阅读说明：本技术 一种回收铝电解铝灰制备α-Al2O3的方法 (A kind of recycling aluminium electroloysis aluminium ash preparation α-Al2O3Method ) 是由 刘海涛 王维 王可桢 韩超 刘海洋 李玉芝 于 2019-03-26 设计创作，主要内容包括：本发明的目的是公开一种回收铝电解铝灰制备α-Al_2O_3的方法,以铝电解废弃碳渣为原料,经过破碎、筛分、酸浸、沉积分离、碱浸、种分分解、煅烧等工序,具有工艺稳定、成本低等特点,回收的α-Al_2O_3可返回铝电解使用。本发明采用酸浸-碱浸-溶出工序,达到将铝灰中铝、α-Al_2O_3、η-Al_2O_3和AlN转变为α-Al_2O_3和杂质分开的目的,所得Al_2O_3产品可做为铝电解的原料,降低了铝电解的生产成本,减少了废弃物排放及氟对环境的危害。本发明生产工艺固液反应、液液反应均易控制,产品易分离,且制得氧化铝产品纯度高达99.2～99.5％。(The purpose of the present invention is disclose a kind of recycling aluminium electroloysis aluminium ash preparation α-Al 2 O 3 Method the processes such as decompose, calcine using aluminium electroloysis waste carbon slag as raw material by broken, screening, acidleach, deposition separation, alkali leaching, kind point, have the characteristics that process stabilizing, at low cost, the α-Al of recycling 2 O 3 It can return to aluminium electroloysis use.The present invention soaked using acidic leaching with alkaline-process is dissolved out, reach aluminium, α-Al in aluminium ash 2 O 3 、η‑Al 2 O 3 It is changed into α-Al with AlN 2 O 3 The separated purpose with impurity, gained Al 2 O 3 Product can be used as the raw material of aluminium electroloysis, reduce the production cost of aluminium electroloysis, reduce the harm of waste discharge and fluorine to environment.Production technology solid-liquid reaction of the present invention, reactive liquid solution are easy to control, and product is easily separated, and alumina product purity is made and is up to 99.2~99.5%.)

一种回收铝电解铝灰制备α-Al2O3的方法

技术领域

本发明涉及铝电解技术领域，具体涉及一种回收铝电解铝灰制备α-Al₂O₃的方法。

背景技术

铝电解和铝熔炼过程中，均会大量产生铝灰。铝灰就是其中较为重要的电解固体废物，有时也被称之为铝渣灰或者铝渣。铝灰中主要存在氧化铝、金属铝、镁铝尖晶石、方镁石、石英、氮化铝、碳化铝及盐溶剂等物质。铝灰中富含80％以上的金属铝，可以视为二次的高铝资源

随着金属铝产量日益增长，铝灰的产生量也不断增加。铝灰与溶液接触，其Al、AlN、Si等活性物相反应生成甲烷、硫化氢、磷化氢和氨气，这些气体多数有毒有害，部分具有恶臭性、易燃易爆性，直接排放到空气中不仅污染大气，还会带来安全隐患。而氯化盐和氟化盐可进入土壤溶液中，其盐分会缓慢积聚在土壤中导致盐碱化，扰乱周围植物根系正常生理活动。此外，铝灰中的硒、砷、钡、隔、铬、铅等可能导致土壤重金属超标从而造成地下污染，给环境带来了巨大的压力。回收利用铝灰不仅能保护环境，还能创造经济效益。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的目的在于提供一种回收铝电解铝灰制备α- Al₂O₃的方法，回收的α-Al₂O₃可以作为铝电解的原料使用。该方法以铝电解废弃碳渣为原料，经过破碎、筛分、酸浸、沉积分离、碱浸、种分分解、煅烧等工序，具有工艺稳定、成本低等特点，回收的α-Al₂O₃可返回铝电解使用，降低了铝电解的原材料消耗，环保效益和经济效益显著。

本发明解决上述技术问题所采取的技术手段是：一种回收铝电解铝灰制备α-Al₂O₃的方法，其技术方案在于：包括以下步骤：

S1.破碎及筛分：将铝灰球磨后经过200目标准筛，得到铝灰粉；

S2.浸出：将S1步骤制得的铝灰粉放入盐酸溶液中，得到固液混合物I；其中，铝灰粉中的部分金属及金属氧化物与盐酸反应，生成氯化物的固液混合物I；

S3.过滤：将S2步骤制得的固液混合物I进行固液分离，得到滤液I以及滤渣I；

S4.沉积：在S3步骤制得的滤渣I中加入NH₄OH溶液，得到固液混合物II；该步骤中固液混合物II包括氢氧化物沉淀和氯化铵溶液；

S5.分离：将S4步骤制得的固液混合物II进行固液分离，得到滤渣II；其中，滤渣II的主要成分为Al(OH)₃和氢氧化物沉淀；

S6.碱浸：将S5步骤制得的滤渣II和NaOH溶液混合，得到固液混合物III；

S7.分离：将S6步骤制得的固液混合物III进行固液分离，得到偏铝酸钠溶液；

S8.沉积：将S7步骤制得的偏铝酸钠溶液加入碳酸氢钠，得到固液混合物IV，再进行固液分离，得到滤渣IV；

S9.煅烧：将S8步骤中制得的滤渣IV掺加5％NH₄F，在900℃煅烧2h，即可得到α-Al₂O₃。

本发明的原理：本发明首先采用高浓度盐酸浸出铝灰，能够把铝灰中金属和金属氧化物溶解而进入溶液，达到将与铝灰中二氧化硅分开的目的。通过强碱浸出氢氧化物沉淀，能够把氢氧化铝溶解进入溶液，达到与氢氧化镁、氢氧化钙分开的目的。氢氧化铝煅烧时掺加 NH4F，可在较低温度下完全转变为α-Al₂O₃。

本发明在铝灰酸浸过程中，采用较高浓度盐酸，一方面没有带来其它阴离子杂质，另一方面，铝灰中SiO₂不溶于水，在溶液pH值小于1时，促进了Al、CaF₂、MgAl₂O₄、KAl₁₁O₁₇和Al₂O₃的溶解，溶液中存在的主要离子为Cl^-、Ca²⁺、Al³⁺、Mg²⁺、Na⁺等离子。在强碱浸出阶段，氢氧化铝溶解成偏铝酸钠溶液(NaAlO₂)与Mg(OH)₂、Ca(OH)₂分开。NH₄F的引入有利于气态AlF₃的生成，使样品中AlOF、AlF₃等含铝物质的蒸汽压增大，同时α-Al₂O₃的结晶方式发生变化，使α-Al₂O₃相的形成方式由固相传质方式为主转变为气相传质方式为主，原子扩散速率增加，相变过程加快。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明采用酸浸-碱浸-溶出工序，达到将铝灰中铝、α-Al₂O₃、η-Al₂O₃和AlN 转变为α-Al₂O₃和杂质分开的目的，所得Al₂O₃产品可做为铝电解的原料，降低了铝电解的生产成本，减少了废弃物排放及氟对环境的危害。

(2)本发明中在氢氧化铝煅烧阶段掺加了NH₄F，降低了Al₂O₃相变温度，节约了能源。

(3)本发明生产工艺固液反应、液液反应均易控制，产品易分离，且制得氧化铝产品纯度高达99.2～99.5％。

具体实施方式

具体实施例1：一种回收铝电解铝灰制备α-Al₂O₃的方法，其技术方案在于：包括以下步骤：

S1.破碎及筛分：将铝灰球磨后经过200目标准筛，孔径控制在75μm以下，得到铝灰粉；

S2.浸出：将S1步骤制得的铝灰粉放入盐酸溶液中，得到固液混合物I；其中，铝灰粉中的部分金属及金属氧化物与盐酸反应，生成氯化物的固液混合物I；其中，盐酸溶液的浓度为5mol/L；液固比20ml/g；铝灰粉与盐酸溶液的反应温度为80℃；反应时长为1.5h；该步骤中金属及金属氧化物与盐酸反应生成氯化物而溶于水。氮化铝水解后生成氢氧化铝，氢氧化铝与盐酸反应生成氯化铝而溶于水。

S3.过滤：将S2步骤制得的固液混合物I进行固液分离，得到滤液I以及滤渣I；其中，滤液I的主要成分为AlCl₃和少量其它氯化物；

S4.沉积：在S3步骤制得的滤渣I中加入NH₄OH溶液，得到固液混合物II；该步骤中固液混合物II包括氢氧化物沉淀和氯化铵溶液；该步骤中金属氯化物与NH₄OH反应生成氢氧化物沉淀和氯化铵溶液；

S5.分离：将S4步骤制得的固液混合物II进行固液分离，得到滤渣II；其中，滤渣II的主要成分为Al(OH)₃和少量其他氢氧化物沉淀；

S6.碱浸：将S5步骤制得的滤渣II和NaOH溶液混合，得到固液混合物III；其中，NaOH溶液的浓度为2mol/L；滤渣II和NaOH溶液的反应温度为60℃；反应时长为1h。

S7.分离：将S6步骤制得的固液混合物III进行固液分离，得到偏铝酸钠溶液；

S8.沉积：将S7步骤制得的偏铝酸钠溶液加入碳酸氢钠，得到固液混合物IV，再进行固液分离，得到滤渣IV；其中，碳酸氢钠加入的量为75g/L；反应温度为室温；反应时长为1h；其中，滤渣IV的成分是Al(OH)₃；

S9.煅烧：将S8步骤中制得的滤渣IV掺加5％NH₄F，在900℃煅烧2h，即可得到α-Al₂O₃。

具体实施例II：

具体实施例1：一种回收铝电解铝灰制备α-Al₂O₃的方法，其技术方案在于：包括以下步骤：

S1.破碎及筛分：将铝灰球磨后经过200目标准筛，孔径控制在75μm以下，得到铝灰粉；

S2.浸出：将S1步骤制得的铝灰粉放入盐酸溶液中，得到固液混合物I；其中，铝灰粉中的部分金属及金属氧化物与盐酸反应，生成氯化物的固液混合物I；其中，盐酸溶液的浓度为5.5mol/L；液固比23ml/g；铝灰粉与盐酸溶液的反应温度为82℃；反应时长为1.7h；该步骤中金属及金属氧化物与盐酸反应生成氯化物而溶于水。氮化铝水解后生成氢氧化铝，氢氧化铝与盐酸反应生成氯化铝而溶于水。

S3.过滤：将S2步骤制得的固液混合物I进行固液分离，得到滤液I以及滤渣I；其中，滤液I的主要成分为AlCl₃和少量其它氯化物；

S4.沉积：在S3步骤制得的滤渣I中加入NH₄OH溶液，得到固液混合物II；该步骤中固液混合物II包括氢氧化物沉淀和氯化铵溶液；该步骤中金属氯化物与NH₄OH反应生成氢氧化物沉淀和氯化铵溶液；

S5.分离：将S4步骤制得的固液混合物II进行固液分离，得到滤渣II；其中，滤渣II的主要成分为Al(OH)₃和少量其他氢氧化物沉淀；

S6.碱浸：将S5步骤制得的滤渣II和NaOH溶液混合，得到固液混合物III；其中，NaOH溶液的浓度为2mol/L；滤渣II和NaOH溶液的反应温度为62℃；反应时长为1.3h。

S7.分离：将S6步骤制得的固液混合物III进行固液分离，得到偏铝酸钠溶液；

S8.沉积：将S7步骤制得的偏铝酸钠溶液加碳酸氢钠，得到固液混合物IV，再进行固液分离，得到滤渣IV；其中，碳酸氢钠加入的量为80g/L；反应温度为室温；反应时长为1.3h；其中，滤渣IV的成分是Al(OH)₃；

S9.煅烧：将S8步骤中制得的滤渣IV掺加5％NH₄F，在900℃煅烧2h，即可得到α-Al₂O₃。

具体实施例III：一种回收铝电解铝灰制备α-Al₂O₃的方法，其技术方案在于：包括以下步骤：

S1.破碎及筛分：将铝灰球磨后经过200目标准筛，孔径控制在75μm以下，得到铝灰粉；

S2.浸出：将S1步骤制得的铝灰粉放入盐酸溶液中，得到固液混合物I；其中，铝灰粉中的部分金属及金属氧化物与盐酸反应，生成氯化物的固液混合物I；其中，盐酸溶液的浓度为6mol/L；液固比25ml/g；铝灰粉与盐酸溶液的反应温度为85℃；反应时长为2h；该步骤中金属及金属氧化物与盐酸反应生成氯化物而溶于水。氮化铝水解后生成氢氧化铝，氢氧化铝与盐酸反应生成氯化铝而溶于水。

S3.过滤：将S2步骤制得的固液混合物I进行固液分离，得到滤液I以及滤渣I；其中，滤液I的主要成分为AlCl₃和少量其它氯化物；

S4.沉积：在S3步骤制得的滤渣I中加入NH₄OH溶液，得到固液混合物II；该步骤中固液混合物II包括氢氧化物沉淀和氯化铵溶液；该步骤中金属氯化物与NH₄OH反应生成氢氧化物沉淀和氯化铵溶液；

S5.分离：将S4步骤制得的固液混合物II进行固液分离，得到滤渣II；其中，滤渣II的主要成分为Al(OH)₃和少量其他氢氧化物沉淀；

S6.碱浸：将S5步骤制得的滤渣II和NaOH溶液混合，得到固液混合物III；其中，NaOH溶液的浓度为2mol/L；滤渣II和NaOH溶液的反应温度为65℃；反应时长为1.5h。

S7.分离：将S6步骤制得的固液混合物III进行固液分离，得到偏铝酸钠溶液；

S8.沉积：将S7步骤制得的偏铝酸钠溶液加入碳酸氢钠，得到固液混合物IV，再进行固液分离，得到滤渣IV；其中，碳酸氢钠加入的量为85g/L；反应温度为室温；反应时长为1.5h；其中，滤渣IV的成分是Al(OH)₃；

S9.煅烧：将S8步骤中制得的滤渣IV掺加5％NH₄F，在900℃煅烧2h，即可得到α-Al₂O₃。