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非鋁土礦含鋁資源生產(chǎn)氧化鋁的方法非鋁土礦含鋁資源生產(chǎn)氧化鋁的方法 非鋁土礦含鋁資源生產(chǎn)氧化鋁的方法 張曉云，張毅，陳剛，孫俊民，張戰(zhàn)軍 （內(nèi)蒙古大唐國(guó)際再生資源開發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特０１０２０６） 摘要：本文系統(tǒng)的介紹了國(guó)內(nèi)外非鋁土礦含鋁資源，如以霞石、明礬石、粘土、煤頁(yè)巖、粉煤灰等為原料生產(chǎn)氧化鋁的工藝技術(shù)情況。對(duì)氧化鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有實(shí)際意義。關(guān)鍵詞：非鋁土；舍鋁資源；氧化鋁 中圖分類號(hào)：ｍ０文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ｂ文章編號(hào)：１００２一１７５２（２０１２）ｌｌ一２ｌ一５ Ａｌｌｌｍｉｎａｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ【ｓｆｒｏｍｎｏｎ—ｂａｕｘｉｔｅ ａｌｕＩｎｉＩｌｉ啪ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ＺｈａｎｇＸｉａｏｙｕｎ，ＺｈａｎｇＹｉ，ＣｈｅｎＧａｎｇ，ＳｕｎＪｕｎｍｉｎａｎｄＺｈａＩｌｊｕｎ ｍ叫打皤ＲｅｓＤｚ心 Ｚｈａｎｇ （肌砌‘脅，ｈ弘如眈ｔｎｎｇ加ｅｍ口￡幻，ｌ口Ｚ 眈拋娜腳眥ｃＤ．．她日ｏ＾砌Ｏ１０２０６．傀訛） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏ西鶴ｏｆｐＴｏｄｕｃｌｉｏｎ ａｌｕｍｉｎ８ｂｙ ｎｏｎ—ｂａ呱ｉｔｅ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｒ髑叫ｒｃ∞ａｍ ｉｎ刪ｕｃｅｄ，叫ｃｈ鼬ｎ印ｈ曲ｎｅ，ａ１１ｌｌＩｉｔｅ，ｄａｙ，∞ａｌ削ｅ，ｎｙ 齲ｈ蛐ｄｅｔｃ．；ｌｈｅ∞ｈａｖｅａ Ｆ帆ｔｓｉ弘ｉｆｉｃａｎｃｅ ｌｏ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｌｕｍｉｎａｐｒｏｄｕｃｔｉ∞ｉｎｄｕ８ｎｙ． ＫｅｙｗＯｒｄｓ：ｎ∞一ｂａｕｘｉｔｅ；ａｌｕｍｉｎｉｕｍ托ｓｏｕｒｃ∞；８ｌｕｍｉＭ 氧化鋁作為重要的煉鋁原料，對(duì)鋁工業(yè)的持續(xù)上綜合處理霞石礦生產(chǎn)氧化鋁、蘇打、碳酸鉀和水穩(wěn)步發(fā)展意義重大。２００６—２０１０年，世界各國(guó)氧化泥。處理方法分為石灰石燒結(jié)法和水化學(xué)法。雖然鋁的總產(chǎn)量分別是６８０ｌ萬ｔ、７５０７萬ｔ、８１０６萬ｔ、燒結(jié)法處理霞石生產(chǎn)氧化鋁的廠家效益很好，但燒 ７２８１萬ｔ、７８９５萬ｔ【ｌ以】。主要生產(chǎn)國(guó)分布在澳大利結(jié)工序的燃料單耗高（１．３一１．５ｔ一標(biāo)：影ｔ），占產(chǎn)品 亞、中國(guó)、美國(guó)、牙買加、巴西、俄羅斯、印度等２５個(gè)成本的絕大部分。這一情況成為國(guó)內(nèi)外采用霞石原國(guó)家。目前，工業(yè)上生產(chǎn)氧化鋁所用的原料主要為料建立大型氧化鋁廠的障礙。為了大幅度降低燃料鋁土礦。鋁土礦是生產(chǎn)金屬鋁的最佳原料，也是最消耗，研究開發(fā)了半干法燒結(jié)霞石生料工藝，使燃料主要的應(yīng)用領(lǐng)域，其使用量占世界鋁資源總量的 單耗降低了２０％一２５％，窯設(shè)備產(chǎn)能提高兩９５％以上。 倍【３“】。對(duì)于水化學(xué)法，蘇聯(lián)的波諾馬列夫１９５７年然而，對(duì)于鋁土礦較為貧瘠或鋁土礦品位不高就研究了用水化學(xué)法處理霞石等含鋁的礦物原料的國(guó)家，例如前蘇聯(lián)、墨西哥等則比較重視利用非鋁（包括霞石、霞石正長(zhǎng)巖、粘土、高嶺土、紅柱石土礦資源提取氧化鋁的技術(shù)研究與推廣，已取得大等）Ｈ’來生產(chǎn)氧化鋁。 量的研究成果并在實(shí)際中推廣使用。隨著氧化鋁行１．１石灰石燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁 業(yè)的不斷發(fā)展，天然鋁土礦資源日益減少，利用非鋁工藝流程大致為悼】：磨細(xì)的霞石與石灰石混 土礦含鋁資源來生產(chǎn)氧化鋁的研究顯的尤為重要。‘合，在１２５０～１３００℃焙燒，燒結(jié)熟料用水溶解，過以下介紹幾種非鋁土礦含鋁資源生產(chǎn)氧化鋁的技術(shù)研究和應(yīng)用情況。 濾，濾渣用作水泥原料。濾液經(jīng)脫硅處理后通人ＣＯ：進(jìn)行碳分，使鋁呈氫氧化鋁從溶液中析出，而１ 以霞石為原料生產(chǎn)氧化鋁的技術(shù)進(jìn)鉀、鈉呈碳酸鹽形態(tài)留于溶液中。氫氧化鋁經(jīng)煅燒展 后得到氧化鋁。碳酸鹽溶液經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶，獲得蘇打和碳酸鉀。具體工藝流程圖見圖１。 霞石的主要特點(diǎn)是硅不飽和，氧化鋁含量高，鈉 和鉀含量也較高，其成分為ＫＮａ，（ＡｌＳｉＯ。）。。工業(yè) 作者簡(jiǎn)介：張曉云（１９７９一），女，漢族，河北承德人，工程師，碩士研究生，研究方向：資源綜合利用、環(huán)境保護(hù)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)等。囂喜籍莽考蒜蕤裂琶具丐墨：愛撰弗ｉ瑟鬟裂跫譬！髫蹄，碩士研究生，研究方向：資源綜合利用、環(huán)境保護(hù)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)等。收稿日期：２０１２一０３—１９ ２２－ 張曉云等：非鋁土礦含鋁資源生產(chǎn)氧化鋁的方法 ２０１２年第１ｌ期 霞石 石灰石和水（各占一半），其主要成分為（Ｎａ Ｋ）她（ＳＯ．）： （ＯＨ）。，常伴生高嶺土、黃鐵礦及少量銣、銫、鎵等稀有元素，是一種具有綜合利用價(jià)值的礦石哺１。二十世紀(jì)初期開始，中國(guó)、美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本、墨西哥等國(guó)都進(jìn)行了明礬石礦綜合處理生產(chǎn)氧化鋁的實(shí)驗(yàn)研究［９】。前蘇聯(lián)和墨西哥利用高品位明礬石礦作為原料生產(chǎn)硫酸、氧化鋁、化肥（硫酸鉀或硫酸氨）。 霞石 石灰 Ｉ磨料機(jī)Ｉ 叫ｌ Ｌ—一內(nèi) 圖ｌ石灰石燒結(jié)法處理霞石生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程圖 —－白泥 濾ｌ渣 Ｉ再生堿Ｉ Ｌ—廣 廣——上１１．２水化學(xué)法生產(chǎn)氧化鋁 蘇打、鉀堿 工藝流程大致為１５ｊ：將細(xì)碎霞石和石灰在磨料囪 機(jī)中進(jìn)行混磨，然后用結(jié)晶母液調(diào)漿，加熱后送壓煮器進(jìn)行高壓浸出，生成的鋁酸鹽進(jìn)入溶液，ＮａＣａ［ＨＳｉＯ。］殘留渣中，固液分離。鋁酸鹽溶液在常壓下脫硅，再經(jīng)蒸發(fā)、濃縮，使鋁酸鹽結(jié)晶析出。晶體１垂每蒸汽＾唾乎≈￡］ 水叫崮濾ｆ液 溶解，加晶種進(jìn)行種子分解析出氫氧化鋁，煅燒得氧化鋁。種分母液返回結(jié)晶工序，結(jié)晶母液返回浸出種子分解Ｈ過謎氫氧化鋁段。具體工藝流程圖見圖２。 種子 蘇聯(lián)從二十世紀(jì)五十年代起一直進(jìn)行水化學(xué)法氧化鋁處理霞石等含鋁原料的研究，并于七十年代進(jìn)人半工業(yè)化試驗(yàn)ＨＪ。美國(guó)ＡＩＫＯＡ公司已完成用水化學(xué)圖２水化學(xué)法處理曩石生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程圖 法處理斜長(zhǎng)石的研究，１９８１年以前完成了年產(chǎn)５０萬噸氧化鋁的工藝設(shè)計(jì)［５。６］。但溶出條件苛刻，物工藝流程大致為【９Ｊ：將原礦破碎，置人回轉(zhuǎn)窯料量大，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高等弊端阻礙了工業(yè)應(yīng)用。中焙燒脫水，礦石經(jīng)脫水后用球磨機(jī)細(xì)磨，并加水送然而研究工作迄今未間斷，盡管水化學(xué)法至今尚未制漿槽，在反應(yīng)器中將其加熱至沸騰，通氨氣鼓泡， 得到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，但已經(jīng)得到越來越廣泛的重生成硫酸氨和硫酸鉀，沉淀物中有氫氧化鋁和雜質(zhì)，視和研究。管道溶出技術(shù)日益成熟更為它的開發(fā)應(yīng)剩余的氨返回。物料過濾，把含硫酸氨和硫酸鉀的用創(chuàng)造了有利條件ｏ¨。 溶液濃縮，制取混合肥料，或加工成復(fù)合肥。將含氫氧化鋁沉淀物進(jìn)行洗滌、制漿，送人反應(yīng)器。通二氧２ 以明礬石為原料生產(chǎn)氧化鋁 化硫氣體使其轉(zhuǎn)化為可溶性的亞硫酸鋁，過濾，與沉明礬石系鋁和鉀的復(fù)雜堿性含水硫酸鹽礦物， 淀物分離。濾過的沉淀物中有未起反應(yīng)的氫氧化氧化鋁和三氧化硫各占三分之一，其余的為硫酸鉀 鋁、不溶性的亞硫酸鹽和其他雜質(zhì)。沉淀物再加人 ２０１２年第１１期 輕金屬 ２３ 硫酸處理，使得氫氧化鋁轉(zhuǎn)化為可溶性的硫酸鋁，過濾，經(jīng)洗滌的沉淀物排往堆渣場(chǎng)，亞硫酸鋁和硫酸鋁溶液送人另一反應(yīng)器，加熱至沸騰，生成堿式硫酸鋁和氫氧化鋁，再經(jīng)過煅燒可生成氧化鋁和三氧化硫，三氧化硫可用以生產(chǎn)硫酸。具體工藝流程圖見圖 ３０ 破碎的明礬石礦 氮 氧化鋁 圖３氨酸法處理明礬石生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程圖 ３ Ｈ＋法利用粘土、煤頁(yè)巖生產(chǎn)氧化 鋁［９】 Ｈ＋法是用濃硫酸處理含鋁原料得到硫酸鋁溶 液，用冷卻結(jié)晶的方法從其中析出含有很多雜質(zhì)的硫酸鋁，然后用鹽酸溶解硫酸鋁，同時(shí)通人ＨＣｌ氣體使溶液飽和，使溶液中的鋁幾乎全部以很純的ＡｌＣｌ３ ６Ｈ２０析出。經(jīng)洗滌后的ＡｌＣｌ３ ６Ｈ２０在１３７３一１４７３Ｋ溫度下煅燒可得到純度比拜耳法還高的氧化鋁成品和可再生鹽酸的含ＨＣｌ氣體。在此法中，硫酸和鹽酸都無須再生便可循環(huán)使用。 工藝流程大致為：礦石制備；循環(huán)酸液溶出；液固分離，從溶液中分離殘?jiān)�；殘�(jiān)礈欤褂杏玫牧?/span> 酸鹽雜質(zhì)溶解，結(jié)晶回收，不溶的氧化硅殘?jiān)鼦壢�；溶出液中硫酸鋁結(jié)晶；將硫酸鋁轉(zhuǎn)化為氯化鋁；除鈉；分離硫酸和鹽酸；六水氯化鋁分解得氧化鋁，再生鹽酸。具體工藝流程圖見圖４。 圖４ Ｈ＋法處理粘土等生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程圖 酸法處理粘土類礦物生產(chǎn)氧化鋁在理論上是可行的，但也存在一定的不足：從鋁鹽溶液中除鐵困難；酸液嚴(yán)重腐蝕鋼質(zhì)設(shè)備；溶解單位重量氧化鋁所需溶劑量很大；大多數(shù)酸具有揮發(fā)性，影響環(huán)境等。 ２４ 張曉云等：非鋁土礦含鋁資源生產(chǎn)氧化鋁的方法加１２年第１ｌ期 ４ 以工業(yè)固體廢棄物粉煤灰為原料生產(chǎn)氧化鋁 粉煤灰是煤粉在鍋爐中燃燒時(shí)無機(jī)礦物經(jīng)分 解、燒結(jié)、熔融和冷卻等過程形成的。冷卻后的粉煤灰基本可分為玻璃體和晶體礦物兩大類，礦物相以莫來石和石英為主。為了充分利用粉煤灰為原料來提取氧化鋁，國(guó)內(nèi)外采用的工藝甚多，但歸納起來主要有以下幾種¨¨： （１）堿法［１２。引。包括石灰石燒結(jié)法（石灰燒結(jié)法）和堿石灰燒結(jié)法。 （２）酸浸（溶）法：硫酸法、鹽酸法、硝酸法和氫 氟酸法。 （３）酸堿聯(lián)合法。 （４）氣體氯化法。 但常用的工藝為石灰石燒結(jié)法或堿石灰燒結(jié) 法。 ４．１石灰石燒結(jié)法 ２０世紀(jì)５０年代波蘭克拉科夫礦冶學(xué)院格日麥克（Ｊ．Ｇｒｚｙｍｅｋ）教授采用石灰石燒結(jié)法，以高鋁煤矸石或高鋁粉煤灰（Ａｌ：Ｏ，＞３０％）為主要原料，從中提取氧化鋁和利用其殘?jiān)a(chǎn)水泥。我國(guó)從粉煤灰中提取氧化鋁可追溯到２０世紀(jì)５０年代，山東鋁廠曾考慮過從粉煤灰中提取氧化鋁，以后湖南、浙江等省也有單位進(jìn)行過此類工作，至１９８０年安徽省冶金科研所和合肥水泥研究院在進(jìn)行提取氧化鋁和制造水泥的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究后，提出用石灰石燒結(jié)、碳酸鈉溶出的工藝從粉煤灰中提取氧化鋁。 工藝流程大致為：粉煤灰和石灰石進(jìn)行配制及燒結(jié)，熟料自粉化；鋁酸鹽的提��；浸出液的過濾；偏鋁酸鈉的除硅處理；偏鋁酸鈉的碳化處理；經(jīng)過濾得到氫氧化鋁；氫氧化鋁經(jīng)高溫煅燒制得氧化鋁。 波蘭從粉煤灰中提取氧化鋁經(jīng)濟(jì)效益較高，主要是由于該國(guó)鋁礬土靠進(jìn)口，同時(shí)粉煤灰中含鋁又高，所以從粉煤灰中提取氧化鋁的經(jīng)濟(jì)效益可與采用傳統(tǒng)的拜耳法從鋁土礦中生產(chǎn)氧化鋁相比擬。 目前，我國(guó)蒙西集團(tuán)利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的項(xiàng)目，采用的是石灰石燒結(jié)法。具體工藝流程圖見 圖５。 ４．２堿石灰燒結(jié)法 寧夏自治區(qū)建材研究所提出了堿石灰燒結(jié)法，工藝流程大致為：將粉煤灰和石灰、碳酸鈉按一定比例混合，高溫煅燒；得到的熟料經(jīng)破碎，濕磨溶出；溶 出液過濾，產(chǎn)物分別為粗鋁酸鈉溶液和不溶性的Ｃ：Ｓ渣；粗鋁酸鈉溶液經(jīng)過一、二段脫硅，再進(jìn)行碳酸化分解，得到氫氧化鋁，氫氧化鋁煅燒得到氧化鋁；Ｃ：Ｓ渣用作水泥熟料。此工藝較石灰石燒結(jié)法能耗要低。具體工藝流程圖見圖６。 圖５石灰石燒結(jié)法處理粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程圖 ４．３預(yù)脫硅——堿石灰燒結(jié)法 內(nèi)蒙古中西部地區(qū)由于特殊的地質(zhì)背景，在晚古生代煤層及夾矸石中富存大量的一水軟鋁石和高嶺石等富鋁礦物，形成煤鋁共生礦產(chǎn)資源。這種煤種在火力發(fā)電廠燃燒后形成的粉煤灰中氧化鋁含量高達(dá)５０％，相當(dāng)于我國(guó)中級(jí)品位鋁土礦中氧化鋁的含量，是非常寶貴的再生含鋁資源。 日前，內(nèi)蒙古大唐國(guó)際再生資源開發(fā)有限公司 自主研發(fā)了“預(yù)脫硅——堿石灰燒結(jié)法”利用高鋁 粉煤灰提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的工藝技術(shù)（專利號(hào)２００７１００６５３６６．７【１副），基本工藝原理是：首先用ＮａＯＨ溶液脫除高鋁粉煤灰中玻璃態(tài)ＳｉＯ：，使粉煤灰ＡＬ／Ｓｉ提高，脫硅液用來制備活性硅酸鈣并回收 ２０１２年第１１期輕金屬 ２５ Ｎａ０Ｈ。脫硅后的粉煤灰采用堿石灰燒結(jié)法制備氧化鋁，最后剩余硅鈣渣作為煙氣脫硫劑或經(jīng)脫堿處５展望 理后用于生產(chǎn)水泥。 隨著鋁土礦資源的日益枯竭，特別是隨著我國(guó)內(nèi)蒙古大唐國(guó)際再生資源開發(fā)有限公司利用高首條利用高鋁粉煤灰年產(chǎn)２０萬噸氧化鋁示范生產(chǎn)鋁粉煤灰年產(chǎn)２０萬噸氧化鋁項(xiàng)目已全面建成投產(chǎn)，線的建成并成功投產(chǎn)。從非鋁土礦的鋁資源中提取全線貫通，該條生產(chǎn)線是我國(guó)首條高鋁粉煤灰提取氧化鋁的技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化推廣將會(huì)越來越受到青 氧化鋁生產(chǎn)線，內(nèi)蒙古大唐國(guó)際再生資源開發(fā)有限睞！ 公司被確定為高鋁粉煤灰綜合利用產(chǎn)業(yè)示范基地。 參考文獻(xiàn)： ［１】朱妍，霍云波．２００９年氧化鋁市場(chǎng)回顧與２０１０年展望［Ｊ］．中國(guó) 石灰石鋁業(yè)，２０ｌＯ。（０３）：５３—６２． ［２］人民日?qǐng)?bào)．在加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式中邁向世界一流［Ｎ］．人民網(wǎng) ２０１１。３．１５． ［３］寧云峰編譯．俄羅斯氧化鋁生產(chǎn)的發(fā)展方向［Ｊ］．世界有色金屬， １９９６。７：４４—４７． 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氧化鋁及氧化鎵的方法［Ｐ］．中國(guó)專利孔２００ｒ７１００６５３６６．７． （責(zé)任編輯張文軍） 器器器器器船鼯器器 [此處圖片未下載成功] [此處圖片未下載成功] 非鋁土礦含鋁資源生產(chǎn)氧化鋁的方法 作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)： 張曉云， 張毅， 陳剛， 孫俊民， 張戰(zhàn)軍， Zhang Xiaoyun， Zhang Yi， Chen Gang， Sun Junmin，Zhang Zhanjun 內(nèi)蒙古大唐國(guó)際再生資源開發(fā)有限公司,內(nèi)蒙古呼和浩特,010206輕金屬 Metals2012(11) .朱妍;霍云波 2009年氧化鋁市場(chǎng)回顧與2010年展望 2010(03)2.人民日?qǐng)?bào) 在加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式中邁向世界一流 20113.寧云峰 俄羅斯氧化鋁生產(chǎn)的發(fā)展方向 1996 .汪鏡亮 長(zhǎng)石和霞石正長(zhǎng)巖生產(chǎn)和應(yīng)用[期刊論文]-礦產(chǎn)保護(hù)與利用 19955.王孝楠;林鶴卿 霞石綜合利用技術(shù)方案探討 1986(03)6.Hitter H.J 1981 .劉戰(zhàn)偉;李旺興;劉彬;張擁軍 霞石礦在氧化鋁工業(yè)中的應(yīng)用[期刊論文]-輕金屬 2008(12)8.孫士良 中低品位明礬石礦的特征及其綜合利用 1983(04)9.楊重愚 氧化鋁生產(chǎn)工藝學(xué) 1993 .蘇聯(lián)《有色冶金快報(bào)》.用明礬石生產(chǎn)氧化鋁和化肥 197211.王福元;吳正嚴(yán) 粉煤灰利用手冊(cè) 2004 .Matjie R;Bunt J;Heerden J Extraction of Alumina from coal fly ash generated from a selested low rank bituminousSouth African coal 2004 .Matjie R;Bunt J;Van Heerden Extraction of alumina from coal fly ash generated from a selected low rank 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