专利名称：含铝酸钙的物料提取氧化铝工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化铝提取工艺，尤其是一种从含铝酸钙的物料提取氧化铝的工艺。
背景技术：
从含铝酸钙的物料中提取氧化铝传统的工艺是一段溶出-脱硅-部分碳分流程或二段溶出-脱硅-部分碳分流程(流程见附图1)。具体过程如下铝酸钙物料用碳酸钠溶液溶出，溶出液经过滤分离，得到低浓度的铝酸钠溶液和溶出渣，为了提高铝酸钠的浓度，采用二段溶出，即将过滤分离的一次溶出渣加入二次搅拌溶出槽，同时加入调整液进行二次溶出，而此溶出料浆过滤分离，滤液为二次液。再将二次液加入到一次搅拌溶出槽，同时加入铝酸钙物料，进行一次溶出，一次液即为产品的溶出液。一般采用这种方法，可以将铝酸钠浓度提高15g/l左右，但是，总体浓度一般不会超过70g/l，A/S在30---150左右。
溶出液加入一定量的硅渣，加热到155℃温度，保温2小时进行脱硅，硅量指数可以达到400左右，然后，加入CO2气体进行碳酸化分解，分解率达到88％左右，停止分解，进行氢氧化铝的过滤与分离，碳分母液返回循环溶出氧化铝，氢氧化铝经煅烧后得到二级或三级品的粉状或中间状氧化铝。
这种流程有如下不足(1)加石灰中压脱硅时，温度为150℃左右，脱硅后的硅量指数为400～550之间，脱硅后的溶液没有达到生产优质氧化铝的要求；(2)溶液氧化铝浓度较低，物料流量大，脱硅时间长达2小时，蒸汽消耗量大；(3)溶液中含有较高浓度的碳酸钠，添加石灰作深度脱硅时，氧化铝损失量过大，并且有一定的钙水碱生成，物流量大。
发明内容
本发明的目的是提供一种“彻底碳分再种分”的工艺流程生产氧化铝，该方法能生产出一级砂状氧化铝，提高产品质量，有效减少物料流量，大幅度提高设备的单位产能，减少设备投资和生产成本。
铝酸钙物料是用碳酸钠溶液在常压搅拌浸出器中浸出。浸出主要反应是......(1)用碳酸钠溶液从铝酸钙炉渣中浸出氧化铝的过程，可以用Na2O-CaO-CO2-Al2O3-H2O系的局部相图3CaO·Al2O3·6H2O-Na2CO3-H2O系表述。参照相图中60℃和95℃线分析，如果铝酸钠的溶液中Al2O3浓度高于77g/l和115g/l，则与该溶液相平衡的固相不是CaCO3，而是3CaO·Al2O3·6H2O，因此会使溶液中的Al2O3以3CaO·Al2O3·6H2O状态析出进入浸出渣，使氧化铝的浸出率下降。这就限定了浸出液中Al2O3的最高浓度。当溶液中Na2CO3浓度超过115g/l和142g/l时，又将出现生成CaCO3·Na2CO3·2H2O的反应，使Na2CO3损失，同时由于溶液中Na2CO3浓度变低又影响了氧化铝的浸出。这实质是限定了调整液中Na2Oc最高浓度。因此，溶出铝酸钙得到的铝酸钠溶液氧化铝浓度一般不超过70g/l。
另外，浸出用的调整液是循环使用的碳酸化分解母液，碳分母液是主要成分为碳酸钠的铝酸钠溶液，随碳分深度的不同，溶液中所含有的Na2Ok和Al2O3也不同，碳分深度是根据溶液中氧化铝和氧化硅的重量比(简称A/S)决定的，A/S越高，要想得到符合电解铝要求的氧化铝，碳分深度越大，同时，碳分母液中所含有的Na2Ok和Al2O3越低，氧化铝的回头量越小，单位碳分母液溶出的氧化铝越高，如果A/S越低，则碳分深度越低，氧化铝的回头量越大，单位碳分母液溶出的氧化铝越少，一般而言，对于A/S范围在15---200之间的铝酸钠溶液，要得到符合电解铝要求的氧化铝，分解率最多只能达到60％左右，碳分母液中的氧化铝含量很高，单位碳分母液溶出氧化铝的能力很小，因此，在碳分前，铝酸钠溶液必须脱硅，使A/S达到400以上，才能达到88％左右的分解率。
本发明所采取的技术方案是溶出液不用脱硅，直接彻底碳分，产出氧化铝浓度很低的碳分母液和含硅较高的氢氧化铝，碳分母液循环溶出氧化铝，含硅较高的氢氧化铝在低压下用低浓度的苛性碱溶出，溶出后的高浓度铝酸钠溶液经稀释后送去种分，种分母液无须蒸发，循环溶出高硅氢氧化铝。工艺流程见附图2。
本发明采用“彻底碳分再种分”流程生产氧化铝，与普通生产氧化铝的一段溶出-脱硅-彻底碳分流程或二段溶出-脱硅-部份碳分流程相比，本发明具有如下优点1、提高产品质量，能够生产出一级砂状氧化铝。
目前，二段溶出-脱硅-部分碳分流程在技术上还不能生产符合电解铝需要的砂状氧化铝。高铝硅比矿石用拜尔法生产砂状氧化铝在技术上比较成熟。本工艺能够稳定地生产合格的砂状氧化铝。从铝工业的发展趋势来看，能否生产出砂状氧化铝是衡量氧化铝企业持续竞争力高低的一个重要指标。
2、有效地减少了物料流量。
由于炉渣含铝偏低，溶出液氧化铝浓度较低，15-70g/l，导致单位氧化铝的粗液量很大。如产出相同数量的氧化铝，采用本工艺将粗液彻底碳分后用拜尔法处理高硅氢氧化铝，后续工序的物料量大为减少，而普通流程采用两段溶出，必须处理更多的低浓度粗液，会增加许多设备投资和动力消耗。因此本流程能够大幅度提高设备的单位产能。
3、增强了原料的适应性。
本工艺流程进行彻底碳分生产的是铝硅比在15--200范围内的高硅氢氧化铝，作为拜尔法生产工序的原料，后续的拜尔法流程不仅可以处理高硅氢氧化铝，还可以处理外购的三水铝石矿。因此，此流程对于扩大生产能力具有较好的机动性。
4、发挥流程联合优势，无需高硅氢氧化铝的新水洗涤和拜尔法的苛化。
一方面，本流程碳分生产的高硅氢氧化铝由于是彻底碳分，不可避免的带有碳酸根离子。如果碳酸根离子进入拜尔法流程，消耗昂贵的氢氧化钠。本流程采用粗液洗涤高硅氢氧化铝，可以有效的除去高硅氢氧化铝中的碳酸根离子，同时，高硅氢氧化铝的附液主要是氢氧化钠，间接的给拜尔法补碱。另一方面，拜尔法蒸发出来的碳酸钠不用苛化，直接返回碳分流程配制调整液。减少了设备投资和生产成本。
5、避免了石灰的加入量，从而避免了氧化铝的过大损失。
6、节能降耗，做到废气和余热的充分利用。
一方面，高炉或烧结产生的二氧化碳气体可以直接用于碳分，省掉了很多石灰炉，而且高炉或烧结废气的余热可以维持流程中碳分分解所需要的温度，不用加热粗液。另一方面，如果采用普通方法的溶出-脱硅-碳分工艺，必须把大量低浓度、低温度(70℃)的粗液加热到140℃的中压脱硅温度，保温2小时，会消耗大量能量。而本流程采用拜尔法处理高硅氢氧化铝，虽然也要140℃的溶液进行溶出，但由于物料流量减少，时间只要10--30分钟，能耗就会大幅度降低。
7、硅渣的综合利用。
拜尔法产出的硅渣可以用来生产4A沸石。
图1为石灰烧结法生产氧化铝的工艺流程图。
图2为用铝酸钙渣彻底碳分再种分提取氧化铝的工艺流程图。
具体实施例方式试验1铝酸钙溶出条件试验一、试验程序1、计算根据单次试验的条件计算所需要的物料量，并作好试验记录方案，测定所需物料的物理性质，如重量、体积和密度等。以下每一步都作好相关记录，如取样时间、浓度和含水率等。
2、配制调整液根据所作的计算结果，在调整液槽中加需要的水量(形成循环后为添加碳分母液量，不足从备用槽中添加)，加入需要的无水碳酸钠，并加热使其溶解。待升温到要求的试验温度后，用泵送入溶出槽中。
3、添加炉渣将该次试验炉渣按要求称量好，开启搅拌，及时将炉渣加入溶出槽(直径1300mm，高2000mm)中，记录炉渣添加完毕时溶出槽内温度。
及时记录、取样及送化验。
二、试验原料取铝酸钙炉渣，其成分如表1。
表1铝酸钙炉渣品位
三、试验结果及分析1、溶出测定参数如表2所示
表2溶出率统计表
注 R0---溶出渣的Al2O3含量。
R3---三次洗涤渣的Al2O3含量。
初溶---溶出结束后的Al2O3溶出率。
净溶---三次洗涤后的Al2O3溶出率。
液溶---以溶液化验为准，计算的Al2O3溶出率。
试验2、粗液彻底碳分2、碳分将碳分原液放入调整液槽中，测其体积和温度，若温度过低，将其升温后送碳分槽(直径600mm，高1800mm)中，开启搅拌，调节好二氧化碳的流量、压力及浓度，将碳分原液碳分。
3、碳分浆液的过滤将彻底碳分后的浆液放出并过滤，滤液送入母液槽中备用。粗氢氧化铝置于粗氢氧化铝洗涤槽中备用。
粗液碳分测定参数如表3所示表3碳分指标统计表
试验3高硅氢氧化铝的溶出一、试验程序最优条件正交试验，根据以上影响条件，可进行四因素三水平的正交试验，试验设备是不锈钢高压反应釜(容积1升)，试验规模是每次装高硅氢氧化铝100g。物料的化学成分如下
分解母液优化条件正交试验考虑到生产中应按种分分解母液浓缩液来溶出高硅氢氧化铝，因此，安排如下正交试验，以获得最佳试验结果和相关参数。
影响因素如下
以上的碱溶液均为种分分解率为45％的母液，其中氧化铝浓度分别为67g/l、98g/l和119g/l。
根据以上影响因素，试验安排如下
二、试验结果
根据正交试验结果分析，溶出率达到80％以上者都属最优结果范围，得到最优的试验条件范围是温度100℃--175℃，时间10--60分钟，钠硅渣加入量0--100克，碱浓度100--175g/l最优条件的验证试验(两次对比试验)结果溶出率97.88％，97.24％平均溶出率97.56％
权利要求
1.一种从含铝酸钙的物料中提取氧化铝的工艺，其特征是含铝酸钙的物料用低浓度的碳酸钠溶液溶出，得到100g/l以下的低浓度铝酸钠溶液，溶出浆液过滤分离和洗涤，用CO2气体将其中的氧化铝全部分解出来，得到高硅氢氧化铝，然后，用氢氧化钠溶液将高硅氢氧化铝溶解提纯，脱硅，再用种分分解的方法生产出氢氧化铝，最后，用回转窑或沸腾焙烧炉将氢氧化铝煅烧成砂状氧化铝。
2.根据权利要求1所述的含铝酸钙的物料提取氧化铝工艺，其特征是用浓度范围在30---140g/l的碳酸钠溶液，加入含铝酸钙的物料，配成液固比范围在2.5---10，温度范围为40---100℃的混合浆液，在带有搅拌装置的容器内搅拌溶出10---140分钟，得到铝酸钠溶液。
3.根据权利要求1所述的含铝酸钙的物料提取氧化铝工艺，其特征是向铝酸钠溶液中通入CO2气体，CO2气体直接与铝酸钠溶液反应而析出氢氧化铝，直到将铝酸钠中95％以上的氧化铝析出才停止通气，在氢氧化铝析出的同时，氧化硅也随着氧化铝一起析出，成为高硅氢氧化铝，其中包括如下指标(1)溶出液浓度范围Al2O315---100g/lSiO2 0.3---2.5g/l(2)碳分CO2浓度范围10％-----99％(3)碳分CO2来源高炉废气，烧结废气和纯CO2气体。
4.根据权利要求1所述的含铝酸钙的物料提取氧化铝工艺，其特征是用较低浓度的氢氧化钠溶液溶解氧化铝，其中的指标范围有(1)温度范围100℃---175℃；(2)母液NaOH浓度范围100---200g/l；(3)溶出时间10---60分钟；(4)钠硅渣加入量5---100g/l。
全文摘要
本发明提供了一种从含铝酸钙的物料中提取氧化铝的新工艺。该工艺用稀的碳酸钠溶液溶出物料中的铝酸钙，得到浓度在100g/l以下的铝酸钠溶液，然后通入CO
文档编号C01F7/18GK1562756SQ200410012868
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月19日 优先权日2004年3月19日
发明者邝中, 李涛, 杨世干 申请人:邝中