行焙燒處理，得到一定粒度大小的焙燒粉料；其中，篩分條件為60目；水洗條件為：水洗溫度100℃，水洗時間5h；焙燒條件為：焙燒時間2.5h，焙燒溫度800℃。
步驟(2)：將焙燒粉料加入NaOH溶液，加熱并攪拌一段時間后，通過過濾進行固液分離，得到鋁堿溶液；其中，NaOH溶液濃度30wt％，液固質量比7:1，堿溶時間3h，堿溶溫度240℃。
步驟(3)：在鋁堿溶液中加入過量稀鹽酸，觀察溶液中沉淀，直至沉淀量不發(fā)生變化，然后通過過濾進行固液分離，得到AlCl3濾液；其中，稀鹽酸濃度20wt％。
步驟(4)：在AlCl3濾液中，持續(xù)不斷地加入氨水調節(jié)pH值至8.5，靜置反應一段時間后過濾，除去濾液，得到氫氧化鋁沉淀；其中，氨水濃度24wt％，靜置時間1h。
實施例5
步驟(1)：將鋁灰渣研磨篩分、水洗(去離子水)后，進行焙燒處理，得到一定粒度大小的焙燒粉料；其中，篩分條件為80目；水洗條件為：水洗溫度120℃，水洗時間4h；焙燒條件為：焙燒時間2h，焙燒溫度850℃。
步驟(2)：將焙燒粉料加入NaOH溶液，加熱并攪拌一段時間后，通過過濾進行固液分離，得到鋁堿溶液；其中，NaOH溶液濃度25wt％，液固質量比8:1，堿溶時間2.5h，堿溶溫度270℃。
步驟(3)：在鋁堿溶液中加入過量稀鹽酸，觀察溶液中沉淀，直至沉淀量不發(fā)生變化，然后通過過濾進行固液分離，得到AlCl3濾液；其中，稀鹽酸濃度20wt％。
步驟(4)：在AlCl3濾液中，持續(xù)不斷地加入氨水調節(jié)pH值至8，靜置反應一段時間后過濾，除去濾液，得到氫氧化鋁沉淀；其中，氨水濃度22wt％，靜置時間1h。
實施例6
步驟(1)：將鋁灰渣研磨篩分、水洗(去離子水)后，進行焙燒處理，得到一定粒度大小的焙燒粉料；其中，篩分條件為100目；水洗條件為：水洗溫度120℃，水洗時間3h；焙燒條件為：焙燒時間1h，焙燒溫度900℃。
步驟(2)：將焙燒粉料加入NaOH溶液，加熱并攪拌一段時間后，通過過濾進行固液分離，得到鋁堿溶液；其中，NaOH溶液濃度20wt％，液固質量比10:1，堿溶時間2h，堿溶溫度300℃。
步驟(3)：在鋁堿溶液中加入過量稀鹽酸，觀察溶液中沉淀，直至沉淀量不發(fā)生變化，然后通過過濾進行固液分離，得到AlCl3濾液；其中，稀鹽酸濃度15wt％。
步驟(4)：在AlCl3濾液中，持續(xù)不斷地加入氨水調節(jié)pH值至8，靜置反應一段時間后過濾，除去濾液，得到氫氧化鋁沉淀；其中，氨水濃度20wt％，靜置時間0.5h。
結果表明，本發(fā)明采用研磨、水洗、焙燒、堿溶、酸處理等工藝，能有效的除去Na、K、Cl、F、Si、Mg、Fe、Ca、Cu、Mn等雜質，獲得較純的氫氧化鋁沉淀，為后續(xù)制備氧化鋁及其他含鋁產品提供高純原料，使鋁灰渣得到了更加充分的利用，具有原料來源廣、對環(huán)境污染小、物耗能耗低、成本低等優(yōu)點，適合于工業(yè)化生產。