專利名稱：氫氧化鋁的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用酸法對經(jīng)粉碎、活化焙燒的含氧化鋁礦料進行處理，處理后物料用水浸取，加入除鐵劑，進行固液分離，液體中加硫酸銨純化，經(jīng)濃縮、冷卻后加入氨水使反應(yīng)體系中氫氧化鋁經(jīng)分離、洗滌、脫水烘干處理，以制取固態(tài)氫氧化鋁的方法。這里的含氧化鋁礦料指鋁釩土或其它含氧化鋁的礦料，特別是鋁硅比較低的礦料，如粘土礦，高嶺土等。
用高鋁硅比的礦料生產(chǎn)氫氧化鋁均采用拜耳法(即堿法)。而這種成熟的生產(chǎn)方法不適用于用低鋁硅比的礦料生產(chǎn)氫氧化鋁。由于資源問題的困擾及世界鋁需求量的增加，尋找一種可用低鋁硅比的礦料生產(chǎn)氫氧化鋁的方法已成為當(dāng)今鋁工業(yè)急待解決的課題。
利用低鋁硅比的礦料，如高嶺土，生產(chǎn)氫氧化鋁現(xiàn)公開的方法有如下幾類1、酸分解法即用鹽酸、硝酸或硫酸對已經(jīng)焙燒的礦料進行處理，制取氫氧化鋁。這類方法在生產(chǎn)中均存在著除鐵等雜質(zhì)困難的不足。此外，由于酸難以回收，造成生產(chǎn)中對大氣、水質(zhì)的污染。
2、亞硫酸分解法本法是用亞硫酸為分解劑對焙燒活化后的礦料進行處理，并對所得的亞硫酸鹽進一步處理得到純度較高的酸式亞硫酸二羥鹽，以此除去雜質(zhì)。提純后的產(chǎn)物經(jīng)加堿中和得到氫氧化鋁。但這種方法所用原料-亞硫酸難以儲存，而且分解礦料時需高壓長時間浸取。
3、硫酸氫銨分解法本法是在壓煮器中用硫酸氫銨高壓分解已焙燒的礦料。分解后固液分離，在液體中加硫酸銨，然后進行濃縮，冷卻使銨明礬結(jié)晶。加入氨水使反應(yīng)體系中產(chǎn)生氫氧化鋁。這一方法使除鐵等雜質(zhì)較為簡便，而且整個工藝可以是一個閉路循環(huán)系統(tǒng)，因此是一種比前述方法更好的工藝。但是此方法需高壓浸取，且硫酸銨轉(zhuǎn)為硫酸氫銨過程中耗能較高。
上述方法參見《氧化鋁和鋁》一書(冶金工業(yè)出版社，W·富爾達，H·金詩伯著)。
由于前述各類方法存在的不足，致使這些方法沒有在實際工業(yè)生產(chǎn)中采用。
本發(fā)明的目的是提供一種可克服前述現(xiàn)有技術(shù)不足，在生產(chǎn)過程中除鐵，硅雜質(zhì)較容易、簡便，且無需高壓浸取，適于工業(yè)使用的用低鋁硅比礦物生產(chǎn)氫氧化鋁的方法。
本發(fā)明是在將焙燒后的含氧化鋁礦料與硫酸銨在加熱條件下進行反應(yīng)，使反應(yīng)體系中產(chǎn)生鋁鹽，其主反應(yīng)式如下
在此反應(yīng)中可采用下述已知方法除鐵。將含鐵的硫酸鋁用高錳酸鉀和硫酸錳在70℃下處理30分鐘，其中高錳酸鉀與硫酸錳的分子比為2∶3?；虿捎肏2O2-BaS體系除鐵。由于在本發(fā)明中硅不參與反應(yīng)，所以可直接通過后續(xù)的固液分離將其濾去。經(jīng)除鐵后進行固液分離，分離后液體中加入硫酸銨，體系中生成銨明礬，經(jīng)濃縮，冷卻后加入氨水使反應(yīng)體系中產(chǎn)生氫氧化鋁。上述反應(yīng)方程如下
對反應(yīng)產(chǎn)物可采用現(xiàn)有技術(shù)將氫氧化鋁與硫酸銨分離，對氫氧化鋁進行洗滌、脫水、烘干后即得固態(tài)氫氧化鋁。
本方法的工藝流程圖見

圖1。
采用本方法時氧化鋁與硫酸銨反應(yīng)中產(chǎn)生的氨經(jīng)回收可在后續(xù)工序中使用，而生成氫氧化鋁后產(chǎn)生的硫酸銨母液及洗滌等工序產(chǎn)生的濾液經(jīng)濃縮后又可返回前工序使用。，由此可見本方法可成一閉路循環(huán)系統(tǒng)。
本發(fā)明中參與和礦料中氧化鋁反應(yīng)的硫酸銨重量與礦料中氧化鋁重量比為1∶3.7～4為好。
本發(fā)明中硫酸銨加入時應(yīng)在溫度低于或等于300℃±20℃，以減小硫酸銨過多的分解。反應(yīng)溫度控制在400～500℃內(nèi)最好。
本發(fā)明的最佳反應(yīng)條件由后述實施例給出。
利用本發(fā)明進行實際生產(chǎn)時，按現(xiàn)有技術(shù)在銨明礬溶液中加入氨水將使反應(yīng)體系產(chǎn)生膠體，使其分離等后處理遇到困難。本發(fā)明在此提供一種可使反應(yīng)體系中氫氧化鋁產(chǎn)生晶型或主要是晶型沉濾的方法。其方法是加入氨水濃度大于15%;或者，加入氨水濃水小于6%。氨加入量最好符合下條件，即銨明礬結(jié)晶重量與加入的氨重量比為8.8～8.9。
本發(fā)明所提供的方法適用于用低鋁硅比的礦料生產(chǎn)氫氧化鋁，從原理上講也同樣適于用高鋁硅比的礦料生產(chǎn)氫氧化鋁。因此本發(fā)明的公開為氫氧化鋁的生產(chǎn)提供了新的生產(chǎn)方法。將本發(fā)明與現(xiàn)有的焙燒工藝結(jié)合，即可生產(chǎn)供電解鋁所用的氧化鋁，因此，發(fā)明為鋁工業(yè)提供了新的原料來源。此外，由于本發(fā)明是固相反應(yīng)，且反應(yīng)原料回收非常容易，整個工藝可成為閉路循環(huán)系統(tǒng)，故而在生產(chǎn)中基本上不會產(chǎn)生對大氣或水質(zhì)的污染。而且從分析來看，本發(fā)明的生產(chǎn)成本將低于前述現(xiàn)有的酸法等技術(shù)的生產(chǎn)成本。在實施本發(fā)明時采且本發(fā)明提供的反應(yīng)溫度控制條件，特別是用權(quán)利要求4所述的分段溫度控制方法，可得到最大的鋁轉(zhuǎn)化率和硫酸銨收率。在本發(fā)明中，因采取必要的技術(shù)措施，使氫氧化鋁形成晶型沉淀，可大大簡化氫氧化鋁的分離工作。
以下提供本發(fā)明的實施例，其中前三個實施例中礦料與硫酸銨的反應(yīng)在不銹鋼制的反應(yīng)爐內(nèi)進行，反應(yīng)爐外用煤火加熱。第四實施例在管式電爐中進行反應(yīng)。所加除鐵，劑為高錳酸鉀和硫酸錳，其中高錳酸鉀和硫酸錳分子比為2∶3。
例150分斤經(jīng)粉碎，焙燒的高嶺土(Al2O335%)與66公斤硫酸銨混勻，在爐溫為280℃時加入爐內(nèi)，然后連續(xù)升溫，在3.5小時內(nèi)升溫至480℃±20℃，共反應(yīng)4.5小時，爐內(nèi)PH值為5-6，出料后用水浸取，加入除鐵劑進行處理，固液分離，清液中補加硫酸銨22公斤。濃縮、冷卻后得明礬結(jié)晶112公斤。加入22%氨水60公斤，此時形成氫氧化鋁晶形沉淀達90%以上。經(jīng)洗滌、脫水、烘干后收得氫氧化鋁20公斤，鋁轉(zhuǎn)化率73.1%?；厥樟蛩徜@75公斤，回收率85.0%。
例250公斤經(jīng)破碎，焙燒的高嶺土(Al2O335%)與69公斤硫酸銨混勻，于爐溫300℃時入爐。連續(xù)升溫，在3小時內(nèi)升溫至480℃±20℃，共反應(yīng)4小時后爐內(nèi)PH值達5～6，出料后水浸取，加除鐵劑后進行固液分離，清液中補加硫酸銨22公斤，濃縮冷卻后加入15%氨水92公斤，氫氧化鋁晶型沉淀達90%以上，離心分離后經(jīng)洗滌、脫水、烘干后得氫氧化鋁21公斤，鋁轉(zhuǎn)化率76.8%。回收硫酸銨77公斤，收率84%例350公斤礦料(與前例相同)，與69公斤硫酸銨混勻，爐溫300℃時進料，40分鐘內(nèi)反應(yīng)爐升溫至360℃±20℃，在360℃±20℃保溫1.5～2小時，然后在10分鐘內(nèi)升溫至420℃±20℃保溫1.5～2小時，在10分鐘內(nèi)再次升溫至480℃～500℃，并保溫1.5～2小時，當(dāng)爐內(nèi)PH值達5～6時出爐，水浸取后加入除鐵劑，固液分離后，清液中加硫酸銨22公斤，濃縮、冷卻后得銨明礬晶體126公斤，加入5%氨水288公斤，氫氧化鋁晶型沉淀達90%以上，離心分離后經(jīng)洗滌、脫水、烘干收得氫氧化鋁22公斤，鋁轉(zhuǎn)化率80.4%，回收硫酸銨78公斤，收率86%。
例450g經(jīng)粉碎，焙燒的粘土(Al2O330%)與52g硫酸銨混勻，于300℃加入爐內(nèi)于30分鐘升溫至360℃，在360℃±20℃保溫1.5小時，10分鐘內(nèi)升溫至420℃，在420℃±20℃保溫2小時，15分鐘內(nèi)再次升溫至480℃，在480℃～500℃內(nèi)保溫1.5小時，爐內(nèi)PH值5～6時出爐，用水浸取后加除鐵劑，固液分離，清液加硫酸銨22g，濃縮，冷卻后，加4%氨水311g，氫氧化鋁晶型沉淀達90%以上，離心分離以后，氫氧化鋁經(jīng)洗滌，脫水、烘干后得氫氧化鋁19g，鋁轉(zhuǎn)化率81.0%，回收硫酸銨61g，回收率82%。
當(dāng)反應(yīng)礦料數(shù)量大于上述實施例所給值時，其反應(yīng)溫度中加熱時間將有所延長。
權(quán)利要求
1.利用含氧化鋁的礦料經(jīng)粉碎、活化焙燒后用酸法處理，處理后物料用水浸取，加入除鐵劑，進行固液分離，液體中加硫酸銨純化，經(jīng)深縮、冷卻加入氨水使反應(yīng)體系中產(chǎn)生氫氧化鋁，經(jīng)分離、洗滌、脫水、烘干處理制取固態(tài)氫氧化鋁的方法，其特征在于焙燒后的礦料與硫酸銨在加熱條件下進行反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是與礦料在加熱條件下反應(yīng)的硫酸銨重量與礦料中氧化鋁重量比為1∶3.7～4。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于硫酸銨加入時溫度應(yīng)低于或等于300℃±20℃，反應(yīng)時溫度應(yīng)高于400℃低于500℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于硫酸銨與礦料的反應(yīng)條件如下控制a、300℃時加入礦料和混勻的硫酸銨，b、在30～60分鐘內(nèi)將爐溫升至360℃±20℃，到溫后保溫1.5～2小時，c、在10～30分鐘內(nèi)將爐溫升至420℃±20℃，保溫1.5～2小時，d、在10～30分鐘內(nèi)將爐溫再升至480℃～500℃，保溫1.5～2小時，爐內(nèi)PH值為5～6時，出料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于加氨水處理時氨水濃度應(yīng)大于或等于15%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、或4所述的方法，其特征在于加氨水處理時氨水濃度應(yīng)小于6%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于加氨水處量時體系中銨明礬結(jié)晶重量與加入氨重量比為8.8～8.9。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于加氨水處理時體系中銨明礬結(jié)晶重量與加入氨重量比為8.8～8.9。
9.氫氧化鋁，其特征在于其生產(chǎn)方法為權(quán)利要求1-8中所述的任一方法。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可用低鋁硅比的礦料，如高嶺土，粘土等生產(chǎn)氫氧化鋁的方法。本發(fā)明是將經(jīng)粉碎、焙燒的礦料在加熱條件下與硫酸銨反應(yīng)，反應(yīng)后的物料用水浸取，用現(xiàn)有技術(shù)中的除鐵手段去除其中的鐵，分離后的清液加入硫酸銨，經(jīng)濃縮，冷卻得到明礬晶體，再加入氨水使其產(chǎn)生氫氧化鋁。本發(fā)明采用新的技術(shù)措施，使氫氧化鋁在反應(yīng)體系中大部以晶型沉淀，使氫氧化鋁的分離大大簡化。
文檔編號C01F7/26GK1072656SQ9111085
公開日1993年6月2日 申請日期1991年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月26日
發(fā)明者趙曦白, 孫喬玉, 孫敏, 陳功信, 張原 申請人:蘭州大學(xué)