一种再生铝熔炼末端二次铝灰中回收高纯氧化铝的方法与流程

本发明涉及氧化铝的回收技术领域，特别涉及一种再生铝熔炼末端二次铝灰中回收高纯氧化铝的方法。

背景技术：

在原铝和再生铝的生产过程中，铝液中合金元素和铝与空气中的氧气、氮气、喷入的燃料气体等在高温下反应生成的金属氧化物、氮化物以及复杂化合物，与铝液中的杂质、溶剂中的盐、未脱离渣的铝水混合浮在铝水表面，这种渣即为铝灰，因此，铝灰中通常含有金属铝，氧化铝，氮化铝，熔盐混合物等成分。在铝的生产过程中，铝灰的产生是避免不了的，主要来源于三个方面，第一，在熔盐电解氧化铝生产铝的过程中，平均每生产100kg电解铝会产生3～5kg铝灰；第二，在铝的零部件浇铸、铸锭、多次重熔、配置合金等加工过程中，平均每加工100kg铝或废铝会产生3～4kg的铝灰；第三，在废铝重熔回收铝及铝渣再回收过程中，平均每生产100kg再生铝会产生15～25kg的铝灰。

铝灰可分为一次铝灰和二次铝灰，一次铝灰中含铝量较高，呈银灰色，又称白灰；二次铝灰中铝含量较低，呈黑色，又称黑灰。二次铝灰的成分为10％～30％铝，30％～70％氧化铝，10％左右二氧化硅，5％左右氧化铁，10％～30％氯盐(含钠镁钾钙等)。二次铝灰的回收处理是铝工业废物综合利用的重点和难点，目前铝灰的回收利用主要可分为四个方面：铝灰中金属铝的回收，铝灰中盐的回收，铝灰中氧化铝的回收及特种氧化铝的生产，也可以利用铝灰生产功能材料或其辅料。

针对铝灰，虽然已有较多研究，但目前仍没有较成熟的方法对铝渣进行高值环保的回收利用，铝工业末端的黑灰大多数以堆存为主，不仅占用土地资源，灰中的有害物质还会通过扩散进入环境中，从而危害人体健康，破会生态环境。《国家危险废物名录》(2016)规定：电解铝过程中电解槽维修及废弃产生的废渣、铝火法冶炼程中产生的初炼废渣、电解铝过程中产生的盐渣和浮渣、铝火法冶炼过程中产生的易燃性撇渣四种废渣属于hw48有色金属冶炼废物。因此，有效回收铝灰中的有价组分、提高铝灰中铝的回收率、实现铝灰的资源化、无害化综合利用既是实现节能减排、循环可持续科学发展的要求，也是建设绿色工业、文明生态、必要保障。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种再生铝熔炼末端二次铝灰中回收高纯氧化铝的方法，旨在达到铝灰资源化、可持续科学发展的目的。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种再生铝熔炼末端二次铝灰中回收高纯氧化铝的方法，包括以下步骤：

s1、回收金属铝：将黑灰进行研磨和筛分，将筛分出的细灰堆积待用；

s2、溶出氧化铝：将s1中的细灰与溶出剂在反应室中混合并搅拌，用氨气吸收塔吸收溢出的气体，过滤分离出残渣，洗涤残渣，洗液混入滤液待用；

s3、金属离子共沉淀：向滤液中加入沉淀剂，此时有沉淀和气体生成；

s4、纯化除杂：向s3的滤液中加入纯化剂，调节溶液ph值为12～14，过滤分离出沉淀，洗涤沉淀，洗液混入滤液中待用；

s5、氧化铝再沉淀：将co2气体通入s4的滤液中，生成沉淀，过滤分离后对沉淀洗涤、干燥；

s6、焙烧：焙烧s5中的沉淀即可得到氧化铝产品。

本发明的进一步设置为：所述s1中筛分的筛网为60目。

本发明的进一步设置为：所述s2中的溶出剂为盐酸、硫酸或硝酸中的一种或几种的混合溶液，氢离子的浓度为4～6mol/l，溶出温度为70～90℃，酸溶液与s1中的铝灰的质量比为15～25：1，溶出时间为100～200min。

本发明的进一步设置为：所述s2中吸收的氨气在铵盐回收中的应用，所述残渣在耐火材料、建筑材料或其辅料中的应用。

本发明的进一步设置为：所述s3中加入的沉淀剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾或碳酸氢钾中的一种或几种的混合，s3保持时间为120～180min。

本发明的进一步设置为：所述s4中加入的纯化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或其混合物，加入纯化剂后保持的时间为100～180min。

本发明的进一步设置为：所述s5中所用的co2气体部分或全部来源于s3中生成的气体，过滤后的溶液可回用于s3，再沉淀的时间为150～250min。

本发明的进一步设置为：所述s6中的焙烧温度为700～800℃，时间120～180min。

本发明的进一步设置为：将所述s1中未过筛的金属铝颗粒投入熔炼炉中回收铝。

本发明的有益效果是：本发明中的生产方法简单易行，对设备和生产场地要求不高，所需温度不高，过程在常压下进行，且循环利用了废液和废气，避免了环境污染，高效回收了铝灰中的有价组分，获得了纯度高、粒度细的活性氧化铝产品，该产品可用于催化、吸附或生物材料等行业；同时废气可用于回收铵盐，残渣可用于生产耐火材料、建筑材料或其辅料，不仅使得铝灰资源化，同时也符合可持续发展的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种再生铝熔炼末端二次铝灰中回收高纯氧化铝的方法一实施例的流程意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例1

一种再生铝熔炼末端二次铝灰中回收高纯氧化铝的方法，包括以下步骤：

s1、回收金属铝：将经过回转窑炒灰的黑灰进一步磨细，使用60目筛子分离细铝粒和残灰，将未分离出的金属铝颗粒投入熔炼炉中回收铝，分离出的细灰堆积待用；

s2、溶出氧化铝：将细灰与溶出剂在反应室中混合并搅拌溶出，溶出剂为盐酸溶液，氢离子的浓度为4mol/l，溶出温度为70℃，酸溶液与s1中的铝灰的质量比为15：1，溶出时间为100min，溶出过程在常压下进行，用氨气吸收塔吸收溢出的气体，可用于回收铵盐，过滤分离出残渣，洗涤残渣，残渣可用于生产耐火材料、建筑材料或其辅料，洗液混入滤液待用；

s3、金属离子共沉淀：向滤液中加入沉淀剂，沉淀剂为碳酸钠，加入沉淀剂后保持120min，此时溶液ph值为4.3，同时有沉淀和气体生成，将气体通过收气装置导出；

s4、纯化除杂：向反应室中加入纯化剂，加入的纯化剂为氢氧化钠，加入的氢氧化钠后保持时间为100min，此时溶液ph值为12.5，大部分沉淀溶解，此时还残留少量沉淀无法溶解，过滤分离出沉淀，洗涤沉淀，洗液混入滤液中待用；

s5、氧化铝再沉淀：将s3中导出的足量二氧化碳气体通入滤液中，生成大量沉淀，过滤分离后对沉淀洗涤、干燥，洗液混入滤液可通过处理(比如加入沉淀剂)后回用到s3中，再沉淀过程持续150min；

s6、焙烧：在700℃焙烧s5中的沉淀120min，得到纯度为98.3％氧化铝产品，氧化铝的回收率为92.1％。

实施例2

一种再生铝熔炼末端二次铝灰中回收高纯氧化铝的方法，包括以下步骤：

s1、回收金属铝：将经过回转窑炒灰的黑灰进一步磨细，使用60目筛子分离细铝粒和残灰，将未分离出的金属铝颗粒投入熔炼炉中回收铝，分离出的细灰堆积待用；

s2、溶出氧化铝：将细灰与溶出剂在反应室中混合并搅拌溶出，溶出剂为摩尔浓度相等的硫酸和硝酸的混合溶液，混合溶液的氢离子的浓度为6mol/l，溶出温度为90℃，酸溶液与s1中的铝灰的质量比为25：1，溶出时间为200min，溶出过程在常压下进行，用氨气吸收塔吸收溢出的气体，可用于回收铵盐，过滤分离出残渣，洗涤残渣，残渣可用于生产耐火材料、建筑材料或其辅料，洗液混入滤液待用；

s3、金属离子共沉淀：向滤液中加入沉淀剂，沉淀剂为质量相等的碳酸氢钠和碳酸钾两种的混合，沉淀剂加入后保持180min，此时溶液ph值为4.6，同时有沉淀和气体生成，将气体通过收气装置导出；

s4、纯化除杂：向反应室中加入纯化剂，继续调节溶液ph，加入的纯化剂为氢氧化钾，加入的氢氧化钾后保持的时间为180min，此时溶液ph值为13.2，大部分沉淀溶解，此时还残留少量沉淀无法溶解，过滤分离出沉淀，洗涤沉淀，洗液混入滤液中待用；

s5、氧化铝再沉淀：将s3中导出的足量二氧化碳气体通入滤液中，生成大量沉淀，过滤分离后对沉淀洗涤、干燥，洗液混入滤液可通过处理(比如加入沉淀剂)后回用到s3中，再沉淀过程持续250min；

s6、焙烧：在800℃焙烧s5中的沉淀180min，得到纯度为98.7％氧化铝产品，氧化铝的回收率为92.6％。

实施例3

一种再生铝熔炼末端二次铝灰中回收高纯氧化铝的方法，包括以下步骤：

s1、回收金属铝：将经过回转窑炒灰的黑灰进一步磨细，使用60目筛子分离细铝粒和残灰，将未分离出的金属铝颗粒投入熔炼炉中回收铝，分离出的细灰堆积待用；

s2、溶出氧化铝：将细灰与溶出剂在反应室中混合并搅拌溶出，溶出剂为摩尔浓度相等的盐酸、硫酸和硝酸的混合溶液，混合溶液的氢离子的浓度为5mol/l，溶出温度为80℃，酸溶液与s1中的铝灰的质量比为20：1，溶出时间为150min，溶出过程在常压下进行，用氨气吸收塔吸收溢出的气体，可用于回收铵盐，过滤分离出残渣，洗涤残渣，残渣可用于生产耐火材料、建筑材料或其辅料，洗液混入滤液待用；

s3、金属离子共沉淀：向滤液中加入沉淀剂，其中沉淀剂为等质量混合的碳酸钾和碳酸氢钾，沉淀剂加入后保持150min。此时溶液ph值为5.2，同时有沉淀和气体生成，将气体通过收气装置导出；

s4、纯化除杂：向反应室中加入纯化剂，加入的纯化剂为等质量混合的氢氧化钠和氢氧化钾，加入纯化剂后保持的时间为140min，此时溶液ph值为13.5，大部分沉淀溶解，此时还残留少量沉淀无法溶解，过滤分离出沉淀，洗涤沉淀，洗液混入滤液中待用；

s5、氧化铝再沉淀：将s3中导出的足量二氧化碳气体通入滤液中，生成大量沉淀，过滤分离后对沉淀洗涤、干燥，洗液混入滤液可通过处理(比如加入沉淀剂)后回用到s3中，再沉淀过程持续200min；

s6、焙烧：在700℃焙烧s5中的沉淀150min，得到纯度为99.1％氧化铝产品，氧化铝的回收率为93.5％。

其中，s3中金属离子共沉淀完成后溶液的ph值需保持在4～6之间，s4中纯化除杂完成后溶液的ph值需要在12～14之间，实施例一至实施例三仅为代表三个实际试验中所表现出的数据，并非代表只有这几个数据。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。