本发明涉及一种利用生料球生产氧化铝的方法，属于冶金技术领域。
背景技术：
我国是世界最大的氧化铝生产国，目前每年氧化铝产量超过4000万吨。而我国内蒙古中西部和山西北部等地区的煤炭发电后产生的高铝粉煤灰储量丰富，仅内蒙准格尔煤田潜在的高铝粉煤灰资源蕴藏量就达150亿吨，相当于我国目前铝土矿保有储量的8倍以上，并且部分高铝粉煤灰中氧化铝含量可达到40％-50％。
在相对长的一段时间里，国内烧结法氧化铝生产厂均采用湿法将生料浆喷入回转窑，烘干烧结成为熟料的方法，入窑的生料浆水分含量在37～43％之间，回转窑的产能为40～60t/h，由于生料浆需要在回转窑内烘干，导致回转窑能耗极高，生产效率较低，设备投资大，生产成本高。
近几年来，我国各大院校和科研单位积极开展了高铝粉煤灰提取氧化铝新工艺的研究，其主要工艺有：预脱硅-碱石灰烧结法、酸法、硫酸铵烧结法、石灰石烧结法等，其中预脱硅-碱石灰烧结法是目前唯一实现工业化生产并取得成功的工艺方法。然而在具体实施预脱硅-碱石灰烧结法的过程中，由于生料浆中还含有大量的水分，导致烧结回转窑很大一部分能耗消耗在蒸发生料浆水分上面，再加上粉煤灰本身硅的含量较高，铝硅比相对较低，熟料折合比相对较高，所以氧化铝生产成本依然很高。
如何开发一种新的氧化铝生产方法，降低生料的烧结能耗，是高铝粉煤灰经济高效生产氧化铝中迫切需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种利用生料球生产氧化铝的方法，该方法能大大降低生料烧结过程的能耗，不仅能提高产能、降低设备成本和操作难度，还可获得纯度高的氧化铝产品。
本发明提供了一种利用生料球生产氧化铝的方法，该方法包括如下步骤：
1)预脱硅：将高铝粉煤灰与氢氧化钠溶液混合后加热，进行预脱硅反应，随后进行固液分离得到粉煤灰滤饼和脱硅液；
2)生料球制备：将所述粉煤灰滤饼加入到碳酸钠溶液中得到混合浆液，在搅拌的条件下向混合浆液中加入石灰石、生石灰或无烟煤的粉料，得到生料浆，搅拌使其固化，制成生料球；
3)熟料焙烧：将所述生料球加热烘干后焙烧成熟料；
4)熟料溶出：将所述熟料与调整液混合进行溶出，溶出后进行固液分离获得溶出粗渣和铝酸钠粗液，其中所述调整液包括：10～60g/L的Na2Ok，10～60g/L的Na2Oc；
5)一二段脱硅：将溶出后的铝酸钠粗液进行一二段脱硅工艺得到脱硅精液，其中，一段脱硅工艺添加钠硅渣作为种子，二段脱硅工艺添加石灰乳；
6)碳分分解：将步骤5)得到的所述脱硅精液通入二氧化碳气体进行碳分，得到氢氧化铝和碳分分解母液；
7)焙烧：将所述氢氧化铝焙烧得到氧化铝。
在本发明的方案中，Na2Ok、Na2Oc是氧化铝工业中常用的技术名词。用Na2Ok来表征铝酸钠或其它碱性溶液中NaOH与NaAlO2的含量之和，具体计算过程可以是分别将NaOH及NaAlO2含量均折合成Na2O来计算，然后将二者相加所得的值称为溶液中的苛碱含量，现有技术中可用Na2Ok/Na2O/NK来表示；用Na2Oc来表征铝酸钠或其它碱性溶液中Na2CO3的含量，具体是将溶液中Na2CO3的含量折合成Na2O计算，现有技术中可用Na2Oc或NC来表示。上述计算方法是本领域的共知常识，本领域技术人员可根据Na2Ok、Na2Oc常规的计算方法直接进行相关计算。
进一步的，步骤1)预脱硅中氢氧化钠溶液的质量浓度为10～30％，氢氧化钠与高铝粉煤灰的质量比为0.2～0.8:1，反应温度：70～135℃，反应时间：0.5～3h。
进一步的，步骤2)生料球制备过程中，控制制成的所述生料浆的钙比摩尔比为1.90～2.2，碱比摩尔比为0.95～1.05，其中生石灰添加量为所需总氧化钙量的30％以上进行添加，生料球直径≤15mm。具体的钙比指CaO/SiO2的摩尔比；碱比指Na2O/(Al2O3+Fe2O3)的摩尔比，上述条件可使得下面的步骤3)熟料烘焙获得更好的效果。
进一步的，步骤3)熟料焙烧的焙烧温度为1150～1300℃，焙烧时间10～60min。
进一步的，所述步骤4)熟料溶出中使用的所述熟料的粒径≤8mm，所述调整液与熟料的液固质量比为2～8:1，熟料溶出温度为55～85℃，熟料溶出时间为5～30min。上述粒径可由步骤3)熟料焙烧过程控制，从而提高熟料溶出的效果及过滤分离效果。
进一步的，步骤4)熟料溶出获得的所述铝酸钠粗液中Al2O3为60-120g/L，Na2Ok为100-160g/L，Na2Oc为20-80g/L。进一步的，所述铝酸钠粗液中Na2O与Al2O3的摩尔比可以为1.3-1.6。所述铝酸钠粗液可以通过控制熟料溶出条件获得。
进一步的，步骤5)中一段脱硅条件为：添加钠硅渣20-80g/L，温度为120～175℃，时间1～4h；二段脱硅条件为：添加的石灰乳中含氧化钙：5-45g/L，温度为80～100℃，时间1.5～5h。
进一步的，步骤6)中二氧化碳气体中二氧化碳的体积浓度为30～50％，碳分的温度为60～100℃，碳分的时间为2～4h，并且在搅拌条件下进行碳分，碳分的分解率可达85～95％。
更进一步的，步骤6)得到碳分的分解母液还可以返回步骤2)中，全部或部分替换碳酸钠溶液。例如首次由高铝粉煤灰生产氧化铝则可以使用碳酸钠溶液；在由高铝粉煤灰连续化生产氧化铝过程中可直接使用步骤6)获得碳分的分解母液部分替换碳酸钠溶液。
进一步的，步骤7)中氢氧化铝在900～1100℃条件下进行流态化煅烧以获得氧化铝。
在本发明的方案中，固液分离可使用常规的真空抽滤设备进行。本发明方案的步骤4)、5)的固液分离还可在沉降槽中进行。步骤6)中获得的氢氧化铝为较高纯度氢氧化铝的碳分产物。
本发明所提供的一种利用生料球生产氧化铝的方法，具有以下优点：
1、本发明提供的方法先将生料制造成生料球，然后进行干法烧结工艺，克服了回转窑能耗极高，生产效率较低的问题，解决了回转窑内熟料难烧结，温度控制难等技术难题，不仅降低了设备成本和操作难度，还能获得高纯度氧化铝产品。
2、本发明提供的方法中在添加生石灰使生料固化的过程中，可使用回转窑窑尾废气进行加热烘干，使其加速固化。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中所用原料为内蒙某火电厂的高铝粉煤灰，其主要化学成分如表1所示：
表1高铝粉煤灰的化学成分
实施例1
1)预脱硅：将高铝粉煤灰与质量浓度为20％氢氧化钠溶液(氢氧化钠与高铝粉煤灰的质量比为0.5:1)进行混合，将该混合溶液加热到110℃后，导入耐压容器中进行脱硅反应2h，然后进行液固分离得到液相的脱硅液和固相的粉煤灰滤饼；
2)生料球制备：将粉煤灰滤饼加入碳酸钠溶液中得到脱硅粉煤灰混合浆液。调整混合浆液的流量为100m3/h，向混合浆液中添加的石灰石粉为28.7t/h、生石灰为8.19t/h，搅拌使其固化；生石灰和石灰石等混合入混合浆液时需经磨细处理，生料浆的钙比摩尔比为2.02，碱比摩尔比为1.025，含水率为42.9wt％，制成的生料球直径为12mm；
3)熟料焙烧：将所述生料球在窑外采用窑尾废气烘干生料球，窑尾烟气温度大于150℃，烘干2小时后的生料球含水量低于5wt％，烘干后的生料球入窑焙烧成熟料，将生料球在1200℃下焙烧30min成熟料；
4)熟料溶出：将熟料与调整液混合后进行熟料溶出，溶出后进行固液分离获得铝酸钠粗液和溶出粗渣，熟料的粒径为7mm，所述调整液与熟料的液固质量比为6:1，溶出温度为75℃，溶出时间为20min；所述调整液成分包括：30g/l的Na2Ok，30g/l的Na2Oc；
5)一二段脱硅：将铝酸钠粗液在165℃条件下，添加50g/L钠硅渣晶种，进行加压脱硅2h，过滤分离结束后部分一段硅渣返回配料，部分继续作为一段脱硅晶种添加，一段脱硅精液添加的石灰乳中含氧化钙25g/L，在92℃条件下反应2h进行二段脱硅，二段脱硅硅渣返回配料，二段脱硅精液进入碳分工序；
6)碳分分解：将二段脱硅精液通入CO2气体进行碳分，CO2体积浓度为35％，碳分温度为90℃，碳分时间为4h，并且在搅拌条件下进行碳分，碳分结束后进行过滤，得到氢氧化铝产品和碳分母液，碳分母液返回配料；
7)焙烧：分解所得氢氧化铝在1050℃温度进行煅烧，得到氧化铝含量为98.6％的氧化铝产品。
将氧化铝产品进行成分分析，分析结果如表2所示：
表2氧化铝产品的化学成分
实施例2
1)预脱硅：将高铝粉煤灰与质量浓度为20％氢氧化钠溶液(氢氧化钠与高铝粉煤灰的质量比为0.5:1)进行混合，将该混合溶液加热到110℃后，导入耐压容器中进行脱硅反应2h，然后进行液固分离得到液相的脱硅液和固相的粉煤灰滤饼；
2)生料球制备：将粉煤灰滤饼加入碳酸钠溶液中得到脱硅粉煤灰混合浆液。调整混合浆液的流量为100m3/h，向混合浆液中添加的石灰石粉为24.41t/h、生石灰为6.96t/h，搅拌使其固化；生石灰和石灰石等混合入混合浆液时需经磨细处理，生料浆的钙比摩尔比为1.9，碱比摩尔比为1.024，含水率为44.4wt％，制成的生料球直径为14mm；
3)熟料焙烧：将所述生料球在窑外采用窑尾废气烘干生料球，窑尾烟气温度大于400℃，烘干0.5小时后的生料球含水量低于5wt％，烘干后的生料球入窑焙烧成熟料，将生料球在1150℃下焙烧60min成熟料；
4)熟料溶出：将熟料与调整液混合后进行熟料溶出，溶出后进行固液分离获得铝酸钠粗液和溶出粗渣，熟料的粒径为7mm，所述调整液与熟料的液固质量比为6:1，溶出温度为75℃，溶出时间为20min；所述调整液成分包括：30g/l的Na2Ok，30g/l的Na2Oc；
5)一二段脱硅：将铝酸钠粗液在165℃条件下，添加50g/L钠硅渣晶种，进行加压脱硅2h，过滤分离结束后部分一段硅渣返回配料，部分继续作为一段脱硅晶种添加，一段脱硅精液添加的石灰乳中含氧化钙25g/L，在92℃条件下反应2h进行二段脱硅，二段脱硅硅渣返回配料，二段脱硅精液进入碳分工序；
6)碳分分解：将二段脱硅精液通入CO2气体进行碳分，CO2体积浓度为35％，碳分温度为90℃，碳分时间为4h，并且在搅拌条件下进行碳分，碳分结束后进行过滤，得到氢氧化铝产品和碳分母液，碳分母液返回配料；
7)焙烧：分解所得氢氧化铝在1050℃温度进行煅烧，得到氧化铝含量为98.6％的氧化铝产品。
将氧化铝产品进行成分分析，分析结果如表3所示：
表3氧化铝产品的化学成分
实施例3
1)预脱硅：将高铝粉煤灰与质量浓度为20％氢氧化钠溶液(氢氧化钠与高铝粉煤灰的质量比为0.5:1)进行混合，将该混合溶液加热到110℃后，导入耐压容器中进行脱硅反应2h，然后进行液固分离得到液相的脱硅液和固相的粉煤灰滤饼；
2)生料球制备：将粉煤灰滤饼加入碳酸钠溶液中得到脱硅粉煤灰混合浆液。调整混合浆液的流量为100m3/h,向混合浆液中添加的石灰石粉为12.3t/h、生石灰为19.125t/h，搅拌使其固化；生石灰和石灰石等混合入混合浆液时需经磨细处理，生料浆的钙比摩尔比为2.2，碱比摩尔比为1.024，含水率为42.9wt％，制成的生料球直径为14mm；
3)熟料焙烧：将所述生料球在窑外采用窑尾废气烘干生料球，窑尾烟气温度大于400℃，烘干0.5小时后的生料球含水量低于5wt％，烘干后的生料球入窑焙烧成熟料，将生料球在1150℃下焙烧60min成熟料；
4)熟料溶出：将熟料与调整液混合后进行熟料溶出，溶出后进行固液分离获得铝酸钠粗液和溶出粗渣，熟料的粒径为7mm，所述调整液与熟料的液固质量比为6:1，溶出温度为75℃，溶出时间为20min；所述调整液成分包括：30g/l的Na2Ok，30g/l的Na2Oc；
5)一二段脱硅：将铝酸钠粗液在165℃条件下，添加50g/L钠硅渣晶种，进行加压脱硅2h，过滤分离结束后部分一段硅渣返回配料，部分继续作为一段脱硅晶种添加，一段脱硅精液添加的石灰乳中含氧化钙25g/L，在92℃条件下反应2h进行二段脱硅，二段脱硅硅渣返回配料，二段脱硅精液进入碳分工序；
6)碳分分解：将二段脱硅精液通入CO2气体进行碳分，CO2体积浓度为35％，碳分温度为90℃，碳分时间为4h，并且在搅拌条件下进行碳分，碳分结束后进行过滤，得到氢氧化铝产品和碳分母液，碳分母液返回配料；
7)焙烧：分解所得氢氧化铝在1050℃温度进行煅烧，得到氧化铝含量为98.6％的氧化铝产品。
将氧化铝产品进行成分分析，分析结果如表4所示：
表4氧化铝产品的化学成分
实施例4
1)预脱硅：将高铝粉煤灰与质量浓度为20％氢氧化钠溶液(氢氧化钠与高铝粉煤灰的质量比为0.5:1)进行混合，将该混合溶液加热到110℃后，导入耐压容器中进行脱硅反应2h，然后进行液固分离得到液相的脱硅液和固相的粉煤灰滤饼；
2)生料球制备：将粉煤灰滤饼加入碳酸钠溶液中得到脱硅粉煤灰混合浆液。调整混合浆液的流量为100m3/h,向混合浆液中添加的石灰石粉为10.46t/h、生石灰为16.27t/h，搅拌使其固化；生石灰和石灰石等混合入混合浆液时需经磨细处理，生料浆的钙比摩尔比为1.9，碱比摩尔比为1.024，含水率为44.4wt％，制成的生料球直径为14mm；
3)熟料焙烧：将所述生料球在窑外采用窑尾废气烘干生料球，窑尾烟气温度大于400℃，烘干0.5小时后的生料球含水量低于5wt％，烘干后的生料球入窑焙烧成熟料，将生料球在1150℃下焙烧60min成熟料；
4)熟料溶出：将熟料与调整液混合后进行熟料溶出，溶出后进行固液分离获得铝酸钠粗液和溶出粗渣，熟料的粒径为7mm，所述调整液与熟料的液固质量比为6:1，溶出温度为75℃，溶出时间为20min；所述调整液成分包括：30g/l的Na2Ok，30g/l的Na2Oc；
5)一二段脱硅：将铝酸钠粗液在165℃条件下，添加50g/L钠硅渣晶种，进行加压脱硅2h，过滤分离结束后部分一段硅渣返回配料，部分继续作为一段脱硅晶种添加，一段脱硅精液添加的石灰乳中含氧化钙25g/L，在92℃条件下反应2h进行二段脱硅，二段脱硅硅渣返回配料，二段脱硅精液进入碳分工序；
6)碳分分解：将二段脱硅精液通入CO2气体进行碳分，CO2体积浓度为35％，碳分温度为90℃，碳分时间为4h，并且在搅拌条件下进行碳分，碳分结束后进行过滤，得到氢氧化铝产品和碳分母液，碳分母液返回配料；
7)焙烧：分解所得氢氧化铝在1050℃温度进行煅烧，得到氧化铝含量为98.6％的氧化铝产品。
将氧化铝产品进行成分分析，分析结果如表5所示：
表5氧化铝产品的化学成分
结论：本方法能够大幅降低高铝粉煤灰生产氧化铝工艺流程，与传统氧化铝工艺相比取消生料浆调配槽、合格槽等设备，能够大幅提高回转窑台时产能，降低氧化铝焙烧系统设备投资，具有工艺流程简单，设备投资少等优点。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。