一種鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法
【專利摘要】一種鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，具體包括以下步驟：將鋁土礦中加入碳，混合均勻，通入氯氣，采用微波流化床加熱5～50min，達到300～900℃，恒溫10～60min，將鋁土礦充分分解，得到含氯化鋁的多種氯化混合氣體，然后，經除雜和精制，制得純度大于99％的無水氯化鋁；向其加入氫氧化鈉溶液，制得中間產物，經過沉淀，過濾，固液分離，得到氫氧化鋁沉淀和氯化鈉溶液；將氫氧化鋁沉淀，在800～1200℃，煅燒，分解生成氧化鋁；將氧化鋁，電解，得到金屬鋁。該方法工藝流程簡單、能耗低的清潔工藝，系統所產生的氯氣和氫氧化鈉全部循環利用，并能實現全元素有效分離利用，整個系統無廢水、廢酸、廢堿液排放，基本達到了“三廢”零排放。
【專利說明】
一種鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法
技術領域
[0001]本發明屬于鋁生產技術領域，特別涉及一種鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法。
【背景技術】
[0002]我國鋁土礦資源較為豐富，截至到2006年保有的資源儲量為27.76億噸，其中儲量5.42億噸，基礎儲量7.42億噸，資源量2.35億噸，且分布比較集中。我國鋁土礦類型以高嶺石-一水硬鋁石型為主，約占總儲量的98 %以上，而三水鋁石型鋁土礦僅在海南、廣東、福建、臺灣等省區有分布，儲量不到2 %。我國鋁土礦各組分平均品位為:A12 O 3 61.6 9 %、S121.4%、Fe2037.73%，屬高鋁、高硅、低鐵難溶礦，礦石的平均鋁硅比為5.96，鋁硅比偏低絕大多數為高鋁、高硅、低鐵、細粒嵌布一水硬鋁石型礦石，這些礦物特性使得制取氧化鋁的工藝比較復雜，因而生產能耗高、工藝流程長、建設投資大、生產成本高。
[0003]目前利用鋁土礦為原料生產氧化鋁方法可歸納為四類，即堿法、酸法、酸堿聯合法與熱法。
[0004]堿法生產氧化鋁有拜耳法、燒結法以及拜耳-燒結聯合法。拜耳法生產氧化鋁工藝的缺點為:不能處理鋁硅比低的鋁土礦，僅適合處理鋁硅比大于7的鋁土礦，尤其是鋁硅比大于10的鋁土礦。燒結法生產氧化鋁工藝存在的問題如下:由于有燒結工序，單位能耗高；生產流程復雜;碳酸化分解的方法造成氧化鋁產品質量差。生產流程中的物料流量就越大，就會造成設備產能越低。燒結法生產氧化鋁工藝并不適宜處理鋁硅比低于3?3.5的鋁土礦。拜耳-燒結聯合法生產氧化鋁工藝流程的問題在于:同時具有拜耳法和燒結法兩種工藝流程，生產流程復雜，設備繁多;兩套工藝相互交叉，生產協調非常復雜。
[0005]酸法生產氧化鋁又有硫酸法、鹽酸法和硝酸法之分。酸法生產氧化鋁存在一些重大缺點，如需要昂貴的耐酸設備，酸的回收比較復雜，從鋁鹽溶液中除鐵、鈦等雜質也較困難等。但酸法用于處理我國分布很廣的高硅低鐵鋁礦在原則上是合理的。一些鋁土礦資源缺乏的國家，一直在研究處理非鋁土礦原料生產氧化鋁的酸法作為技術儲備。近年來，酸法的研究取得了進展，但從經濟角度上還不能與處理優質鋁土礦的堿法相競爭。
[0006]酸喊聯合先用酸法從尚娃招鐵礦中制取含鐵、欽等雜質的不純氣氧化招，然后再用堿法(拜耳法)處理。其實質是用酸法除硅，堿法除鐵。這種方法流程過于復雜，不適于工業應用。
[0007]其中中國鋁業股份有限公司的陳湘清等人發明的“一種低品位鋁土礦的聯合脫硅方法，中國專利申請號:200810115455”公開了采用選擇性脫泥和正浮選的聯合工藝進行脫硅，從而提高原礦的A/S比，達到降低生產成本的目的;貴州大學的馬武權等人發明的“一種石灰燒結-拜耳法聯合生產氫氧化鋁的方法，中國專利申請號:200710077821”公開了將石灰燒結法的溶出液用拜耳法的赤泥進行脫硅處理，在脫硅過程中可回收部分拜耳法赤泥中的氧化鋁和堿；中國鋁業集團股份有限公司的顧松青等人提出的“一種中低品位鋁土礦生產氧化鋁的方法，中國專利申請號:200710118667”公開了在拜耳法流程中，加入脫鋁渣代替石灰作為添加劑，進行拜耳法溶出，溶出后赤泥經反向洗滌后與循環堿液混合，添加石灰進行溶出反應后，漿液分離出赤泥外排，得到的溶液部分反向洗滌拜耳法溶出赤泥后送拜耳法系統補堿，部分添加石灰反應后得到脫鋁渣和拜耳法赤泥濕法處理的循環堿液，脫鋁渣水合鋁酸鈣替代石灰添加到拜耳法溶出。上述生產工藝雖然都可以在一定程度上提高氧化鋁的回收率以及赤泥的脫堿效率，但很難從根本上改變氧化鋁生產過程中廢棄物的物相，經上述方法處理后產物中的氧化鋁及鈉堿含量也很難降至很低的水平。
[0008]其中由北京世紀地和科技有限公司張開元等人發明的“一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，申請號:201010300143”是通過以下步驟實現的:首先將粉煤灰細磨并進行除鐵處理;將除鐵后的粉煤灰與硫酸銨混合后進行燒結后生成固體物和氨氣;將燒結后生成的固體物進行溶出，再進行過濾或者沉降分離，接著再洗滌后得到含有硫酸鋁銨的溶液;將含有硫酸鋁銨的溶液進行結晶得到固體的硫酸鋁銨;將固體的硫酸鋁銨溶解后配制成溶液與氨氣或者氨水于溫度為20?50 °C下進行反應0.5?6小時生成氫氧化鋁和硫酸銨;將氫氧化鋁進行焙燒后得到氧化鋁。東北大學周鳳祿等人發明的“一種利用霞石生產砂狀氧化鋁的方法，申請號:201010547656”是以霞石為原料采用先燒結法產出粗氫氧化鋁，再對粗氫氧化鋁用拜耳法生產砂狀氧化鋁。上述方法雖然都可以有效的利用粉煤灰、霞石、中低品位鋁土礦等非傳統鋁資源，但其生產過程多包含燒結過程或浮選過程，采用燒結的方式提取非傳統鋁資源中的氧化鋁多存在能耗高、成本高的問題，而采用浮選的方法不僅提高了生產過程的成本還會向拜耳法工藝中引入有機物從而對后續環節造成不利影響。
[0009]公開號CN104773747A公布一種無水氯化鋁的生產方法，以高鋁粉煤灰(氧化鋁含量多25%)為原料，配以碳值還原劑，并通入氯氣進行氯化反應，氯化爐出來的混合氣體通過冷卻和蒸餾、精餾處理后，制得符合國家標準的無水氯化鋁產品。本發明具有原料價廉易得、產品純度高、易于工業大型化生產等特點。但該方法中采用普通流化床作為反應裝置，對于設備要求高，能耗高，生產成本高。
[0010]在使用一水硬鋁石的拜耳法生產氧化鋁的過程中，通常采用石灰作為添加劑，在使用一水硬鋁石為原料拜耳法生產氧化鋁的過程中，添加石灰可以起到以下作用:大幅度降低溶出赤泥的N/S，使中低品位一水硬鋁石鋁土礦適宜于拜耳法處理;減緩溶出過程中結疤的生成速度和程度;提高整體溶出速度;提高了 Al2O3的溶出率;但是，拜耳法生產氧化鋁過程中添加石灰還存在以下缺陷:添加石灰后拜耳法溶出赤泥中的A/S較常規拜耳法溶出赤泥高，在相同的溶出條件下鋁礦單耗增大，雖然石灰的增加有助于堿耗的減低，但使得礦石綜合利用效率降低;石灰量消耗增加，因此石灰石和焦炭的消耗也增加。

【發明內容】

[0011]為實現非傳統鋁資源的高效利用，本發明提供一種鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，本發明可實現霞石、中低品位鋁土礦等非傳統鋁資源中氧化鋁的高效利用，該方法工藝流程簡單、能耗低的清潔工藝，系統所產生的氯氣和氫氧化鈉全部循環利用，并能實現全元素有效分離利用，整個系統無廢水、廢酸、廢堿液排放，基本達到了“三廢”零排放。
[0012]一種鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，包括以下步驟:
[0013]步驟I，鋁土礦微波加熱氯化分解:
[0014]將鋁土礦中加入碳，混合均勻，通入氯氣，壓力為常壓，采用微波流化床加熱5?50min，達到300?900°C，恒溫10?60min，將鋁土礦充分分解，得到含氯化鋁的多種氯化混合氣體;其中，按質量比，鋁土礦:碳=(1:1.5)?(1:3)，鋁土礦:氯氣=(1:3)?(1:5);
[0015]步驟2，分離凈化，沉降氯化鋁:
[0016](I)含氯化鋁的多種氯化混合氣體，經除雜和精制，制得純度大于99 %的無水氯化招;
[0017](2)向99%的無水氯化鋁中，加入氫氧化鈉溶液，在40?70°C，攪拌20?40min，攪拌速率為200?300rpm，制得中間產物；其中，氫氧化鈉溶液的濃度為100?150g/L，按質量比，100-150g/L氫氧化鈉溶液:99 %的無水氯化鋁=(5:1)?(7:1);
[0018](3)將中間產物，固液分離，得到氫氧化鋁沉淀和氯化鈉溶液；
[0019](4)將氯化鈉電解生成氫氧化鈉、氯氣及氫氣，將氯氣返回步驟I循環使用;將氫氧化鈉溶液經調整濃度后返回步驟2循環使用；
[0020]步驟3，煅燒分解:
[0021]將氫氧化鋁沉淀，在800?1200°C，煅燒20?50min，分解生成冶金級氧化鋁；
[0022]步驟4，電解:
[0023]將冶金級氧化鋁，電解，得到金屬鋁。
[0024]所述步驟I中，鋁土礦為中低品位鋁土礦，霞石，長石，高嶺土，明礬石或鐵鋁共生礦中的一種，其中，每種鋁土礦中，氧化鋁含量與氧化硅含量的質量比均小于等于7。
[0025]所述步驟I中，將鋁土礦與碳混和均勻是指將鋁土礦、碳按比例混合后一并粉碎。
[0026]所述步驟I中，碳理論添加量是根據招土礦原料中Al203、Fe203、Si02組分加碳氯化反應所需計算得到的，其中，按質量比，招土礦:碳= 1:2。
[0027]所述步驟I中，微波流化床的微波頻率為2.3?2.5GHz;流化床采用微波加熱方式，改善傳統流態化反應器的動力條件。
[0028]所述步驟I中，微波流化床加熱優選10?30min，達到800°C，恒溫優選20min。
[0029]所述步驟2(1)中，除雜精制過程是將含氯化鋁的多種氯化混合氣體，經三級冷凝回收裝置去除雜質，得到純度大于99%的無水氯化鋁產品，采用的三級冷凝回收系統是根據氯化后氣體的沸點差來進行分離:第一級冷卻方式采用隔板干式收塵器或旋風除塵器，控制冷卻溫度為200?300°C，使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2雜質以固體的方式除去;第二級冷凝的冷卻溫度控制在140?160°C，使AlCl3以固體形式收集;第三級冷凝的冷卻溫度為80?120 °C，使TiCl4以固體形式除去，同時第二級冷凝中得到的固體AlCl3,真空升華精制，得到純度大于99 %的無水氯化鋁。
[0030]所述的步驟2(1)中，通過三級冷凝回收裝置，在第二級冷凝后，得到的氣態物質中，AlCl3質量百分含量大于等于10%時，進行二次捕集得到AlCl3,然后進行真空升華精制，得到純度大于99%的無水氯化鋁產品。
[0031]所述步驟2(1)中，通過三級冷凝回收裝置，無水氯化鋁精制過程和第三級冷凝回收過程中，排放的氣體含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，經過布袋收塵裝置和尾氣吸收池處理后，得到四氯化硅產品，尾氣最后排入大氣，排放滿足國家環保標準。
[0032]本發明的粉煤灰進行微波加熱氯化發生的主要反應如下:
[0033]AI2O3+1.5C+3C12 = 2A1C13+1.5C02 (1.1)
[0034]Si02+C+2Cl2 = SiCl4+C02 (1.2)
[0035]Fe2O3+!.5C+3C12 = 2FeCl3+l.5C02 (1.3)
[0036]AlCl3+3Na0H=Al (0H)3|+3NaCl (1.4)
[0037]2NaCl+2H20 = 2Na0H+Cl2T+H2T (1.5)
[0038]與現有技術相比，本發明的優勢在于:
[0039]1、本發明的裝置采用微波流化床，改變原有加熱方式，微波加熱具有加熱速度快、反應靈敏、加熱均勻、熱效率高、設備占地面積小、自動化程度高和環保節能等優點。微波加熱具有選擇性，吸波的礦與一些不吸波脈石之間在微波場中會產生較大溫度梯度，使礦石間產生內應力，從而產生裂縫促進碳熱還原反應的進行；同時裂紋的產生強化了礦物的解離；
[0040]2、采用氯化鋁溶液與氫氧化鈉溶液反應，將氯化鋁堿化，沉淀，過濾后，固液分離，得到氫氧化鋁和氯化鈉溶液;其中，氯化鈉經電解生產氫氧化鈉、氯氣和氫氣，氯氣作為原料返回鋁土礦微波加熱氯化分解工序中，氫氧化鈉作為原料返回分離凈化，沉降氯化鋁工序中，實現氫氧化鈉和氯氣的循環利用，達到整個工序零排放的目的，同時提供清潔能源_
氫氣；
[0041]3、本發明的方法以鋁土礦為原料，原料價廉易得，極大地降低生產成本，解決了鋁土礦制取氧化鋁的工藝比較復雜，因而生產能耗高、工藝流程長、建設投資大、生產成本高的問題，有較高的經濟效益和社會效益；
[0042]4、本發明可以處理鋁土礦，實現了鋁土礦的優化利用，同時可得到滿足國家標準的無水氯化鋁、氫氧化鋁、活性氧化鋁及鋁錠。解決了我國鋁土礦資源不足問題；
[0043]5、本發明中，鋁土礦的其它元素，如:硅、鐵、稼等，可以得到有效分離和利用，無水氯化鐵、四氯化硅等經過氧化反應可以轉化為氧化鐵和二氧化硅等產品；
[0044]6、本發明中，采用相同的流程及方法，在煅燒階段，可以通過調整煅燒溫度獲得不同的品級的氧化鋁，當煅燒溫度為100?350°C，煅燒分解生成化學品氧化鋁；煅燒溫度800?120(TC，煅燒分解生成冶金級氧化鋁。
【附圖說明】
[0045]圖1為本發明的鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0046]下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0047]以下實施例中，鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的工藝流程圖如圖1所示。
[0048]實施例1
[0049]—種鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，包括以下步驟:
[0050]步驟I，鋁土礦微波加熱氯化分解:
[0051]將低品位鋁土礦加入碳混合后一并破碎至-250μπι，然后通入氯氣，壓力為常壓，采用微波頻率為2.5GHz微波流化床加熱1min，達到800 °C，恒溫30min，將低品位鋁土礦充分分解，得到含氯化鋁的多種氯化混合氣體;其中，低品位鋁土礦中，氧化鋁含量與氧化硅含量的質量比等于7，按質量比，低品位招土礦:碳=1:2，低品位招土礦:氯氣= 1:4;
[0052]步驟2，分離凈化，沉降氯化鋁:
[0053](I)除雜精制過程是將含氯化鋁的多種氯化混合氣體，經三級冷凝回收裝置去除雜質，得到純度大于99%的無水氯化鋁產品，采用的三級冷凝回收系統是根據氯化后氣體的沸點差來進行分離:第一級冷卻方式采用隔板干式收塵器，控制冷卻溫度為200°C，使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2雜質以固體的方式除去;第二級冷凝的冷卻溫度控制在160°C，使AlCl3以固體形式收集;第三級冷凝的冷卻溫度為80°C，使TiCl4以固體形式除去，同時第二級冷凝中得到的固體AlCl3,真空升華精制，得到純度大于99%的無水氯化鋁；
[0054]通過三級冷凝回收裝置，無水氯化鋁精制過程和第三級冷凝回收過程中，排放的氣體含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，經過布袋收塵裝置和尾氣吸收池處理后，得到四氯化硅產品，尾氣最后排入大氣；
[0055](2)向99 %的無水氯化鋁中，加入氫氧化鈉溶液，在60 V，攪拌25min，攪拌速率為250rpm，制得中間產物;其中，氫氧化鈉溶液的濃度為120g/L，按質量比，120g/L氫氧化鈉溶液:99 %的無水氯化鋁= 7:1;
[0056](3)將中間產物，沉淀，過濾后，固液分離，得到氫氧化鋁沉淀和氯化鈉溶液；
[0057](4)將氯化鈉電解生成氫氧化鈉、氯氣及氫氣，將氯氣返回步驟I循環使用;將氫氧化鈉溶液經調整濃度后返回步驟2循環使用；
[0058]步驟3，煅燒分解:
[0059]將氫氧化鋁沉淀，在900°C，煅燒50min，分解生成冶金級氧化鋁；
[0060]步驟4，電解:
[0061]將冶金級氧化鋁，電解，得到金屬鋁。
[0062]實施例2
[0063]一種鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，包括以下步驟:
[0064]步驟I，鋁土礦微波加熱氯化分解:
[0065]將霞石加入碳混合后一并破碎至_250μπι，然后通入氯氣，壓力為常壓，采用微波頻率為2.3GHz微波流化床加熱30min，達到900 °C，恒溫15min，將霞石充分分解，得到含氯化鋁的多種氯化混合氣體;其中，霞石中，氧化鋁含量與氧化硅含量的質量比等于6，按質量比，霞石.碳= 1.1.5，霞石.孰氣= 1.3;
[0066]步驟2，分離凈化，沉降氯化鋁:
[0067](I)除雜精制過程是將含氯化鋁的多種氯化混合氣體，經三級冷凝回收裝置去除雜質，得到純度大于99%的無水氯化鋁產品，采用的三級冷凝回收系統是根據氯化后氣體的沸點差來進行分離:第一級冷卻方式采用旋風除塵器，控制冷卻溫度為200°C，使FeCl3、NaCl、KC1、MgCl2、FeCl2和CaCl2雜質以固體的方式除去;第二級冷凝的冷卻溫度控制在160°C，使AlCl3以固體形式收集;第三級冷凝的冷卻溫度為80°C，使TiCl4以固體形式除去，同時第二級冷凝中得到的固體AlCl3,真空升華精制，得到純度大于99%的無水氯化鋁；
[0068]通過三級冷凝回收裝置，無水氯化鋁精制過程和第三級冷凝回收過程中，排放的氣體含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，經過布袋收塵裝置和尾氣吸收池處理后，得到四氯化硅產品，尾氣最后排入大氣；
[0069](2)向99 %的無水氯化鋁中，加入氫氧化鈉溶液，在50 V，攪拌40min，攪拌速率為300rpm，制得中間產物;其中，氫氧化鈉溶液的濃度為130g/L，按質量比，130g/L氫氧化鈉溶液:99 %的無水氯化鋁= 6:1;
[0070](3)將中間產物，沉淀，過濾后，固液分離，得到氫氧化鋁沉淀和氯化鈉溶液；
[0071](4)將氯化鈉電解生成氫氧化鈉、氯氣及氫氣，將氯氣返回步驟I循環使用;將氫氧化鈉溶液經調整濃度后返回步驟2循環使用；
[0072]步驟3，煅燒分解:
[0073]將氫氧化鋁沉淀，在1000°C，煅燒40min，分解生成冶金級氧化鋁；
[0074]步驟4，電解:
[0075]將冶金級氧化鋁，電解，得到金屬鋁。
[0076]實施例3
[0077]一種鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，包括以下步驟:
[0078]步驟I，鋁土礦微波加熱氯化分解:
[0079]將長石加入碳混合后一并破碎至-250μπι，然后通入氯氣，壓力為常壓，采用微波頻率為2.4GHz微波流化床加熱1min，達到700 V，恒溫20min，將長石充分分解，得到含氯化鋁的多種氯化混合氣體;其中，長石中，氧化鋁含量與氧化硅含量的質量比等于7，按質量比，長石.碳= 1.3，長石.孰氣= 1.5;
[0080]步驟2，分離凈化，沉降氯化鋁:
[0081](I)除雜精制過程是將含氯化鋁的多種氯化混合氣體，經三級冷凝回收裝置去除雜質，得到純度大于99%的無水氯化鋁產品，采用的三級冷凝回收系統是根據氯化后氣體的沸點差來進行分離:第一級冷卻方式采用隔板干式收塵器，控制冷卻溫度為200°C，使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2雜質以固體的方式除去;第二級冷凝的冷卻溫度控制在160°C，使AlCl3以固體形式收集;第三級冷凝的冷卻溫度為80°C，使TiCl4以固體形式除去，同時第二級冷凝中得到的固體AlCl3,真空升華精制，得到純度大于99%的無水氯化鋁；
[0082]通過三級冷凝回收裝置，無水氯化鋁精制過程和第三級冷凝回收過程中，排放的氣體含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，經過布袋收塵裝置和尾氣吸收池處理后，得到四氯化硅產品，尾氣最后排入大氣；
[0083](2)向99 %的無水氯化鋁中，加入氫氧化鈉溶液，在70 V，攪拌30min，攪拌速率為300rpm，制得中間產物;其中，氫氧化鈉溶液的濃度為150g/L，按質量比，150g/L氫氧化鈉溶液:99 %的無水氯化鋁= 5:1;
[0084](3)將中間產物，沉淀，過濾后，固液分離，得到氫氧化鋁沉淀和氯化鈉溶液；
[0085](4)將氯化鈉電解生成氫氧化鈉、氯氣及氫氣，將氯氣返回步驟I循環使用;將氫氧化鈉溶液經調整濃度后返回步驟2循環使用；
[0086]步驟3，煅燒分解:
[0087]將氫氧化鋁沉淀，在1200°C，煅燒20min，分解生成冶金級氧化鋁；
[0088]步驟4，電解:
[0089]將冶金級氧化鋁，電解，得到金屬鋁。
[0090]實施例4
[0091 ] 一種鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，包括以下步驟:
[0092]步驟I，鋁土礦微波加熱氯化分解:
[0093]將高嶺土加入碳混合后一并破碎至-250μπι，然后通入氯氣，壓力為常壓，采用微波頻率為2.3GHz微波流化床加熱5min，達到300 °C，恒溫60min，將高嶺土充分分解，得到含氯化鋁的多種氯化混合氣體;其中，高嶺土中，氧化鋁含量與氧化硅含量的質量比等于6.5，按質量比，高嶺土:碳= 1:3，高嶺土:氯氣= 1:5;
[0094]步驟2，分離凈化，沉降氯化鋁:
[0095](I)除雜精制過程是將含氯化鋁的多種氯化混合氣體，經三級冷凝回收裝置去除雜質，得到純度大于99%的無水氯化鋁產品，采用的三級冷凝回收系統是根據氯化后氣體的沸點差來進行分離:第一級冷卻方式采用旋風除塵器，控制冷卻溫度為300°C，使FeCl3、NaCl、KC1、MgCl2、FeCl2和CaCl2雜質以固體的方式除去;第二級冷凝的冷卻溫度控制在160°C，使AlCl3以固體形式收集;第三級冷凝的冷卻溫度為120°C，使TiCl4以固體形式除去，同時第二級冷凝中得到的固體AlCl3,真空升華精制，得到純度大于99%的無水氯化鋁；
[0096]通過三級冷凝回收裝置，無水氯化鋁精制過程和第三級冷凝回收過程中，排放的氣體含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，經過布袋收塵裝置和尾氣吸收池處理后，得到四氯化硅產品，尾氣最后排入大氣；
[0097](2)向99 %的無水氯化鋁中，加入氫氧化鈉溶液，在40 V，攪拌40min，攪拌速率為300rpm，制得中間產物;其中，氫氧化鈉溶液的濃度為140g/L，按質量比，140g/L氫氧化鈉溶液:99 %的無水氯化鋁= 5:1;
[0098](3)將中間產物，沉淀，過濾后，固液分離，得到氫氧化鋁沉淀和氯化鈉溶液；
[0099](4)將氯化鈉電解生成氫氧化鈉、氯氣及氫氣，將氯氣返回步驟I循環使用;將氫氧化鈉溶液經調整濃度后返回步驟2循環使用；
[0100]步驟3，煅燒分解:
[0101]將氫氧化鋁沉淀，在1200°C，煅燒30min，分解生成冶金級氧化鋁；
[0102]步驟4，電解:
[0103]將冶金級氧化鋁，電解，得到金屬鋁。
[0104]實施例5
[0105]—種鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，包括以下步驟:
[0106]步驟I，鋁土礦微波加熱氯化分解:
[0107]將明礬石加入碳混合后一并破碎至-250μπι，然后通入氯氣，壓力為常壓，采用微波頻率為2.5GHz微波流化床加熱1min，達到800°C，恒溫20min，將明礬石充分分解，得到含氯化鋁的多種氯化混合氣體;其中，明礬石中，氧化鋁含量與氧化硅含量的質量比等于6，按質量比，明礬石:碳= 1:3，明礬石:氯氣= 1:5;
[0108]步驟2，分離凈化，沉降氯化鋁:
[0109](I)除雜精制過程是將含氯化鋁的多種氯化混合氣體，經三級冷凝回收裝置去除雜質，得到純度大于99%的無水氯化鋁產品，采用的三級冷凝回收系統是根據氯化后氣體的沸點差來進行分離:第一級冷卻方式采用旋風除塵器，控制冷卻溫度為200°C，使FeCl3、NaCl、KC1、MgCl2、FeCl2和CaCl2雜質以固體的方式除去;第二級冷凝的冷卻溫度控制在140°C，使AlCl3以固體形式收集;第三級冷凝的冷卻溫度為80°C，使TiCl4以固體形式除去，同時第二級冷凝中得到的固體AlCl3,真空升華精制，得到純度大于99%的無水氯化鋁；
[0110]通過三級冷凝回收裝置，無水氯化鋁精制過程和第三級冷凝回收過程中，排放的氣體含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，經過布袋收塵裝置和尾氣吸收池處理后，得到四氯化硅產品，尾氣最后排入大氣；
[0111](2)向99 %的無水氯化鋁中，加入氫氧化鈉溶液，在70 0C，攪拌20min，攪拌速率為300rpm，制得中間產物;其中，氫氧化鈉溶液的濃度為140g/L，按質量比，140g/L氫氧化鈉溶液:99 %的無水氯化鋁= 5:1;
[0112](3)將中間產物，沉淀，過濾后，固液分離，得到氫氧化鋁沉淀和氯化鈉溶液；
[0113](4)將氯化鈉電解生成氫氧化鈉、氯氣及氫氣，將氯氣返回步驟I循環使用;將氫氧化鈉溶液經調整濃度后返回步驟2循環使用；
[0114]步驟3，煅燒分解:
[0115]將氫氧化鋁沉淀，在800°C，煅燒50min，分解生成冶金級氧化鋁；
[0116]步驟4，電解:
[0117]將冶金級氧化鋁，電解，得到金屬鋁。
[0118]實施例6
[0119]—種鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，包括以下步驟:
[0120]步驟I，鋁土礦微波加熱氯化分解:
[0121]將鐵鋁共生礦加入碳混合后一并破碎至_250μπι，然后通入氯氣，壓力為常壓，采用微波頻率為2.3GHz微波流化床加熱50min，達到900°C，恒溫1min，將鐵鋁共生礦充分分解，得到含氯化鋁的多種氯化混合氣體;其中，鐵鋁共生礦中，氧化鋁含量與氧化硅含量的質量比等于6，按質量比，鐵招共生礦:碳=1:3，鐵招共生礦:氯氣= 1:5;
[0122]步驟2，分離凈化，沉降氯化鋁:
[0123](I)除雜精制過程是將含氯化鋁的多種氯化混合氣體，經三級冷凝回收裝置去除雜質，得到純度大于99%的無水氯化鋁產品，采用的三級冷凝回收系統是根據氯化后氣體的沸點差來進行分離:第一級冷卻方式采用隔板干式收塵器，控制冷卻溫度為200°C，使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2雜質以固體的方式除去;第二級冷凝的冷卻溫度控制在160°C，使AlCl3以固體形式收集;第三級冷凝的冷卻溫度為80°C，使TiCl4以固體形式除去，同時第二級冷凝中得到的固體AlCl3,真空升華精制，得到純度大于99%的無水氯化鋁；
[0124]通過三級冷凝回收裝置，無水氯化鋁精制過程和第三級冷凝回收過程中，排放的氣體含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，經過布袋收塵裝置和尾氣吸收池處理后，得到四氯化硅產品，尾氣最后排入大氣；
[0125](2)向99 %的無水氯化鋁中，加入氫氧化鈉溶液，在70 V，攪拌30min，攪拌速率為200rpm，制得中間產物;其中，氫氧化鈉溶液的濃度為100g/L，按質量比，100g/L氫氧化鈉溶液:99 %的無水氯化鋁= 7:1;
[0126](3)將中間產物，沉淀，過濾后，固液分離，得到氫氧化鋁沉淀和氯化鈉溶液；
[0127](4)將氯化鈉電解生成氫氧化鈉、氯氣及氫氣，將氯氣返回步驟I循環使用;將氫氧化鈉溶液經調整濃度后返回步驟2循環使用；
[0128]步驟3，煅燒分解:
[0129]將氫氧化鋁沉淀，在1200°C，煅燒30min，分解生成冶金級氧化鋁；
[0130]步驟4，電解:
[0131]將冶金級氧化鋁，電解，得到金屬鋁。
【主權項】
1.一種鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，其特征在于，具體包括以下步驟: 步驟I，鋁土礦微波加熱氯化分解: 將招土礦中加入碳，混合均勾，通入氯氣，壓力為常壓，采用微波流化床加熱5?50min，達到300?9000C，恒溫10?60min，將鋁土礦充分分解，得到含氯化鋁的多種氯化混合氣體；其中，按質量比，鋁土礦:碳=(1:1.5)?(1:3)，鋁土礦:氯氣= (1:3)?(1:5); 步驟2，分離凈化，沉降氯化鋁: (1)含氯化鋁的多種氯化混合氣體，經除雜和精制，制得純度大于99%的無水氯化鋁； (2)向99%的無水氯化鋁中，加入氫氧化鈉溶液，在40?70 0C，攪拌20?40min，攪拌速率為200?300rpm，制得中間產物；其中，氫氧化鈉溶液的濃度為100?150g/L，按質量比，100-150g/L氫氧化鈉溶液:99 %的無水氯化鋁=(5:1)?(7:1); (3)將中間產物，沉淀，過濾后，固液分離，得到氫氧化鋁沉淀和氯化鈉溶液； (4)將氯化鈉電解生成氫氧化鈉、氯氣及氫氣，將氯氣返回步驟I循環使用;將氫氧化鈉溶液經調整濃度后返回步驟2循環使用； 步驟3，煅燒分解: 將氫氧化鋁沉淀，在800?1200 0C，煅燒20?50min，分解生成氧化鋁； 步驟4，電解: 將冶金級氧化鋁，電解，得到金屬鋁。2.如權利要求1所述的鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，其特征在于，所述步驟I中，鋁土礦為中低品位鋁土礦，霞石，長石，高嶺土，明礬石或鐵鋁共生礦中的一種，其中，每種鋁土礦中，氧化鋁含量與氧化硅含量的質量比均小于等于7。3.如權利要求1所述的鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，其特征在于，所述步驟I中，將鋁土礦與碳混和均勻是指將鋁土礦、碳按比例混合后一并粉碎。4.如權利要求1所述的鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，其特征在于，所述步驟I中，其中，按質量比，招土礦:碳= 1:2。5.如權利要求1所述的鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，其特征在于，所述步驟I中，微波流化床的微波頻率為2.3?2.5GHz。6.如權利要求1所述的鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，其特征在于，所述步驟I中，微波流化床加熱10?30min，達到800°C，恒溫20min。7.如權利要求1所述的鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，其特征在于，所述步驟2(I)中，除雜精制過程是將含氯化鋁的多種氯化混合氣體，經三級冷凝回收裝置去除雜質，得到純度大于99%的無水氯化鋁產品，采用的三級冷凝回收系統是根據氯化后氣體的沸點差來進行分離:第一級冷卻方式采用隔板干式收塵器或旋風除塵器，控制冷卻溫度為200?300°C，使FeCl3、NaCl、KCl、MgCl2、FeCl2和CaCl2雜質以固體的方式除去；第二級冷凝的冷卻溫度控制在140?160°C，使AlCl3以固體形式收集;第三級冷凝的冷卻溫度為80?120°C，使TiCl4以固體形式除去，同時第二級冷凝中得到的固體AlCl3,真空升華精制，得到純度大于99%的無水氯化鋁。8.如權利要求7所述的鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，其特征在于，所述的步驟2(I)中，通過三級冷凝回收裝置，在第二級冷凝后，得到的氣態物質中，AlCl3質量百分含量大于等于10%時，進行二次捕集得到AlCl3,然后進行真空升華精制，得到純度大于99%的無水氯化鋁產品。9.如權利要求7所述的鋁土礦微波氯化制備金屬鋁的方法，其特征在于，所述步驟2 (I)中，通過三級冷凝回收裝置，無水氯化鋁精制過程和第三級冷凝回收過程中，排放的氣體含有SiCl4、C0、C02、Cl2、C0Cl2，經過布袋收塵裝置和尾氣吸收池處理后，得到四氯化硅產品，尾氣最后排入大氣。
【文檔編號】C25C3/06GK106011498SQ201610334214
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月19日
【發明人】張廷安, 呂國志, 豆志河, 劉燕, 王龍, 張子木, 王艷秀, 李小龍
【申請人】東北大學