本發(fā)明屬于化合物制備和工業(yè)廢物回收利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋁灰渣為原料制備氧化鋁的方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)是世界上金屬鋁產(chǎn)量最大的國(guó)家，僅2015年原鋁產(chǎn)量就達(dá)到3141萬(wàn)噸。一般每生產(chǎn)一噸鋁要產(chǎn)生30～50Kg鋁灰渣，其主要成分為金屬(Al、Fe、Ca、Mg等)、氧化鋁、二氧化硅、氮化物、碳化物等，其中含量最多的鋁和氧化鋁可達(dá)10～80％。隨著我國(guó)金屬鋁及鋁合金的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，鋁灰渣的產(chǎn)生量也出現(xiàn)急劇增長(zhǎng)。由于鋁灰渣屬于有毒有害物質(zhì)，目前的直接填埋法對(duì)環(huán)境造成巨大危害。因此，尋找高效利用和治理鋁灰渣的經(jīng)濟(jì)有效方法，實(shí)現(xiàn)鋁二次資源的有效循環(huán)利用對(duì)鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)有著重要的意義。

氧化鋁是一種無(wú)機(jī)化合物，分子式為Al₂O₃，具有硬度高、韌性好、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，在各種領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。如可用作研磨砂輪材料以及航天航空、兵器、電子、特種陶瓷等尖端材料的原料。

目前，從鋁灰渣中提取氧化鋁的方法主要有直接酸浸法、堿石灰燒結(jié)法、酸堿結(jié)合法等。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利(CN103204526A)公開(kāi)了一種制備氧化鋁溶膠的方法，在該發(fā)明中用鹽酸酸浸鋁灰渣后過(guò)濾，然后在過(guò)濾后的濾液中加入氨水和助劑，調(diào)節(jié)pH值再陳化得到氧化鋁溶膠，該工藝最終產(chǎn)物為氧化鋁溶膠膠體。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利(CN103060566A)公開(kāi)了一種從鋁灰中回收氧化鋁和氯鹽、氟鹽的方法，在該發(fā)明中將出爐的鋁灰在700～850℃進(jìn)行鋁灰復(fù)煉，使鋁和熔渣分層，再將熔渣研磨并用水浸出，過(guò)濾得到的濾渣便為氧化鋁，該工藝未考慮既存氧化物的除雜。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利(CN103172094A)公開(kāi)了一種環(huán)保利用廢鋁灰渣和廢酸的方法，該發(fā)明將廢鋁灰和廢酸進(jìn)行水浴加熱后過(guò)濾，并在過(guò)濾后的濾液中加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至12，然后靜置抽濾，得到含鋁濾液和含鐵濾渣，再用鹽酸調(diào)節(jié)含鋁濾液pH至8～9，過(guò)濾得到氫氧化鋁沉淀，最后煅燒氫氧化鋁沉淀得到氧化鋁。該工藝主要以氫氧化亞鐵的形式除去鋁灰中的鐵，由于氫氧化亞鐵的溶解度較大且為絮狀不穩(wěn)定沉淀，因此含鋁濾液中會(huì)殘留一定的鐵雜質(zhì)。并且該工藝在含鋁濾液中加鹽酸生成Al(OH)₃沉淀，但無(wú)法準(zhǔn)確控制濾液中鋁的反應(yīng)程度，會(huì)造成反應(yīng)不完全或生成物Al(OH)₃沉淀被過(guò)量的鹽酸繼續(xù)溶解，導(dǎo)致Al₂O₃回收率降低。

綜上，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋁生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)生的鋁灰渣越來(lái)越多，由于我國(guó)鋁礦產(chǎn)資源缺乏、鋁灰渣中鋁含量可觀和鋁灰渣屬于有毒有害物質(zhì)，直接廢棄，將會(huì)破壞環(huán)境、氧化鋁有許多重要的用途等一系列因素，因此研究從鋁灰渣中提取氧化鋁的工藝具有很大的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)鋁灰渣制備氧化鋁時(shí)存在污染大、物耗能耗高、氧化鋁提取率低等問(wèn)題，提出了一種鋁灰渣制備氧化鋁的方法。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

先將鋁灰渣洗滌除鹽、干燥并篩分后的粉料用稀硫酸酸浸，得到酸浸液，在酸浸液中分別加入雙氧水和NaOH溶液來(lái)氧化酸浸液中的Fe²⁺和調(diào)節(jié)酸浸液的pH值；然后，進(jìn)行固液分離獲得NaAlO₂濾液；接下來(lái)，在NaAlO₂濾液中通入過(guò)量的CO₂并過(guò)濾獲得氫氧化鋁沉淀和弱酸液；最后，煅燒過(guò)濾后所得的氫氧化鋁沉淀，得到氧化鋁。

進(jìn)一步地，所述方法具體包括以下步驟：

(1)將鋁灰渣水洗除鹽、干燥并篩分，得到一定粒度大小的鋁灰渣粉料；

(2)酸浸：將鋁灰渣粉料加入適量的稀硫酸中后在加熱條件下攪拌一段時(shí)間，然后進(jìn)行固液分離，得到濾渣A和酸浸液；

(3)在酸浸液中，分別加入適量的雙氧水和NaOH溶液來(lái)氧化酸浸液中的Fe²⁺和調(diào)節(jié)酸浸液的pH值，靜置一段時(shí)間后，通過(guò)過(guò)濾來(lái)進(jìn)行固液分離，得到NaAlO₂濾液和濾渣B；

(4)在NaAlO₂濾液中，通入過(guò)量的CO₂，過(guò)濾，得到氫氧化鋁沉淀和弱酸液；

(5)將氫氧化鋁沉淀進(jìn)行高溫煅燒，得到氧化鋁。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，鋁灰渣的水洗時(shí)間可以為1～8h，優(yōu)選為3～7h；水洗溫度可以為25～120℃，優(yōu)選為80～120℃；干燥溫度可以為25～120℃，優(yōu)選為60～120℃；干燥時(shí)間為1～5h，優(yōu)選為1～4h；篩分粒度大小為20～100目。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，所用的稀硫酸濃度為15～40wt％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，優(yōu)選為20～30wt％的硫酸溶液；酸渣質(zhì)量比(稀硫酸:鋁灰渣粉料)為2:1～7:1，優(yōu)選為2:1～6:1；酸浸溫度(即加熱溫度)為25～100℃，優(yōu)選為60～100℃；酸浸時(shí)間(即攪拌時(shí)間)為20～120min，優(yōu)選為60～120min。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，靜置時(shí)間為20～120min，優(yōu)選為30～80min；靜置溫度為25～60℃，優(yōu)選為25～40℃；雙氧水濃度(體積分?jǐn)?shù))為10～30％，雙氧水:酸浸液的體積比為1:40～1:20；NaOH溶液濃度為10～30wt％，調(diào)節(jié)pH值至8～10。

進(jìn)一步地，所述步驟(4)中，通入過(guò)量CO₂并過(guò)濾，在得到的弱酸液中再通入CO₂后沒(méi)有Al(OH)₃沉淀，即確定NaAlO₂完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)₃沉淀。

進(jìn)一步地，所述步驟(5)中，高溫煅燒氫氧化鋁的溫度為400～1200℃，煅燒時(shí)間為20～150min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)回收的氧化鋁純度高：進(jìn)行水洗預(yù)處理，稀酸酸浸后再加入雙氧水和NaOH溶液等工藝能更加有效的除去鋁灰渣中的鹽類(lèi)、金屬氧化物、氧化硅等雜質(zhì)。(2)氧化鋁提取率高：用稀酸酸浸能有效的溶解鋁，并且通過(guò)通入CO₂在NaAlO₂溶液中加入過(guò)量的弱酸，能防止氫氧化鋁溶解，避免了氫氧化鋁的損失。(3)可操作性強(qiáng)：原料成本低且易得，步驟簡(jiǎn)明，環(huán)保無(wú)污染，也無(wú)需利用復(fù)雜、昂貴設(shè)備即可實(shí)施，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明利用鋁灰渣制備氧化鋁的流程如圖1所示，先將鋁灰渣洗滌除鹽、干燥并篩分后的粉料用稀硫酸酸浸，得到濾渣A和酸浸液，在酸浸液中分別加入雙氧水和NaOH溶液來(lái)氧化酸浸液中的Fe²⁺和調(diào)節(jié)酸浸液的pH值；然后，進(jìn)行固液分離獲得濾渣B和NaAlO₂濾液(濾液主要含有NaAlO₂)；接下來(lái)，在NaAlO₂濾液中通入過(guò)量的CO₂并過(guò)濾獲得氫氧化鋁沉淀和弱酸液；最后，煅燒過(guò)濾后所得的氫氧化鋁沉淀，得到氧化鋁。具體過(guò)程參見(jiàn)以下實(shí)施例，其中鋁灰渣為電解鋁或鑄造鋁生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的熔渣經(jīng)冷卻后的產(chǎn)物，為低品位鋁灰渣。

實(shí)施例1

步驟(1)：將鋁灰渣用去離子水洗滌除鹽、干燥并篩分，得到一定粒度大小的鋁灰渣粉料；其中，洗滌、干燥條件為：洗滌時(shí)間7h，洗滌溫度80℃，干燥溫度60℃，干燥時(shí)間4h；篩分條件為20目。

步驟(2)：將鋁灰渣粉料加入適量的稀硫酸中，加熱條件下攪拌一段時(shí)間后，通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行固液分離，得到酸浸液；其中，酸浸條件為：稀硫酸濃度30wt％，酸渣質(zhì)量比2:1，酸浸溫度60℃，酸浸時(shí)間120min。

步驟(3)：在酸浸液中，分別加入適量的雙氧水和NaOH溶液來(lái)氧化酸浸液中的Fe²⁺和調(diào)節(jié)酸浸液的pH值至10后靜置，靜置一段時(shí)間后，通過(guò)過(guò)濾來(lái)進(jìn)行固液分離，得到NaAlO₂濾液；其中，靜置時(shí)間80min，靜置溫度25℃，雙氧水濃度30％，雙氧水:酸浸液的體積比為1:40，NaOH溶液濃度30wt％。

步驟(4)：在NaAlO₂濾液中，持續(xù)通入CO₂，反應(yīng)一段時(shí)間后過(guò)濾，得到氫氧化鋁沉淀和弱酸液；確認(rèn)弱酸液中再通入CO₂后沒(méi)有Al(OH)₃沉淀，即確定NaAlO₂完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)₃沉淀。

步驟(5)：將氫氧化鋁沉淀進(jìn)行高溫煅燒，得到氧化鋁；其中，煅燒溫度1200℃，煅燒時(shí)間20min。

實(shí)施例2

步驟(1)：將鋁灰渣用去離子水洗滌除鹽、干燥并篩分，得到一定粒度大小的鋁灰渣粉料；其中，洗滌、干燥條件為：洗滌時(shí)間6h，洗滌溫度90℃，干燥溫度70℃，干燥時(shí)間4h；篩分條件為20目。

步驟(2)：將鋁灰渣粉料加入適量的稀硫酸中，加熱條件下攪拌一段時(shí)間后，通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行固液分離，得到酸浸液；其中，酸浸條件為：稀硫酸濃度30wt％，酸渣質(zhì)量比3:1，酸浸溫度70℃，酸浸時(shí)間110min。

步驟(3)：在酸浸液中，分別加入適量的雙氧水和NaOH溶液來(lái)氧化酸浸液中的Fe²⁺和調(diào)節(jié)酸浸液的pH值至9后靜置，靜置一段時(shí)間后，通過(guò)過(guò)濾來(lái)進(jìn)行固液分離，得到NaAlO₂濾液；其中，靜置時(shí)間70min，靜置溫度25℃，雙氧水濃度25％，雙氧水:酸浸液的體積比為1:35，NaOH溶液濃度25wt％。

步驟(4)：在NaAlO₂濾液中，持續(xù)通入CO₂，反應(yīng)一段時(shí)間后過(guò)濾，得到氫氧化鋁沉淀和弱酸液；確認(rèn)弱酸液中再通入CO₂后沒(méi)有Al(OH)₃沉淀，即確定NaAlO₂完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)₃沉淀。

步驟(5)：將氫氧化鋁沉淀進(jìn)行高溫煅燒，得到氧化鋁；其中，煅燒溫度1100℃，煅燒時(shí)間50min。

實(shí)施例3

步驟(1)：將鋁灰渣用去離子水洗滌除鹽、干燥并篩分，得到一定粒度大小的鋁灰渣粉料；其中，洗滌、干燥條件為：洗滌時(shí)間6h，洗滌溫度100℃，干燥溫度80℃，干燥時(shí)間3h；篩分條件為60目。

步驟(2)：將鋁灰渣粉料加入適量的稀硫酸中，加熱條件下攪拌一段時(shí)間后，通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行固液分離，得到酸浸液；其中，酸浸條件為：稀硫酸濃度25wt％，酸渣質(zhì)量比4:1，酸浸溫度80℃，酸浸時(shí)間100min。

步驟(3)：在酸浸液中，分別加入適量的雙氧水和NaOH溶液來(lái)氧化酸浸液中的Fe²⁺和調(diào)節(jié)酸浸液的pH值至9后靜置，靜置一段時(shí)間后，通過(guò)過(guò)濾來(lái)進(jìn)行固液分離，得到NaAlO₂濾液；其中，靜置時(shí)間60min，靜置溫度30℃，雙氧水濃度25％，雙氧水:酸浸液的體積比為1:30，NaOH溶液濃度25wt％。

步驟(4)：在NaAlO₂濾液中，持續(xù)通入CO₂，反應(yīng)一段時(shí)間后過(guò)濾，得到氫氧化鋁沉淀和弱酸液；確認(rèn)弱酸液中再通入CO₂后沒(méi)有Al(OH)₃沉淀，即確定NaAlO₂完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)₃沉淀。

步驟(5)：將氫氧化鋁沉淀進(jìn)行高溫煅燒，得到氧化鋁；其中，煅燒溫度1000℃，煅燒時(shí)間80min。

實(shí)施例4

步驟(1)：將鋁灰渣用去離子水洗滌除鹽、干燥并篩分，得到一定粒度大小的鋁灰渣粉料；其中，洗滌、干燥條件為：洗滌時(shí)間5h，洗滌溫度100℃，干燥溫度90℃，干燥時(shí)間3h；篩分條件為60目。

步驟(2)：將鋁灰渣粉料加入適量的稀硫酸中，加熱條件下攪拌一段時(shí)間后，通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行固液分離，得到酸浸液；其中，酸浸條件為：稀硫酸濃度25wt％，酸渣質(zhì)量比4:1，酸浸溫度80℃，酸浸時(shí)間90min。

步驟(3)：在酸浸液中，分別加入適量的雙氧水和NaOH溶液來(lái)氧化酸浸液中的Fe²⁺和調(diào)節(jié)酸浸液的pH值至9后靜置，靜置一段時(shí)間后，通過(guò)過(guò)濾來(lái)進(jìn)行固液分離，得到NaAlO₂濾液；其中，靜置時(shí)間50min，靜置溫度35℃，雙氧水濃度20％，雙氧水:酸浸液的體積比為1:25，NaOH溶液濃度20wt％。

步驟(4)：在NaAlO₂濾液中，持續(xù)通入CO₂，反應(yīng)一段時(shí)間后過(guò)濾，得到氫氧化鋁沉淀和弱酸液；確認(rèn)弱酸液中再通入CO₂后沒(méi)有Al(OH)₃沉淀，即確定NaAlO₂完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)₃沉淀。

步驟(5)：將氫氧化鋁沉淀進(jìn)行高溫煅燒，得到氧化鋁；其中，煅燒溫度800℃，煅燒時(shí)間100min。

實(shí)施例5

步驟(1)：將鋁灰渣用去離子水洗滌除鹽、干燥并篩分，得到一定粒度大小的鋁灰渣粉料；其中，洗滌、干燥條件為：洗滌時(shí)間4h，洗滌溫度120℃，干燥溫度100℃，干燥時(shí)間2h；篩分條件為80目。

步驟(2)：將鋁灰渣粉料加入適量的稀硫酸中，加熱條件下攪拌一段時(shí)間后，通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行固液分離，得到酸浸液；其中，酸浸條件為：稀硫酸濃度20wt％，酸渣質(zhì)量比5:1，酸浸溫度90℃，酸浸時(shí)間80min。

步驟(3)：在酸浸液中，分別加入適量的雙氧水和NaOH溶液來(lái)氧化酸浸液中的Fe²⁺和調(diào)節(jié)酸浸液的pH值至8.5后靜置，靜置一段時(shí)間后，通過(guò)過(guò)濾來(lái)進(jìn)行固液分離，得到NaAlO₂濾液；其中，靜置時(shí)間40min，靜置溫度35℃，雙氧水濃度15％，雙氧水:酸浸液的體積比為1:22，NaOH溶液濃度15wt％。

步驟(4)：在NaAlO₂濾液中，持續(xù)通入CO₂，反應(yīng)一段時(shí)間后過(guò)濾，得到氫氧化鋁沉淀和弱酸液；確認(rèn)弱酸液中再通入CO₂后沒(méi)有Al(OH)₃沉淀，即確定NaAlO₂完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)₃沉淀。

步驟(5)：將氫氧化鋁沉淀進(jìn)行高溫煅燒，得到氧化鋁；其中，煅燒溫度500℃，煅燒時(shí)間120min。

實(shí)施例6

步驟(1)：將鋁灰渣用去離子水洗滌除鹽、干燥并篩分，得到一定粒度大小的鋁灰渣粉料；其中，洗滌、干燥條件為：洗滌時(shí)間3h，洗滌溫度120℃，干燥溫度120℃，干燥時(shí)間1h；篩分條件為100目。

步驟(2)：將鋁灰渣粉料加入適量的稀硫酸中，加熱條件下攪拌一段時(shí)間后，通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行固液分離，得到酸浸液；其中，酸浸條件為：稀硫酸濃度20wt％，酸渣質(zhì)量比6:1，酸浸溫度100℃，酸浸時(shí)間60min。

步驟(3)：在酸浸液中，分別加入適量的雙氧水和NaOH溶液來(lái)氧化酸浸液中的Fe²⁺和調(diào)節(jié)酸浸液的pH值至8后靜置，靜置一段時(shí)間后，通過(guò)過(guò)濾來(lái)進(jìn)行固液分離，得到NaAlO₂濾液；其中，靜置時(shí)間30min，靜置溫度40℃，雙氧水濃度10％，雙氧水:酸浸液的體積比為1:20，NaOH溶液濃度10wt％。

步驟(4)：在NaAlO₂濾液中，持續(xù)通入CO₂，反應(yīng)一段時(shí)間后過(guò)濾，得到氫氧化鋁沉淀和弱酸液；確認(rèn)弱酸液中再通入CO₂后沒(méi)有Al(OH)₃沉淀，即確定NaAlO₂完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)₃沉淀。

步驟(5)：將氫氧化鋁沉淀進(jìn)行高溫煅燒，得到氧化鋁；其中，煅燒溫度400℃，煅燒時(shí)間150min。

結(jié)果表明，本發(fā)明有效的提高了氧化鋁的提取率(80～85％)，使鋁灰渣得到了更加充分的利用，具有原料來(lái)源廣、對(duì)環(huán)境污染小、物耗能耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。并且本發(fā)明采用稀硫酸酸浸后再加入雙氧水和NaOH溶液，能有效的除去雜質(zhì)，氧化鋁提取率高，可獲得較純的氧化鋁。