一种去除工业铝酸钠溶液中杂质氧化锌的方法
阅读：1017发布：2020-06-30
专利汇可以提供一种去除工业铝酸钠溶液中杂质氧化锌的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种去除工业 铝 酸钠溶液中杂质 氧 化锌的方法，特别适合一 水 硬铝石拜 耳 法氧化铝生产铝酸钠溶液中的杂质氧化锌的控制。方法是：采用低硫铝土矿与高硫铝土矿进行配矿，得到含硫量为0.2～0.5％的混合铝土矿，对混合矿进行均化、制备矿浆后溶出。可有效控制生产铝酸钠溶液中杂质锌的含量。本发明的有益效果是，高硫铝土矿的添加工艺简单，可利用原料工序中已经具备的配矿和均化流程，不需要额外增加设备和流程；同时开发出了一条利用含硫高的铝土矿原生矿的途径，这样提高了 矿石 的可开采性，延长矿山以及工厂的寿命，降低生产成本。，下面是一种去除工业铝酸钠溶液中杂质氧化锌的方法专利的具体信息内容。
技术领域
本发明涉及一种氧化铝的生产，特别适合一水硬铝石拜耳法氧化铝生产铝酸钠溶液中的杂质氧化锌的控制。
背景技术
冶金用氧化铝中锌的含量直接影响着铝锭的质量，国际上对电解铝中锌含量的要求很严格，其中最高级别原铝的锌含量不能超过0.015％，氧化铝中的锌含量则不能超过0.01％，而要达到这一指标，必须在氧化铝生产过程中把铝酸钠溶液中锌的含量控制在0.012‰以下。
铝土矿中锌主要以闪锌矿、菱锌矿、异极矿等形态存在，由于氧化锌在碱性溶液中的可溶性，在溶出时，除了闪锌矿外，其余两种矿物均可与苛性碱反应，转化为锌酸钠进入铝酸钠溶液，造成铝酸钠溶液中杂质锌的含量偏高，在分解工序铝酸钠溶液中的杂质锌大多和氢氧化铝一道析出进入产品中，导致产品氧化铝中杂质锌含量偏高。为了保证氧化铝和铝锭的质量，必须将锌从铝酸钠溶液中除去。
为了降低铝酸钠溶液的锌含量，国外研究工作者早在上世纪50年代末就已开始研究除锌方法。这些方法包括：添加硫化钠除锌、改造过滤工序除锌、添加有机添加剂除锌等。
硫化钠除锌主要是利用负二价硫离子与溶液中游离的锌离子结合生成硫化锌沉淀。硫化锌是一种很稳定的物质，在高温强碱的溶液中也能稳定存在；硫化锌的溶度积常数很小，仅为2×10-24。
1959年美国专利2885621提出了硫化钠除锌。1969年美国专利3469935提出延长滤饼更换时间，取得了较好的除锌效果，Na2S用量从0.36g/L降至0.18g/L。1969年美国专利3445186提出在铝土矿溶出和赤泥沉降过程中添加硫化钠除锌。1981年美国专利4282191提出在铝酸钠溶液中添加0.1、0.2g/L的Na2S，但并没有取得理想的除锌效果；当添加0.3g/L的Na2S时，铝酸钠溶液中的锌含量才降至10mg/L以下。
自从发现Fe2O3对铝酸钠溶液中的各种杂质有吸附作用后，出现了以Fe2O3微小颗粒层为过滤层的过滤除锌方法。1983年美国专利4414115指出让铝酸钠溶液通过微小颗粒层过滤掉溶液中的铜和锌。颗粒含有40％～100％的Fe2O3，其外表涂有ZnS，颗粒的平均粒径在100～400μm之间。过滤后，溶液中氧化锌的含量由24mg/L降低到5～9mg/L。试验结果显示这种方法能有效的除去ZnO和CuO，而且过滤层的高度越高，则除锌效果越好。Fe2O3的粒度对除锌有很大影响。如果颗粒太大，则颗粒间的空隙也很大，铝酸钠溶液就不会和颗粒有充分的接触，而且流速很快，Fe2O3难以将溶液中的硫化锌吸附至表面；颗粒如果太小，铝酸钠溶液将难以通过过滤层，影响生产效率。过滤层的Fe2O3每隔一段时间要重新清洗活化。
1999年美国专利6352675指出向溶液中加入二硫代氨基甲酸盐(R1R2NCS2M，R1、R2为饱和碳链，M为碱金属)的混合物，如CH3NHCS2Na等除锌。向铝酸钠溶液中加入0.05g/L～1.0g/L的二硫代氨基甲酸盐，使溶液中的锌含量由18.8mg/L降低到4～8mg/L。该方法不但能够除锌，还能够除铁，有效的降低铝酸钠溶液中杂质锌和铁的含量。
R1R2NCS2M除锌效果良好，但是R1R2NCS2M会在溶液中分解，使得溶液中有机物含量增加，影响氧化铝生产。
虽然采用硫化钠可以有效的除去拜耳法生产流程中的锌，但还是存在许多困难。添加硫化钠后，拜耳液中的锌含量降低了，当锌含量降低到一定程度后，必须添加大量的硫化钠，才能使拜耳液中的锌含量继续降低；一般氧化铝生产工业溶液中上采用硫化钠除锌，硫化钠添加量要达到0.5～0.65g/l才有明显效果，硫化钠消耗量比较大，这使得氧化铝生产成本会明显增加；另外，硫化钠是一种有毒物质，贮存和添加都不便利。
综上所述，虽然提出了各种各样控制和去除氧化铝锌的方法，但每一种方法都存在各自的缺点，工业上需要一种简单、有效的去除氧化铝锌的方法。
铝土矿中锌主要以闪锌矿、菱锌矿、异极矿等形态存在，由于氧化锌在碱性溶液中的可溶性，在溶出时，除了闪锌矿外，其余两种矿物均可与苛性碱反应，转化为锌酸钠进入铝酸钠溶液，造成铝酸钠溶液中杂质锌的含量偏高，在分解工序铝酸钠溶液中的杂质锌大多和氢氧化铝一道析出进入产品中，导致产品氧化铝中杂质锌含量偏高。为了保证氧化铝和铝锭的质量，必须将锌从铝酸钠溶液中除去。
为了降低铝酸钠溶液的锌含量，国外研究工作者早在上世纪50年代末就已开始研究除锌方法。这些方法包括：添加硫化钠除锌、改造过滤工序除锌、添加有机添加剂除锌等。
硫化钠除锌主要是利用负二价硫离子与溶液中游离的锌离子结合生成硫化锌沉淀。硫化锌是一种很稳定的物质，在高温强碱的溶液中也能稳定存在；硫化锌的溶度积常数很小，仅为2×10-24。
1959年美国专利2885621提出了硫化钠除锌。1969年美国专利3469935提出延长滤饼更换时间，取得了较好的除锌效果，Na2S用量从0.36g/L降至0.18g/L。1969年美国专利3445186提出在铝土矿溶出和赤泥沉降过程中添加硫化钠除锌。1981年美国专利4282191提出在铝酸钠溶液中添加0.1、0.2g/L的Na2S，但并没有取得理想的除锌效果；当添加0.3g/L的Na2S时，铝酸钠溶液中的锌含量才降至10mg/L以下。
自从发现Fe2O3对铝酸钠溶液中的各种杂质有吸附作用后，出现了以Fe2O3微小颗粒层为过滤层的过滤除锌方法。1983年美国专利4414115指出让铝酸钠溶液通过微小颗粒层过滤掉溶液中的铜和锌。颗粒含有40％～100％的Fe2O3，其外表涂有ZnS，颗粒的平均粒径在100～400μm之间。过滤后，溶液中氧化锌的含量由24mg/L降低到5～9mg/L。试验结果显示这种方法能有效的除去ZnO和CuO，而且过滤层的高度越高，则除锌效果越好。Fe2O3的粒度对除锌有很大影响。如果颗粒太大，则颗粒间的空隙也很大，铝酸钠溶液就不会和颗粒有充分的接触，而且流速很快，Fe2O3难以将溶液中的硫化锌吸附至表面；颗粒如果太小，铝酸钠溶液将难以通过过滤层，影响生产效率。过滤层的Fe2O3每隔一段时间要重新清洗活化。
1999年美国专利6352675指出向溶液中加入二硫代氨基甲酸盐(R1R2NCS2M，R1、R2为饱和碳链，M为碱金属)的混合物，如CH3NHCS2Na等除锌。向铝酸钠溶液中加入0.05g/L～1.0g/L的二硫代氨基甲酸盐，使溶液中的锌含量由18.8mg/L降低到4～8mg/L。该方法不但能够除锌，还能够除铁，有效的降低铝酸钠溶液中杂质锌和铁的含量。
R1R2NCS2M除锌效果良好，但是R1R2NCS2M会在溶液中分解，使得溶液中有机物含量增加，影响氧化铝生产。
虽然采用硫化钠可以有效的除去拜耳法生产流程中的锌，但还是存在许多困难。添加硫化钠后，拜耳液中的锌含量降低了，当锌含量降低到一定程度后，必须添加大量的硫化钠，才能使拜耳液中的锌含量继续降低；一般氧化铝生产工业溶液中上采用硫化钠除锌，硫化钠添加量要达到0.5～0.65g/l才有明显效果，硫化钠消耗量比较大，这使得氧化铝生产成本会明显增加；另外，硫化钠是一种有毒物质，贮存和添加都不便利。
综上所述，虽然提出了各种各样控制和去除氧化铝锌的方法，但每一种方法都存在各自的缺点，工业上需要一种简单、有效的去除氧化铝锌的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单的去除工业铝酸钠溶液中氧化锌的方法，特别适合拜耳法生产氧化铝过程中去除铝酸钠溶液中的杂质氧化铝锌。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
高硫铝土矿即含硫量高的铝土矿中，硫主要是以黄铁矿的形式存在。由于黄铁矿在拜耳法的高温强碱溶出条件下部分转化成二价的硫离子，代替硫化钠，和锌形成硫化锌。因此可以在铝土矿配料时，根据其锌的含量，混合一定量的含硫高的铝土矿原生矿，用其中的硫化矿替代Na2S除锌。用黄铁矿代替高硫铝土矿，在普通生产用低硫铝土矿中添加黄铁矿进行溶出，也具有同样的除锌效果。
其特征是：用低硫铝土矿与高硫铝土矿进行配矿，得到含硫量为0.2～0.5％的混合铝土矿，对混合矿进行均化、制备矿浆后溶出。
低硫铝土矿指ST＜0.1％、高硫铝土矿指ST＞0.7％的铝土矿。
由于本发明方法除锌的有效物质为黄铁矿，黄铁矿在溶出过程中可能产生FeS溶胶，可能造成溶出液中铁含量增加，使得氧化铝产品含铁量过高，产品被污染，因此在使用本发明方法时，不能无限度增加混矿中高硫铝土矿的比例，必须兼顾溶出液中的铁含量。实验结果显示，为了控制溶出液中杂质铁的含量在生产允许范围内，混入高硫铝土矿后的混合矿以黄铁矿形式存在的硫含量不能超过0.5％。
本发明的积极效果：
1.只需要在现有普通铝土矿中配入一定量含硫高的铝土矿原生矿，可有效控制氧化铝生产铝酸钠溶液中的杂质锌含量，同时高硫铝土矿的添加工艺简单，可利用原料工序中已经具备的配矿和均化流程，不需要额外增加设备和流程。
2.开发出了一条利用含硫高的铝土矿原生矿的途径，这样提高了矿石的可开采性，延长矿山以及工厂的寿命，含硫高的铝土矿原生矿来源广泛，原料充足。
3.相比直接添加硫化钠除锌而言，可节省购买硫化钠的成本，降低生产成本。
因此，本发明提出的方法具有一定的技术和成本上的优势，方法新颖。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
高硫铝土矿即含硫量高的铝土矿中，硫主要是以黄铁矿的形式存在。由于黄铁矿在拜耳法的高温强碱溶出条件下部分转化成二价的硫离子，代替硫化钠，和锌形成硫化锌。因此可以在铝土矿配料时，根据其锌的含量，混合一定量的含硫高的铝土矿原生矿，用其中的硫化矿替代Na2S除锌。用黄铁矿代替高硫铝土矿，在普通生产用低硫铝土矿中添加黄铁矿进行溶出，也具有同样的除锌效果。
其特征是：用低硫铝土矿与高硫铝土矿进行配矿，得到含硫量为0.2～0.5％的混合铝土矿，对混合矿进行均化、制备矿浆后溶出。
低硫铝土矿指ST＜0.1％、高硫铝土矿指ST＞0.7％的铝土矿。
由于本发明方法除锌的有效物质为黄铁矿，黄铁矿在溶出过程中可能产生FeS溶胶，可能造成溶出液中铁含量增加，使得氧化铝产品含铁量过高，产品被污染，因此在使用本发明方法时，不能无限度增加混矿中高硫铝土矿的比例，必须兼顾溶出液中的铁含量。实验结果显示，为了控制溶出液中杂质铁的含量在生产允许范围内，混入高硫铝土矿后的混合矿以黄铁矿形式存在的硫含量不能超过0.5％。
本发明的积极效果：
1.只需要在现有普通铝土矿中配入一定量含硫高的铝土矿原生矿，可有效控制氧化铝生产铝酸钠溶液中的杂质锌含量，同时高硫铝土矿的添加工艺简单，可利用原料工序中已经具备的配矿和均化流程，不需要额外增加设备和流程。
2.开发出了一条利用含硫高的铝土矿原生矿的途径，这样提高了矿石的可开采性，延长矿山以及工厂的寿命，含硫高的铝土矿原生矿来源广泛，原料充足。
3.相比直接添加硫化钠除锌而言，可节省购买硫化钠的成本，降低生产成本。
因此，本发明提出的方法具有一定的技术和成本上的优势，方法新颖。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
参见附图，普通生产用低硫铝土矿(ST＜0.1％)与高硫铝土矿(ST＞0.7％)进行配矿，其中高硫铝土矿中的硫主要以黄铁矿形式存在，得到含硫量为0.2～0.5％的混合铝土矿，对混合矿进行均化、矿浆制备后进行高压溶出。在溶出过程中，铝土矿中的黄铁矿与碱作用发生反应，生成硫化钠，硫化钠与铝酸钠溶液中的锌发生反应生成硫化锌，降低铝酸钠溶液中的锌含量。
下面结合实施例对本方法做进一步的说明。
实施例1
某氧化铝厂普通铝土矿硫含量为0.093％，循环母液氧化锌15mg/l，矿石溶出后溶出液(Nk＝165g/l)中的氧化锌含量为23.8mg/l；在0.89份含硫量为0.093％的普通铝土矿中添加0.11份含硫量为2.28％的原生高硫铝土矿，得到1份含硫量为0.332％的混和矿。普通铝土矿和原生高硫铝土矿的的均化，采用原普通铝土矿的均化设施进行，按混合矿的含硫量计算出普通铝土矿和原生高硫铝土矿配入比例，分别通过电子皮带秤定量给矿，然后一起通过皮带运输到均化库进行来回纵向布料形成矿石堆场，取料机横向来回取料送到运输皮带上，再传送到原料磨磨头仓，这样含硫低的普通铝土矿和含硫高的原生高硫铝土矿得到较好的混匀、均化。原料磨磨头仓中混合矿与循环母液、石灰按生产要求比例一道送入原料磨机，磨制成细度-63μm≥70％的合格原矿浆，原矿浆送入溶出工序在260℃溶出45～60min。混合矿中的硫在溶出过程与碱作用发生反应，生成硫化钠，硫化钠与铝酸钠溶液中的锌发生反应生成硫化锌，降低铝酸钠溶液中的锌含量。混和矿溶出后溶出(Nk＝165g/l)中氧化锌含量为16.6mg/l，溶出液中氧化铝锌含量降低7.2mg/l。
实施例2
某氧化铝厂普通铝土矿硫含量为0.093％，循环母液氧化锌15mg/l，矿石溶出后溶出液(Nk＝165g/l)中的氧化锌含量为23.8mg/l；在含硫量为0.093％的普通铝土矿中添加含硫量为1.355％的原生高硫铝土矿，混和矿中的含硫量为0.483％，混和矿溶出后溶出(Nk＝165g/l)中氧化锌含量为12.2mg/l，溶出液中氧化铝锌含量降低11.6mg/l。
实施例3
某氧化铝厂普通铝土矿硫含量为0.095％，循环母液氧化锌15mg/l，矿石溶出后溶出液(Nk＝165g/l)中的氧化锌含量为30mg/l；在含硫量为0.095％的普通铝土矿中添加含硫量为0.96％的原生高硫铝土矿，混和矿中的含硫量为0.268％，混和矿溶出后溶出(Nk＝165g/l)中氧化锌含量为13.7mg/l，溶出液中氧化铝锌含量降低16.3mg/l。
实施例4
某氧化铝厂普通铝土矿硫含量为0.095％，循环母液氧化锌28mg/l，矿石溶出后溶出液(Nk＝210g/l)中的氧化锌含量为57mg/l；在99.13份含硫量为0.095％的普通铝土矿中添加0.87份FeS2的含量在98％的黄铁矿，混和矿中的含硫量为0.551％，混和矿溶出后溶出液(Nk＝210g/l)中氧化锌含量为20mg/l，溶出液中氧化铝锌含量降低37mg/l。
下面结合实施例对本方法做进一步的说明。
实施例1
某氧化铝厂普通铝土矿硫含量为0.093％，循环母液氧化锌15mg/l，矿石溶出后溶出液(Nk＝165g/l)中的氧化锌含量为23.8mg/l；在0.89份含硫量为0.093％的普通铝土矿中添加0.11份含硫量为2.28％的原生高硫铝土矿，得到1份含硫量为0.332％的混和矿。普通铝土矿和原生高硫铝土矿的的均化，采用原普通铝土矿的均化设施进行，按混合矿的含硫量计算出普通铝土矿和原生高硫铝土矿配入比例，分别通过电子皮带秤定量给矿，然后一起通过皮带运输到均化库进行来回纵向布料形成矿石堆场，取料机横向来回取料送到运输皮带上，再传送到原料磨磨头仓，这样含硫低的普通铝土矿和含硫高的原生高硫铝土矿得到较好的混匀、均化。原料磨磨头仓中混合矿与循环母液、石灰按生产要求比例一道送入原料磨机，磨制成细度-63μm≥70％的合格原矿浆，原矿浆送入溶出工序在260℃溶出45～60min。混合矿中的硫在溶出过程与碱作用发生反应，生成硫化钠，硫化钠与铝酸钠溶液中的锌发生反应生成硫化锌，降低铝酸钠溶液中的锌含量。混和矿溶出后溶出(Nk＝165g/l)中氧化锌含量为16.6mg/l，溶出液中氧化铝锌含量降低7.2mg/l。
实施例2
某氧化铝厂普通铝土矿硫含量为0.093％，循环母液氧化锌15mg/l，矿石溶出后溶出液(Nk＝165g/l)中的氧化锌含量为23.8mg/l；在含硫量为0.093％的普通铝土矿中添加含硫量为1.355％的原生高硫铝土矿，混和矿中的含硫量为0.483％，混和矿溶出后溶出(Nk＝165g/l)中氧化锌含量为12.2mg/l，溶出液中氧化铝锌含量降低11.6mg/l。
实施例3
某氧化铝厂普通铝土矿硫含量为0.095％，循环母液氧化锌15mg/l，矿石溶出后溶出液(Nk＝165g/l)中的氧化锌含量为30mg/l；在含硫量为0.095％的普通铝土矿中添加含硫量为0.96％的原生高硫铝土矿，混和矿中的含硫量为0.268％，混和矿溶出后溶出(Nk＝165g/l)中氧化锌含量为13.7mg/l，溶出液中氧化铝锌含量降低16.3mg/l。
实施例4
某氧化铝厂普通铝土矿硫含量为0.095％，循环母液氧化锌28mg/l，矿石溶出后溶出液(Nk＝210g/l)中的氧化锌含量为57mg/l；在99.13份含硫量为0.095％的普通铝土矿中添加0.87份FeS2的含量在98％的黄铁矿，混和矿中的含硫量为0.551％，混和矿溶出后溶出液(Nk＝210g/l)中氧化锌含量为20mg/l，溶出液中氧化铝锌含量降低37mg/l。
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