一种串联法氧化铝生产工艺的制作方法

本发明属于矿物加工技术领域，特别涉及一种串联法氧化铝生产工艺。

背景技术：

工业上广泛应用的氧化铝生产方法均为碱法，碱法生产氧化铝又细分为拜耳法、烧结法以及拜耳烧结联合法等多种流程。拜耳法流程简单、能耗低、产品质量好、成本低，但其较适用于处理品位较高(a/s＞5)的铝土矿。烧结法则适用于处理品位较低的铝土矿，但流程比较复杂，能耗、成本均高于拜耳法。

拜耳烧结联合法在某些情况下应用，可以得到比单独采用拜耳法或烧结法更好的经济效果，使铝土矿资源得到更充分的利用。拜耳烧结联合法根据其工艺流程不同分为并联法、串联法和混联法。当原料为大量低硅铝土矿同时又有一部分高硅铝土矿时，可采用并联法工艺，该工艺可充分利用矿石资源，减少有机物循环积累对种分过程的不良影响，但其工艺流程比较复杂，还可能造成na2so4在溶液中积累，而且赤泥问题仍不能得到有效解决；传统串联法是用烧结法处理拜耳法赤泥，其回收率高，碱耗低，产品质量高，但工艺流程复杂，烧结过程的技术条件受拜耳法系统赤泥成分的制约，很难控制，而且赤泥烧结温度范围较窄，难于控制；混联法是添加一部分低品位矿石与赤泥一起进行烧结，以提高熟料的铝硅比，扩大烧结温度范围，混联法兼具串联法和并联法的优点，但其流程更长、设备更多，很多作业过程相互牵制。

我国氧化铝产量的90％以上均是采用拜耳法生产的。但针对高硅铝土矿，采用拜耳法工艺，氧化铝的实际溶出率只能达到～80％，～20％的氧化铝进入到外排的赤泥中，同时外排赤泥还带走大量的碱，干赤泥中碱含量为(折合氧化钠)6～10wt％。近年来，国家对环保越来越重视，外排赤泥带来的影响也备受关注。《有色金属工业发展规划(2016-2020年)》中明确要求：随着铝工业快速发展，赤泥的大量堆存将导致环境污染和安全隐患，立足赤泥利用现状和相关技术产业化进展，赤泥综合利用率要达到10％以上。但目前成熟的赤泥利用技术中，将赤泥作为一般性基础原料整体利用的方法，产品附加值低；烧结法处理赤泥又存在烧结温度范围狭窄难于控制，能耗高，经济性差等诸多问题；酸法处理赤泥工艺对设备要求苛刻，难于工业化。

综上所述，在国内优质铝土矿资源日益枯竭，拜耳法溶出赤泥堆存对环境污染日渐加剧的大环境下，寻找一种既能深度提取铝土矿中氧化铝又能降低赤泥中碱损失的工艺方法势在必行。

技术实现要素：

针对现有氧化铝生产技术存在的上述问题，本发明提供一种串联法氧化铝生产工艺，通过对拜耳法赤泥进行高碱溶出，提高氧化铝的提取率、减少碱的消耗，同时生产新的工业产品，实现氧化铝生产的无废排放与综合利用。

本发明的技术方案是：

一种串联法氧化铝生产工艺，按以下步骤进行：

(1)将部分拜耳法分解母液与赤泥混合均匀，加入铁源、片碱和石灰制成待溶出浆液；

(2)溶出后的浆液通过固液分离，得到固体二次赤泥和溶出分离液；固体二次赤泥用热水洗涤，获得副产品二次赤泥滤饼和二次赤泥洗液；溶出分离液与二次赤泥洗液混合后，送往拜耳法流程中的循环母液调配工序，与蒸发后的剩余拜耳法分解母液混合后，作为循环母液进入溶出及稀释工序；

(3)循环母液与铝土矿混合后，经常规拜耳法工序：矿浆磨制、溶出及稀释、分离及洗涤、种子分解、成品过滤、焙烧、蒸发，生产出合格的氧化铝。

所述的串联法氧化铝生产工艺，步骤(1)中，将待溶出浆液在180～260℃溶出反应0.5～2.0h，获得溶出后的浆液。

所述的串联法氧化铝生产工艺，步骤(1)中，分解母液加入量按待溶出浆液中液体与固体质量比为2～6计；铁源中fe2o3的加入量按全部待溶出浆液中fe2o3与赤泥中al2o3的摩尔比为0.2～0.6计；片碱的加入量按待溶出浆液中苛性比值αk为10～25，苛性碱浓度nk为200～300g/l计；石灰的加入量按每吨干赤泥加入活性石灰0.2～0.6吨计。

所述的串联法氧化铝生产工艺，步骤(1)中，加入的铁源是精铁矿含铁原料，或者是赤泥自身带入的fe2o3。

所述的串联法氧化铝生产工艺，步骤(2)中，固体二次赤泥用80～95℃的热水洗涤，热水用量为固体二次赤泥质量的0.5～2.0倍，获得二次赤泥滤饼和二次赤泥洗液。

所述的串联法氧化铝生产工艺，热水洗涤后的二次赤泥固体质量纯度在60～80％，al2o3含量6wt％～10wt％，na2o含量0.1wt％～0.5wt％，经烘干得到二次赤泥成品。

所述的串联法氧化铝生产工艺，二次赤泥洗液中，al2o3的含量在40～80g/l，na2o含量在120～180g/l。

所述的串联法氧化铝生产工艺，溶出分离液中，al2o3的含量在80～120g/l，na2o含量在220～280g/l。

与现有的氧化铝生产方法和赤泥综合利用技术相比，本发明的特点和有益效果如下：

(1)本发明流程简单，易于实现；采用常规拜耳法配合赤泥高碱溶出工艺组成的串联法生产氧化铝新工艺，有效避免现有技术采用高温烧结法从赤泥中回收有价金属工艺中，因赤泥铝硅比低导致烧成温度难于控制和赤泥含水率高，导致烧结工艺能耗高的问题；同时，工艺系统为碱性环境，避免酸性环境对设备和管道的腐蚀问题，极大的降低基建投资和维护费用；采用此方法，铝土矿中氧化铝溶出率高、赤泥含碱量低，实现降低能耗，提高铝土矿综合利用价值的目的，为从铝土矿中深度提取有价金属提供一条经济有效的技术途径；

(2)本发明含铝酸钠溶液的氢氧化钠溶液作为中间产品返回拜耳法工序，降低吨氧化铝的铝土矿消耗和碱耗，直接降低氧化铝生产的综合成本；

(3)本发明生成的副产品二次赤泥附碱为0.1～0.5％，可以作为生产陶瓷、水泥和其他建筑材料的原料，也可以作为生产生铁的原材料，真正实现无废排放与综合利用、提高每吨氧化铝产量效益、并确保环保政策的落实。

(4)根据铝土矿类型不同，可一定程度上降低拜耳法蒸发工序负荷，甚至取消拜耳法蒸发工序，从而节约能耗、降低氧化铝生产成本。

附图说明

图1为本发明的新型串联法氧化铝生产工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示，在具体实施过程中，本发明串联法氧化铝生产工艺，按以下步骤进行：

(1)将部分拜耳法分解母液与赤泥混合均匀，加入铁源、片碱和石灰制成待溶出浆液，将待溶出浆液在180～260℃反应0.5～2.0h。其中，分解母液加入量按待溶出浆液中液体与固体质量比为2～6计，铁源的加入量按铁源中fe2o3与赤泥中al2o3的摩尔比为0.2～0.6计；片碱的加入量按待溶出浆液中苛性比值(αk)为10～25，苛性碱浓度(nk)为200～300g/l计；石灰的加入量按每吨干赤泥加入活性石灰0.2～0.6吨计；

其中的铁源，可以是外购的精铁矿，也可以是高铁铝土矿拜耳法生产外排赤泥本身附带的铁。

(2)步骤(1)溶出后的物料通过固液分离，得到二次赤泥和溶出分离液；二次赤泥用热水洗涤，获得副产品二次赤泥滤饼和二次赤泥洗液，热水温度为80～95℃，用量按热水与固体二次赤泥的质量比为0.5～2.0；溶出分离液与二次赤泥洗液混合后，送往拜耳法流程中的循环母液调配工序，与蒸发后的剩余分解母液混合后，作为循环母液进入溶出及稀释工序；

其中，热水洗涤后的二次赤泥滤饼质量纯度在60～80％，al2o3含量6wt％～10wt％，na2o含量0.1wt％～0.5wt％，经烘干得到二次赤泥成品，可进一步生产陶瓷、水泥等制品。溶出分离液中，al2o3的含量在80～120g/l，na2o含量在220～280g/l。二次赤泥洗液中，al2o3的含量在40～80g/l，na2o含量在120～180g/l。

(3)循环母液与铝土矿混合后，经矿浆磨制、溶出及稀释、分离及洗涤、种子分解、成品过滤、焙烧、蒸发等常规拜耳法工序生产氧化铝。

本发明的步骤(1)、(2)与拜耳法生产氧化铝的常规工序(3)一起构成新型串联法氧化铝生产工艺闭路循环，进入的原料除拜耳法生产氧化铝常规所需的铝土矿、片碱和石灰外，只需根据铝土矿中铁含量经计算后，确定添加少部分铁源或不需添加铁源，而产品为氧化铝和碱含量极低的二次赤泥。

下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。

实施例1：

如图1所示，本实施例串联法氧化铝生产工艺，按以下步骤进行：

(1)将部分拜耳法分解母液与赤泥混合均匀，加入精铁矿、片碱和石灰制成待溶出浆液。分解母液加入量按待溶出浆液中液体与固体质量比为3.5计，精铁矿的加入量按精铁矿中fe2o3与赤泥中al2o3的摩尔比为0.4计；片碱的加入量按待溶出浆液中αk为20，nk为260g/l计；石灰的加入量按每吨干赤泥加入活性石灰0.5吨计，将待溶出浆液在230℃反应1.0h。

(2)溶出后的物料通过固液分离，得到二次赤泥和溶出分离液；二次赤泥用90℃热水洗涤，获得副产品二次赤泥滤饼和二次赤泥洗液；溶出分离液与二次赤泥洗液混合后送往拜耳法流程中的循环母液调配工序，与蒸发后的剩余分解母液混合后作为循环母液进入溶出及稀释工序；

其中，热水洗涤后的二次赤泥滤饼质量纯度在75％，al2o3含量8wt％，na2o含量0.3wt％，经烘干得到二次赤泥成品，副产品二次赤泥作为生产水泥的原料。溶出分离液中，al2o3的含量在100g/l，na2o含量在260g/l。二次赤泥洗液中，al2o3的含量在60g/l，na2o含量在160g/l。

(3)循环母液与铝土矿混合后经矿浆磨制、溶出及稀释、分离及洗涤、种子分解、成品过滤、焙烧、蒸发等常规拜耳法工序生产氧化铝。

实施例2：

如图1所示，本实施例串联法氧化铝生产工艺，按以下步骤进行：

(1)将部分拜耳法分解母液与高铁赤泥混合均匀，加入片碱和石灰制成待溶出浆液。分解母液加入量按待溶出浆液中液体与固体质量比为4.0计；片碱的加入量按待溶出浆液中αk为25，nk为280g/l计；石灰的加入量按每吨干赤泥加入活性石灰0.4吨计；将待溶出浆液在245℃反应0.5h。

(2)溶出后的物料通过固液分离，得到二次赤泥和溶出分离液；二次赤泥用95℃热水洗涤，获得副产品二次赤泥滤饼和二次赤泥洗液；溶出分离液与二次赤泥洗液混合后送往拜耳法流程中的循环母液调配工序，与蒸发后的剩余分解母液混合后作为循环母液进入溶出及稀释工序；

其中，热水洗涤后的二次赤泥滤饼质量纯度在65％，al2o3含量7wt％，na2o含量0.4wt％，经烘干得到二次赤泥成品，副产品二次赤泥作为生产空心砖的原料。溶出分离液中，al2o3的含量在90g/l，na2o含量在240g/l。二次赤泥洗液中，al2o3的含量在50g/l，na2o含量在150g/l。

(3)循环母液与铝土矿混合后经矿浆磨制、溶出及稀释、分离及洗涤、种子分解、成品过滤、焙烧、蒸发等常规拜耳法工序生产氧化铝。

实施例结果表明，与常规拜耳法外排大量含铝含碱赤泥相比，本发明氧化铝损失比常规拜耳法低50％以上，氧化钠损失比常规拜耳法低80％以上。从而，真正实现降低氧化铝生产的原料消耗、变废为宝和无废排放。