一种镁铝尖晶石废料制备硫酸铝和硫酸镁的方法与流程

本发明涉及废料资源化利用与无机化工产品制备领域，尤其涉及一种镁铝尖晶石废料制备硫酸铝和硫酸镁的方法。

背景技术：

1、镁铝尖晶石（mgal2o4）作为一种性能优异的新型无机非金属材料，具有高熔点、高硬度、良好的化学稳定性和热力学稳定性，广泛应用于耐火材料、陶瓷、冶金、电子封装、航空航天等领域。然而，在镁铝尖晶石产品的生产加工过程以及服役后的废弃阶段，会产生大量废料。该类废料中mgal2o4含量通常高于70%，同时含有fe2o3、sio2、cao、mgo、mno等氧化物杂质，以及zn、cu、cr、ni等微量重金属。目前，这些废料多采用堆积或填埋方式处理，不仅占用大量土地资源，还因可溶性杂质的渗透导致土壤及水体污染，同时造成其中铝、镁资源的浪费。

2、近年来，镁铝尖晶石废料因其铝含量高而受到关注。然而，现有方法多采用传统常温常压酸浸工艺，存在明显技术瓶颈：一方面，镁铝尖晶石晶体结构致密，常温常压下酸浸反应速率慢、反应不完全，原料转化率通常低于30%，无法实现铝和镁的有效酸解；另一方面，废料中大量mgo的存在，使得酸解后溶液中同时含有大量硫酸镁和硫酸铝，两者均为可溶组分，难以高效分离，严重制约了铝、镁的分别回收与纯化。此外，fe2o3、sio2、cao及重金属离子等杂质的同步去除也缺乏有效手段。

3、因此，开发一种工艺简单、杂质去除彻底（尤其对重金属）并能够实现镁铝尖晶石废料资源化的工艺路线，具有重要的经济效益、社会效益和环保效益。

技术实现思路

1、本发明提供了一种镁铝尖晶石废料制备硫酸铝和硫酸镁的方法，解决现有镁铝尖晶石废料利用率低、污染环境的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种镁铝尖晶石废料制备硫酸铝和硫酸镁的方法，包括以下步骤：

4、s1、对镁铝尖晶石废料进行预处理，得到预处理后的镁铝尖晶石废料；

5、s2、将所述预处理后的镁铝尖晶石废料和硫酸溶液混合，进行水热酸解反应，得到水热反应液和滤渣；

6、s3、对所述水热反应液进行除杂，得到含硫酸镁和硫酸铝的混合溶液；

7、s4、向所述混合溶液中加入氟化物，进行第一反应，得到氟化镁沉淀和硫酸铝溶液；将所述氟化镁沉淀和硫酸溶液混合，进行第二反应，得到硫酸镁；

8、s5、将所述硫酸铝溶液进行结晶提纯，得到硫酸铝。

9、在一些具体实施方式中，s1中，所述预处理包括：

10、将所述镁铝尖晶石废料破碎至粒径≤20mm，然后依次进行研磨、磁选除铁、碱洗除硅，得到反应液，对所述反应液进行固液分离，得到固体产物，对固体产物进行洗涤和干燥。

11、在一些具体实施方式中，所述研磨的方式为球磨，所述球磨的条件：时间为2~4h，球料比为8:1~10:1，转速为300-500r/min；

12、所述磁选除铁的条件：磁选强度为0.2~0.4t，温度为10~30℃，磁选次数为2~3次，单次磁选时间为10~20min；

13、所述碱洗除硅的过程，包括：将磁选除铁后的废料和碱溶液混合，进行碱洗；

14、所述碱溶液为氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.3~0.8mol/l，所述碱溶液和所述磁选除铁后废料的液固比为（8-12）:1ml/g，所述碱洗的条件：温度为50~70℃，时间为1~2h。

15、在一些具体实施方式中，s2中，所述预处理后的镁铝尖晶石废料和所述硫酸溶液的液固比为（5~15）:1ml/g，所述硫酸溶液的浓度为1.5~3mol/l；所述水热酸解反应的条件：温度为120~200℃，时间为2~8h，压力为0.2~1mpa。

16、在一些具体实施方式中，s3中，所述除杂包括：氧化除铁、絮凝除硅、重金属去除、离子交换除杂。

17、在一些具体实施方式中，所述氧化除铁的过程，包括：

18、向所述水热反应液中加入氧化剂，调节ph至酸性，进行氧化反应，得到除铁后溶液；

19、所述氧化剂的加入量为水热反应液质量的0.3%~0.8%；所述氧化剂包括过氧化氢、次氯酸钠和高锰酸钾中的至少一种；所述氧化反应的条件：温度为40~60℃，时间为30~60min；

20、所述絮凝除硅的过程，包括：

21、向所述除铁后溶液中加入絮凝剂，进行絮凝反应，然后静置沉降，得到除硅后溶液；

22、所述絮凝剂的加入量为除铁后溶液质量的0.1%~0.3%；所述絮凝剂包括聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和硫酸亚铁中的至少一种；所述絮凝反应的条件：温度为30~50℃，时间为20~40min；所述静置沉降的时间为30~60min。

23、在一些具体实施方式中，所述重金属去除的过程，包括：

24、向所述絮凝除硅后所得的除硅后溶液中加入重金属捕集剂，进行螯合反应，得到除重金属后溶液；

25、所述重金属捕集剂的加入量为除硅后溶液质量的0.2%~0.5%；所述重金属捕集剂包括二硫代氨基甲酸盐、螯合树脂和硫化钠中的至少一种；所述螯合反应的条件：温度为40~60℃，时间为30~45min；

26、所述离子交换除杂的过程，包括：

27、将所述除重金属后溶液通过阳离子交换树脂柱，得到硫酸镁和硫酸铝的混合溶液；

28、所述阳离子交换树脂包括强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂；所述阳离子交换树脂柱的径高比为1:5~1:10；所述除重金属后溶液的流速为1~3bv/h。

29、在一些具体实施方式中，s4中，所述氟化物的加入量为所述混合溶液中mg2+理论计量的1.0~1.2倍；所述氟化物包括氟化钠、氟化钾和氢氟酸中的至少一种；所述第一反应的条件：温度为50~70℃，时间为60~90min；所述氟化镁沉淀和所述硫酸溶液的质量比为1:1.2~1:1.5，所述硫酸溶液的浓度为92wt%~98wt%；所述第二反应的时间为1~2h。

30、在一些具体实施方式中，s5中，所述结晶提纯的过程，包括：

31、将所述硫酸铝溶液依次进行蒸发浓缩和冷却结晶，得到结晶体系；所述结晶体系经固液分离，得到硫酸铝晶体，对所述硫酸铝晶体依次进行洗涤和干燥。

32、在一些具体实施方式中，所述蒸发浓缩的条件：在温度为80~100℃、真空度为0.05~0.08mpa浓缩至硫酸铝溶液浓度为35wt%~45wt%；

33、所述冷却结晶的方式为梯度冷却结晶；所述梯度冷却结晶的条件：先以5~10℃/h的速率冷却至40~50℃，恒温保温1~2h，然后以2~5℃/h的速率冷却至20~30℃，恒温结晶4~8h。

34、相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

35、（1）本发明通过预处理有效去除了废料中的铁、硅等主要杂质，增大废料比表面积，配合水热酸解反应，进一步促进镁铝尖晶石溶解，为后续除杂和产品纯度提供了保障。

36、（2）本发明通过水热酸解反应促进镁铝尖晶石溶解，将原本堆积污染环境的废料转化为高附加值的硫酸铝和硫酸镁产品，充分回收镁、铝两种资源，实现了镁铝尖晶石废料的双重资源化，减少了土地占用和环境污染，兼具环保效益和经济效益。

37、（3）本发明除杂工艺针对性强，除杂效果好，不仅能彻底去除常规杂质，还能有效去除重金属zn、cu、cr、ni等，确保产品纯度≥99.5%，保障产品安全性。

38、（4）本发明通过引入氟化物生成氟化镁沉淀实现沉淀除镁，可以确保最终硫酸铝产品的纯度。同时，产生的氟化镁沉淀与硫酸重新生成硫酸镁的过程，提高镁资源利用率。

39、（5）本发明操作简单，便于工业化大规模生产；同时产品纯度高，硫酸铝符合工业高端应用要求，硫酸镁可用于农业、化工等领域，市场前景广阔，可广泛应用于水处理、造纸、印染、农业等行业。