一种利用铝灰和水氯镁石制取镁铝尖晶石的方法
技术领域
本发明涉及工业危废固体物料资源利用技术领域，特别涉及一种利用铝灰和水氯镁石制取镁铝尖晶石的方法。
背景技术
铝是地球上资源最多的，产量仅次于钢铁的第二大金属；铝具有质量轻、抗氧化腐蚀性好的特点，可以与许多金属元素形成具有诸多不同用途的铝合金，且具有可回收性。铝是以冰晶石熔剂熔盐电解氧化铝的方法生产的，在应用方面基本上以各种铝合金材的形式被应用；一部分铝材在电解铝厂由原铝熔体加入各种不同的合金元素的中间合金后，经除气、除渣后铸造成铝合金材；另一部分由电解铝厂经除渣后，铸成普通铝锭，然后运到铝材生产厂家经熔化后加入合金元素的中间合金，再进行除气除杂后制成铝合金材。
在各种各样的铝及铝合金的熔铸过程中都会产生铝灰，依不同的铝合金熔铸产品产生的铝灰渣量是不同的，如铸造铝合金(铝硅)所产生的铝灰量约在30kg/t左右，航空铝材约在35kg/t左右，原铝铸造(普通铝锭)约在5kg/t左右，其他铝合金约在20kg/t左右；总体平均量约在20kg/t左右。
由于铝灰中含有可溶解的氯化物和碱金属钾和钠的氟化物，以及其中的氮化物遇水水解产生NH3和反应产生的遇水可溶解的NaAlO2：会对环境造成影响，因此被认为是有毒有害的固体废弃物。
目前人们关于铝灰的处理和对其资源化利用方法的研究很多，基本上可分为以下几类：
一类方法是用铝灰制备氢氧化铝或氧化铝，如专利CN108239704A，CN105271327A，CN104261445A，CN106830023A，CN108439444A，CN108529658A，CN1224723C，CN106830030A，CN109928413A，CN1903725A等；这些技术在原理和方法基本相似，就是将铝灰水洗后除去铝灰中的可溶物(主要是氯化物)后，与碳酸钠，或氢氧化钠，或石灰(CaO)混合，在大于700～900℃的温度下进行烧结，将铝灰中的氧化铝转变为可溶于水的铝酸盐，用水将生成的铝酸钠浸出，然后用铝酸钠的碳分和种分过程制取氢氧化铝和氧化铝。
水氯镁石是我国青海盐湖提钾时产生的副产物，其量是每提取一吨KCl，产生约10吨水氯镁石(MgCl2·6H2O)；一个青海盐湖年提KCl500万吨，每年产生水氯镁石副产物高达5000万吨/年，这种水氯镁石副产物仅少量被用于制作脱水后用作电解制取金属镁的原料，其余都堆积在盐地。
镁铝尖晶石是一种由MgO和Al2O3组成的化合物，是一种高级耐火材料，镁铝尖晶石以具有耐高温，膨胀系数小，热稳定性高，抗侵蚀能力强的特征，广泛应用于冶金工业，水泥工业，玻璃工业的窑炉上；高等级的镁铝尖晶石是由工业氧化铝和高纯度的氧化镁MgO制成的，制造成本高，价格高；因此，开辟一种低成本的镁铝尖晶石制造方法，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用铝灰和水氯镁石制取镁铝尖晶石的方法，用氢氧化钠将铝灰中的铝和氮化铝转变成铝酸钠，然后用水氯镁石(MgCl2·6H2O)在搅拌条件下将其中和，然后过滤出镁铝尖晶石和氢氧化镁，最后在≥350℃条件下热处理制成富镁的镁铝尖晶石，使工业固体废料获得资源化利用。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、将铝灰水洗去除水溶性成分后，加入到氢氧化钠溶液中搅拌反应，使铝灰中的Al和AlN与NaOH反应生成NaAlO2；氢氧化钠溶液的浓度25～35％；氢氧化钠溶液的用量按NaOH与Al和AlN完全反应并过量5～10％加入；反应完成的物料过滤，获得的滤液为含NaAlO2和NaOH的混合溶液；
2、在搅拌条件下，向混合溶液中加入水氯镁石，使MgCl2与NaAlO2和NaOH反应生成MgO·Al2O3沉淀和Mg(OH)2沉淀；水氯镁石的加入量按MgCl2与NaAlO2和NaOH完全反应为准；反应后的物料过滤，获得滤渣中的主要固体成分为MgO·Al2O3和Mg(OH)2的混合物；
3、将滤渣在≥350℃条件下煅烧热处理，制成富镁的镁铝尖晶石。
上述的步骤1中，完全反应所依据的反应式为：
Al+NaOH+H2O＝NaAlO2+3/2H2↑ (1)和
AlN+NaOH+H2O＝NaAlO2+NH3↑(2)。
上述的步骤1中，反应生成NaAlO2的过程中，产生的H2和NH3分别回收。
上述的步骤2中，完全反应所依据的反应式为：
2NaAlO2+MgCl2＝MgO·Al2O3↓+2NaCl (3)和
2NaOH+MgCl2＝2NaCl+Mg(OH)2↓ (4)。
上述的步骤2中，过滤后获得的滤液为NaCl溶液。
上述的步骤1中，Al和AlN生成NaAlO2的转化率≥99％。
上述的步骤2中，NaAlO2中Al转化为MgO·Al2O3的转化率≥99％。
上述的步骤3中，富镁的镁铝尖晶石的纯度≥98％。
上述步骤2中，水氯镁石(MgCl2·6H2O)为由青海盐湖提钾过程中副产的水氯镁石。
上述步骤2中，滤液经蒸发、浓缩、结晶和脱水获得工业品NaCl。
上述的铝灰水洗后固体的成分按重量百分比含Al 10～13％，AlN 18～20％。
上述方法中，当步骤1的滤液中，Al2O3与SiO2的重量比<100时，将滤液进行脱硅处理去除硅酸钠，滤液脱硅后的液相作为混合溶液进行步骤2。
上述方法中，将滤液进行脱硅处理是按照《拜尔法生产氧化铝》(冶金工业出版社2007年)第80页记载的方法进行。
本发明以铝工业产生的危废固体物料铝灰和盐湖提钾后成为“镁害”的副产物水氯镁石为原料，制取高附加值的镁铝尖晶石，使铝灰和水氯镁石得到资源化利用，提供了一种新的，低成本的镁铝尖晶石这种高级耐火材料的制取方法，具有很好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
本发明实施例中采用的铝灰为电解铝厂和铝合金生产过程中所产生的铝灰渣经提取铝后生成的铝灰。
本发明实施例中的铝灰水洗后固体的成分按重量百分比含Al2O3 57.2％，SiO20.5％，Al11.0％，AlN 19％，Fe2O3 0.3％，Ca(Mg)O+Ca(Mg)F2 12％。
本发明所用水氯镁石为盐湖提钾提锂后产出的且过滤出泥沙后的水氯镁石(MgCl2·6H2O)。
本发明实施例中将滤液进行脱硅处理去除硅酸钠，滤液脱硅后的液相作为混合溶液。
本发明实施例中将滤液进行脱硅处理是按照《拜尔法生产氧化铝》(冶金工业出版社2007年)第80页记载的方法进行
实施例1
将铝灰水洗去除水溶性成分后，加入到氢氧化钠溶液中搅拌反应，使铝灰中的Al和AlN与NaOH反应生成NaAlO2；氢氧化钠溶液的浓度25％；氢氧化钠溶液的用量按NaOH与Al和AlN完全反应并过量10％加入；反应完成的物料过滤，获得的滤液为含NaAlO2和NaOH的混合溶液；反应生成NaAlO2的过程中，产生的H2和NH3分别回收；Al和AlN生成NaAlO2的转化率≥99％；
在搅拌条件下，向混合溶液中加入水氯镁石，使MgCl2与NaAlO2和NaOH反应生成MgO·Al2O3沉淀和Mg(OH)2沉淀；水氯镁石的加入量按MgCl2与NaAlO2和NaOH完全反应为准；反应后的物料过滤，获得滤渣中的主要固体成分为MgO·Al2O3和Mg(OH)2的混合物；过滤后获得的滤液为NaCl溶液；NaAlO2中Al的沉淀率≥99％；
将滤渣在600℃条件下煅烧热处理，制成富镁的镁铝尖晶石，纯度≥98％。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氢氧化钠溶液的浓度30％；氢氧化钠溶液的用量按NaOH与Al和AlN完全反应并过量8％加入；
(2)将滤渣在1000℃条件下煅烧热处理。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氢氧化钠溶液的浓度35％；氢氧化钠溶液的用量按NaOH与Al和AlN完全反应并过量5％加入；
(2)将滤渣在1450℃条件下煅烧热处理。
