專利名稱：從低品位含鋁礦石中提取氧化鋁的硫銨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)提取冶金工藝，特別是涉及從低品位含鋁礦石中用非堿法提取氧化鋁，最終生產(chǎn)氫氧化鋁和氧化鋁產(chǎn)品的工藝方法。
現(xiàn)有氧化鋁生產(chǎn)工藝，完全采用拜耳法、燒結(jié)法或聯(lián)合法等堿法工藝，堿法工藝由于涉及較復(fù)雜的脫硅工序，因而工藝要求處理的礦石中氧化鋁含量高(＞50～60％)，氧化硅含量低(如拜耳法要求鋁硅比＞7～8)，從而限制了由低品位高硅鋁礦石用堿法工藝生產(chǎn)氧化鋁的可能性。
顯然，采用堿法工藝生產(chǎn)氧化鋁，將無(wú)法利用我國(guó)儲(chǔ)量豐富的低品位高硅鋁釩土，以及明礬石礦、高嶺土等來(lái)提取氧化鋁，而且堿法工藝中還有高溫高壓的脫硅作業(yè)，這樣生產(chǎn)操作增加了一定難度也增大成本。
為了革新堿法工藝，后有許多人進(jìn)行了酸法工藝的研究開(kāi)發(fā)。如文獻(xiàn)(1)美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)4,124,680(1978.11.7)題為“用酸浸含有其它元素的高鋁礦石來(lái)獲得純氧化鋁的方法”。[US Patent 4,124,680(1978)中，Method ofobtaining pure alumina by acid attack on aluminous minerals containingother elements]。(2)金屬雜志1962，121-125中題目為“用酸提取氧化鋁”(Journal of Metals 1962121-125 Alumina by acid extraction)。
酸法工藝是采用無(wú)機(jī)酸(如硫酸、鹽酸等)來(lái)處理鋁礦石，礦石中的氧化鋁與酸作用生成鋁鹽，此外礦石中的鐵鈦等雜質(zhì)也將生成相應(yīng)的鹽與鋁鹽一起進(jìn)入提取液，而礦石中的氧化硅則因不溶于酸幾乎全部殘留于不溶性的礦渣中。除去鋁鹽溶液中的雜質(zhì)(主要是鐵)，再經(jīng)過(guò)后處理及煅燒，即可制得冶金用氧化鋁，

圖1例示了一種酸法工藝流程。
與堿法工藝相比，酸法工藝的主要特點(diǎn)是A.無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的脫硅工藝操作，從而適于處理高硅鋁土礦，比堿法有更大的原料適應(yīng)性。
B.由于鋁礦石中鐵含量遠(yuǎn)比硅少，因此鋁鹽的除雜量很少，生產(chǎn)流程中的物流通量，動(dòng)力及熱能消耗減少，設(shè)備的復(fù)雜程度與操作均較堿法要少或更為簡(jiǎn)便，從而可節(jié)省設(shè)備投資與操作費(fèi)。
C.由于采用酸溶礦石，酸對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕問(wèn)題及環(huán)境污染問(wèn)題突出。
D.氧化鋁中鐵雜質(zhì)的去除比較困難。
E.酸法生產(chǎn)工藝的中間產(chǎn)物是含鋁極低的鋁鹽，如果用直接焙燒的方法使其分解成氧化鋁，將需耗費(fèi)大量的熱能，且酸根回收不易；如果采用其它解離鋁鹽的方法，則又會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物。這些均使酸法工藝在經(jīng)濟(jì)上難以立足，至今酸法沒(méi)有在工業(yè)上得以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的目的在于克服上述堿法和酸法工藝的不足，為了從多種低品位(氧化鋁含量＜40％)鋁土礦中提取氧化鋁，以克服堿法工藝對(duì)礦石中硅含量的限制性要求，充分地利用我國(guó)低品位鋁土礦資源，發(fā)明目的之二采用非酸非堿原料處理礦石，克服了原有工藝(尤其是酸法工藝)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重及環(huán)境污染的弊病，目的之三利用一種可回收循環(huán)使用的硫酸銨溶礦，因而本發(fā)明工藝可將原料消耗降至最低限度，并且不形成副產(chǎn)物，經(jīng)濟(jì)上可以立足，目的之四為了提高氧化鋁的溶出率。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的(1)本發(fā)明硫銨法的基本原理可由下述反應(yīng)式表述①②③④⑤(2)硫銨法基本工藝過(guò)程第一步，首先將含鋁礦石破碎、篩分，取100～300目粒度范圍的礦粉為生產(chǎn)原料；
第二步活化焙燒，礦粉在500～700℃下活化焙燒1～3小時(shí)，使礦石中的氧化鋁得以活化，可大大提高氧化鋁的溶出率；本發(fā)明工藝中由于采用了礦石焙燒工藝，破壞了鋁土礦中含鋁氧化物與其它組分間的鍵合力，使礦石中的氧化鋁處于分散狀態(tài)，有較大的作用表面，化學(xué)活性很高，從而可大大提高氧化鋁的溶出率；第三步固相溶出反應(yīng)，焙燒后的礦粉與硫酸銨按硫銨與礦石中氧化鋁的摩爾比為6～10混合后，在350～450℃下進(jìn)行固相反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣通過(guò)吸收方法回收其中的氨，及除去可能產(chǎn)生的少量廢氣，以避免環(huán)境污染。采用硫酸銨與礦石直接進(jìn)行固相反應(yīng)，礦石中的氧化硅因不與硫銨反應(yīng)，而殘留于渣中，在浸取過(guò)濾時(shí)得以分離。氧化鐵與硫銨作用生成的硫酸鐵，在鋁銨釩結(jié)晶時(shí)得以分離，或在后續(xù)工藝中堿溶除鐵，從而可保證氫氧化鋁及氧化鋁的質(zhì)量指標(biāo)，尤其是冶金氧化鋁對(duì)鐵、硅含量的限制。本發(fā)明優(yōu)化了最佳的反應(yīng)操作條件，尤其是礦石粒度對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率(氧化鋁溶出率)的影響規(guī)律。本工序是本發(fā)明區(qū)別于已有的堿法及酸法工藝的關(guān)鍵一步。
第四步，反應(yīng)產(chǎn)物在70～100℃下用水?dāng)嚢杞?.5～1小時(shí)，然后進(jìn)行固液分離，(礦渣洗滌后可作為綜合利用的原料)。反應(yīng)產(chǎn)物直接用水浸取，而不用任何濃度的酸或其它浸取劑，使工藝操作簡(jiǎn)便易行。這一步工序加上過(guò)濾步驟將使礦石中的氧化硅得以從系統(tǒng)中分離出去。由于分離了鋁和鐵，有利于硅渣的綜合利用；第五步，浸取液在常溫常壓下采用氨水進(jìn)行解離，其反應(yīng)式為從而獲得氫氧化鋁沉淀。將沉淀與溶液過(guò)濾分離，濾液送入濃縮、結(jié)晶工序制得硫酸銨供循環(huán)使用，氫氧化鋁沉淀將進(jìn)一步進(jìn)行精制。在氨解操作中所加入氨水量按化學(xué)計(jì)量式計(jì)算出的數(shù)再過(guò)量，氨過(guò)量系數(shù)為1.05～1.5，并攪拌20～30分鐘。
第六步，氫氧化鋁沉淀采用NaoH溶液+苛化液進(jìn)行堿溶除鐵，堿液濃度為[Na2O]＝130～160g/L或苛化系數(shù)α苛＝1.6～2.0，操作在60～90℃溫度下攪拌60～80分鐘。除鐵后將Fe(OH)3沉淀與鋁酸鈉溶液過(guò)濾分離。堿溶劑除鐵能有效地除去鐵雜質(zhì)，使氫氧化鋁、氧化鋁的質(zhì)量得到保證；第七步，鋁酸鈉溶液經(jīng)分解操作制得氫氧化鋁產(chǎn)品，氫氧化鋁產(chǎn)品進(jìn)一步煅燒則制得氧化鋁產(chǎn)品。分解與煅燒操作通常采用拜耳法工藝條件。
本發(fā)明的效果(1)本發(fā)明的工藝方法采用硫酸銨與礦石中的氧化鋁進(jìn)行反應(yīng)，由于硫銨不與氧化硅反應(yīng)，故后續(xù)工序中無(wú)需脫硅作業(yè)，從而適于處理多種鋁硅比很低的低品位含鋁礦石；且由于采用了活化焙燒工藝及固相溶出反應(yīng)，使礦石中氧化鋁的溶出率均能達(dá)到90％以上。
(2)由本發(fā)明除鐵工藝采用堿液調(diào)PH值方法，不同于多次重結(jié)晶純化方法，使除鐵更有效，保證產(chǎn)品質(zhì)量，從低品位鋁土礦制備出氧化鋁產(chǎn)品組成示例如下Al2O3Fe2O3SiO2TiO2MgO99.87 0.012 0.039 0.053 0.018 wt％(3)本發(fā)明解決了由低品位鋁礦石用硫酸銨提取氧化鋁的工藝方法，氧化鋁溶出率均在90％以上，從而可充分利用我國(guó)豐富的低品位鋁土礦及矸石、明礬石和粘土等含鋁礦石；(4)該方法無(wú)環(huán)境污染問(wèn)題，和對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕；(5)硫酸銨原料可以循環(huán)使用，大大降低了原料消耗，不形成副產(chǎn)物。
下面結(jié)合實(shí)施例與附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明圖1是酸法提取氧化鋁的工藝流程2是本發(fā)明的工藝流程圖實(shí)施例1采用山東淄博鋁釩土礦作原料，礦石組成如下Al2O3SiO2CaO MgOFe2O3TiO2MaO2灼減55.9223.18 1.200.22 1.37 2.13 0.022 14.43wt％礦石粒度100～200目，在550～650℃下焙燒1～3小時(shí)；然后礦石與硫銨按硫銨與礦石中氧化鋁摩爾比值6～10進(jìn)行混合，在350℃下反應(yīng)4小時(shí)；反應(yīng)物在90℃下用水?dāng)嚢杞?小時(shí)，然后固液分離，浸取液再經(jīng)氨解，所加氨水量按化學(xué)計(jì)量式計(jì)算數(shù)目再以氨過(guò)量系數(shù)為1.05加料，在常溫常壓下攪拌20分鐘，得到氫氧化鋁沉淀。再用堿液濃度為[Na2]＝130g/L或苛化系數(shù)α苛＝1.6，在60～90℃溫度下攪拌60分鐘除鐵，除鐵后分離、煅燒步驟按通常拜耳法進(jìn)行。礦石中氧化鋁溶出率大于90％，最高達(dá)96％。產(chǎn)品指標(biāo)同發(fā)明效果(1)。實(shí)施例2采用陽(yáng)泉低品位鋁釩土(三級(jí))做原料，其組成為Al2O3SiO2Fe2O347.7630.211.53wt％礦石粒度200～300目，在650～700℃下焙燒1～2小時(shí)；然后礦石與硫酸銨按硫氨與礦石中氧化鋁的摩爾比6進(jìn)行混合，在400℃下反應(yīng)2～4小時(shí)，反應(yīng)物用水在80～90℃下攪拌浸取1小時(shí)，其余條件按實(shí)施例1，礦石中氧化鋁溶出率89.70～95.22％。實(shí)施例3采用陽(yáng)泉固莊煤矸石為原料，其組成為Al2O3SiO2Fe2O3CaOMgO SO326.4354.01 6.34 1.940.61.09wt％礦石粒度200～300目，在650℃下活化焙燒1小時(shí)；然后按硫氨與礦石中氧化鋁的摩爾比為8將礦石與硫酸銨混合，并在350℃下反應(yīng)3～5小時(shí)；反應(yīng)產(chǎn)物在80～90℃下攪拌浸取1小時(shí)，其余操作工藝按實(shí)施例。礦石中氧化鋁溶出率達(dá)95.04～96.67％。
權(quán)利要求
1.一種從低品位含鋁礦石中提取氧化鋁的硫銨方法，其特征在于第一步驟首先將含鋁礦石破碎、篩分，取100～300目粒度范圍的礦粉為生產(chǎn)原料；第二步驟活化焙燒把礦粉在500～700℃下活化焙燒1～3小時(shí)；第三步驟固相溶出反應(yīng)活化后的礦粉與硫酸銨按硫氨與礦石中氧化鋁的摩爾比為6～10進(jìn)行混合，在350～450℃下進(jìn)行固相反應(yīng)；其反應(yīng)式為；第四步驟反應(yīng)產(chǎn)物在70～100℃下用水?dāng)嚢杞?.5～1小時(shí)，然后進(jìn)行固液分離；第五步驟分離后的浸取液在常溫常壓下采用氨水進(jìn)行解離，加入氨水?dāng)嚢?0-30分鐘，其反應(yīng)式為，解離后得到2Al(OH)3沉淀與溶液過(guò)濾分離；第六步驟氫氧化鋁沉淀采用濃度為[Na2O]＝130～160g/L的氫氧化鈉溶液或者α苛＝1.6～2.0的苛化液進(jìn)行堿溶除鐵，其操作條件是在60～90℃溫度下攪拌60～80分鐘。其反應(yīng)式為，除鐵后將Fe(OH)3沉淀與鋁酸鈉溶液過(guò)濾分離；第七步驟鋁酸鈉溶液按通常拜耳法進(jìn)行分解、煅燒工藝。
2.按權(quán)利要求1所述的從低品位含鋁礦石中提取氧化鋁的硫銨方法，其特征在于所說(shuō)的浸取液在常溫常壓下氨水解離，反應(yīng)式為，其氨水量按化學(xué)計(jì)量式計(jì)算數(shù)目再過(guò)量，氨過(guò)量系數(shù)為1.05-1.5。
全文摘要
本發(fā)明涉及從低品位含鋁礦石中提取氧化鋁的方法。本發(fā)明目的在于克服已有技術(shù)對(duì)設(shè)備腐蝕及污染環(huán)境的缺陷，解決從低品位含鋁礦石中提取氧化鋁，充分利用我國(guó)資源，從而提供一種硫銨提取氧化鋁的方法，該方法通過(guò)礦石粉碎、篩分經(jīng)活化焙燒，再與硫酸銨混合進(jìn)行固相反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水浸取固液分離后用氨水解離然后通過(guò)除鐵及后續(xù)分離精制工序制得氫氧化鋁，再經(jīng)煅燒可得氧化鋁，該方法用硫酸銨溶礦從而可從低品位含鋁礦石中提取氧化鋁，其氧化鋁溶出率在90％以上，硫銨并可循環(huán)回用。
文檔編號(hào)C01F7/00GK1160019SQ9710077
公開(kāi)日1997年9月24日 申請(qǐng)日期1997年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月25日
發(fā)明者羅保林, 劉菊花, 孫奎元 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化工冶金研究所