本发明属于氧化铝生产技术领域，具体涉及一种从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法。
背景技术：
碱石灰烧结法处理中低品位铝土矿生产氧化铝是目前国内氧化铝企业普遍采用的方法之一，该方法的主要原理是通过在烧结过程中添加碳酸钠和石灰，使矿石中的一水铝石转化为na2o·al2o3，含铁矿物转变为铁酸钠，含硅矿物转变为β-2cao·sio2。该工艺具有烧结温度低，烧成的熟料氧化铝溶出性能高等优点。
但是在实际生产过程中，该生产工艺仍然存在一些问题。如为了形成铝酸钠和铁酸钠，烧结过程要配入大量的碳酸钠，其在回转窑烧结过程中会出现挥发结疤的现象；另外，氧化铝溶出需要高浓度的碳酸钠溶液，碳酸钠的大量使用使物料在后续蒸发过程中存在较大比例的水分，明显增加了煅烧过程中的能耗。
技术实现要素：
针对目前烧结法碳酸钠配入量高而会产生结疤和增加能耗的问题，本发明提供一种从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下技术方案：
一种从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，将中低品位含铝原料与碳酸钠、碳酸钙混合，烧结，得到熟料，将所述熟料进行氧化铝的溶出，即得；将所述含铝原料中的铝元素以氧化铝计(al2o3)，硅元素以二氧化硅(sio2)计，所述碳酸钠与所述氧化铝的摩尔比为0.3～0.5，所述碳酸钙的摩尔数与所述氧化铝和二氧化硅的摩尔数之和的比为0.7～0.9。
本发明通过限定碳酸钠和碳酸钙的配入量，改变了熟料中氧化铝和氧化硅的赋存状态和物相组成，将烧结熟料中氧化铝的主要赋存物相由传统碱石灰烧结法所得熟料中的na2o·al2o3转变为2na2o·3cao·5al2o3，且碳酸钠配入量降低了50～70％，并使渣量随之降低，实现了能耗相对较低的半干法烧结，与原有工艺相比，能够使烧结过程能耗降低8～10％。
所得熟料的物相组成使氧化铝的溶出对碳酸钠浓度的要求降低，使用较低浓度碳酸钠即可，因此能够降低后续蒸发工艺的能耗。且该熟料中氧化铝的溶出率(溶出产物中的氧化铝/熟料中的氧化铝×100％)可达90％以上。
本发明所提供的方法既可以处理中低品位铝土矿，也可以处理粉煤灰等低品位含铝原料，从而能够实现资源的综合利用。其中碳酸钙可用石灰石代替以降低成本，石灰石中的碳酸钙含量仍遵从上述比例。
优选地，所述碳酸钠与所述氧化铝的摩尔比为0.4，所述碳酸钙的摩尔数与所述氧化铝和二氧化硅的摩尔数之和的比为0.8。
优选地，所述烧结的温度为1100～1250℃。
优选地，烧结至所述温度后的保温时间为15～60min。
优选地，所述烧结的升温速率为15～30℃/min。该快速升温制度与上述保温时间的共同限定，能够使熟料形成疏松多孔微观结构，使氧化铝在后续的溶出工艺中能够快速溶出。升温速率太快和太慢均不利于多孔结构的形成，可使孔状结构减少或消失。
优选地，烧结完成后的冷却制度为炉内自然冷却。
优选地，用浓度为20～40g/l的碳酸钠水溶液将所述熟料进行氧化铝的溶出。本发明所得熟料的物象组成为2na2o·3cao·5al2o3，不需要过高浓度的碳酸钠溶液即可实现氧化铝的充分溶出，改善了碳酸钠浓度过高、碳酸钠剩余量过多而导致后续蒸发工艺能耗增加的情况。
优选地，所述溶出的温度为50～90℃。温度过高则会增加不必要的能耗，提高生产成本，温度过低则反应较慢而使溶出不完全。在该温度范围内，熟料即可与溶液中的碳酸钠充分反应形成氢氧化铝，再经过进一步常规煅烧即可得到氧化铝。
当烧结采用15～30℃/min的升温速率时，优选溶出的时间为10～30min，既能保证氧化铝尽可能完全地溶出，又能缩短溶出时间，降低时间成本。
优选地，将烧结产生的热量用于对所述碳酸钠溶液加热，可进一步降低能耗，节约资源和成本。
附图说明
图1为本发明实施例1～4的工艺流程示意图；
图2为本发明实施例1所得熟料的微观形貌。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供了一种从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，具体操作为：
将一定质量铝土矿破碎研磨，该铝土矿以质量百分比计的化学组成为：al2o352.5％、sio211.2％、fe2o38.2％，其余为杂质；研磨后粒度小于0.074mm的颗粒占比达85％以上；然后按照碱比(na2co3/al2o3，摩尔比)0.4、钙比(caco3/(al2o3 sio2)，摩尔比)0.8配入碳酸钠和石灰石，将物料混合；采用25℃/min的升温速率将温度升至1200℃，并在此温度下保温30分钟，而后在炉内自然冷却；所得熟料为多孔结构，其物相组成主要为2na2o·3cao·5al2o3和β-2cao·sio2，其微观形貌如图2所示。
将所得熟料用浓度为30g/l的碳酸钠溶液进行氧化铝的溶出，溶出温度为70℃，时间为20min，氧化铝溶出率达95.27％。
碳酸钠配入量与传统碱石灰烧结法相比降低了60％，烧结过程能耗降低10％。
实施例2
本实施例提供了一种从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，具体操作为：
将一定质量铝土矿破碎研磨，该铝土矿以质量百分比计的化学组成为：al2o350.8％、sio213.1％、fe2o39.6％，其余为杂质；研磨后粒度小于0.074mm的颗粒占比达85％以上；然后按照碱比0.5、钙比0.7配入碳酸钠和石灰石，将物料混合；采用15℃/min的升温速率将温度升至1100℃，并在此温度下保温15分钟，而后在炉内自然冷却；所得熟料为多孔结构，其物相组成主要为2na2o·3cao·5al2o3和β-2cao·sio2，并含有少量的na2o·al2o3。
将所得熟料用浓度为20g/l的碳酸钠溶液进行氧化铝的溶出，溶出温度为50℃，时间为10min，氧化铝溶出率达90.48％。
碳酸钠配入量与传统碱石灰烧结法相比降低了50％，烧结过程能耗降低8％。
实施例3
本实施例提供了一种从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，具体操作为：
将一定质量铝土矿破碎研磨，该铝土矿以质量百分比计的化学组成为：al2o348.5％、sio216.3％、fe2o39.1％，其余为杂质；研磨后粒度小于0.074mm的颗粒占比达85％以上；然后按照碱比0.3、钙比0.9配入碳酸钠和石灰石，将物料混合；采用30℃/min的升温速率将温度升至1250℃，并在此温度下保温60分钟，而后在炉内自然冷却；所得熟料为多孔结构，其物相组成主要为2na2o·3cao·5al2o3和β-2cao·sio2，并含有少量的cao·al2o3。
将所得熟料用浓度为40g/l的碳酸钠溶液进行氧化铝的溶出，溶出温度为90℃，时间为30min，氧化铝溶出率达92.15％。
碳酸钠配入量与传统碱石灰烧结法相比降低了70％，烧结过程能耗降低9％。
实施例4
本实施例提供了一种从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，具体操作为：
将一定质量高铝粉煤灰破碎研磨，该铝土矿以质量百分比计的化学组成为：al2o349.2％、sio235.8％、fe2o35.6％，其余为杂质；研磨后粒度小于0.074mm的颗粒占比达85％以上；然后按照碱比0.4、钙比0.8配入碳酸钠和石灰石，将物料混合；采用25℃/min的升温速率将温度升至1200℃，并在此温度下保温30分钟，而后在炉内自然冷却；所得熟料为多孔结构，其物相组成主要为2na2o·3cao·5al2o3和β-2cao·sio2，并含有少量的cao·al2o3。
将所得熟料用浓度为30g/l的碳酸钠溶液进行氧化铝的溶出，溶出温度为70℃，时间为20min，氧化铝溶出率达84.80％。
碳酸钠配入量与传统碱石灰烧结法相比降低了60％，烧结过程能耗降低9％。
实施例1～4的工艺流程示意图如图1所示。
对比例1
本实施例提供了一种从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，具体操作为：
将一定质量铝土矿破碎研磨，该铝土矿以质量百分比计的化学组成为：al2o351.6％、sio218.4％、fe2o39.2％，其余为杂质；研磨后粒度小于0.074mm的颗粒占比达85％以上；然后按照碱比0.4、钙比0.8配入碳酸钠和石灰石，将物料混合；采用5℃/min的升温速率将温度升至1200℃，并在此温度下保温30分钟，而后在炉内自然冷却；所得熟料几乎不呈现多孔结构，其物相组成主要为2na2o·3cao·5al2o3和β-2cao·sio2，但与实施例1所得熟料相比，还含有较多数量的cao·al2o3和2cao·al2o3·sio2。
将所得熟料用浓度为40g/l的碳酸钠溶液进行氧化铝的溶出，溶出温度为80℃，时间为30min，氧化铝溶出率达85.20％。
碳酸钠配入量与传统碱石灰烧结法相比降低了70％，烧结过程能耗降低8％。
对比例2
本对比例提供了一种从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，具体操作为：
将一定质量铝土矿破碎研磨，该铝土矿以质量百分比计的化学组成为：al2o351.6％、sio218.4％、fe2o39.2％，其余为杂质；研磨后粒度小于0.074mm的颗粒占比达85％以上；然后按照钙比1.4配入石灰石，碱比为0，不配入碳酸钠，将物料混合；采用10℃/min的升温速率将温度升至1350℃，并在此温度下保温60分钟，而后在炉内自然冷却；所得熟料为多孔结构，其物相组成主要为12cao·7al2o3和β-2cao·sio2，并含有较多数量的cao·al2o3。
将所得熟料用浓度为100g/l的碳酸钠溶液进行氧化铝的溶出，溶出温度为80℃，时间为60min，氧化铝溶出率达86.20％。烧结过程不配入碳酸钠，但是烧结温度明显高于传统碱石灰烧结法，能耗增加。
对比例3
本对比例提供了一种从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，具体操作为：
将一定质量铝土矿破碎研磨，该铝土矿以质量百分比计的化学组成为：al2o351.6％、sio218.4％、fe2o39.2％，其余为杂质；研磨后粒度小于0.074mm的颗粒占比达85％以上；然后按照碱比为1.0，钙比0.5配入碳酸钠和石灰石，将物料混合；采用10℃/min的升温速率将温度升至1200℃，并在此温度下保温30分钟，而后在炉内自然冷却；所得熟料为多孔结构，其物相组成主要为na2o·al2o3和β-2cao·sio2。
将所得熟料用浓度为20g/l的碳酸钠溶液进行氧化铝的溶出，溶出温度为70℃，时间为30min，氧化铝溶出率达91.36％。烧结过程配入碳酸钠的量较大，能耗较高且容易出现结疤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，其特征在于，将中低品位含铝原料与碳酸钠、碳酸钙混合，烧结，得到熟料，将所述熟料进行氧化铝的溶出，即得；将所述含铝原料中的铝元素以氧化铝计，硅元素以二氧化硅计，所述碳酸钠与所述氧化铝的摩尔比为0.3～0.5，所述碳酸钙的摩尔数与所述氧化铝和二氧化硅的摩尔数之和的比为0.7～0.9。
2.根据权利要求1所述从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，其特征在于，所述碳酸钠与所述氧化铝的摩尔比为0.4，所述碳酸钙的摩尔数与所述氧化铝和二氧化硅的摩尔数之和的比为0.8。
3.根据权利要求1所述从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，其特征在于，所述烧结的温度为1100～1250℃。
4.根据权利要求3所述从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，其特征在于，烧结至所述温度后的保温时间为15～60min。
5.根据权利要求4任所述从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，其特征在于，所述烧结的升温速率为15～30℃/min。
6.根据权利要求1～5任一项所述从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，其特征在于，烧结完成后的冷却制度为炉内自然冷却。
7.根据权利要求1～5所述从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，其特征在于，用浓度为20～40g/l的碳酸钠水溶液将所述熟料进行氧化铝的溶出。
8.根据权利要求7所述从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，其特征在于，所述溶出的温度为50～90℃。
9.根据权利要求8所述从中低品位含铝原料中提取氧化铝的方法，其特征在于，将烧结产生的热量用于对所述碳酸钠溶液加热。
技术总结