鋁礦中礦物的提取與純化制造技術

一種對含鋁礦石的原料進行處理，以獲取一種或多種金屬氟化合物或金屬氧化物的方法，包括以下步驟：原料與一種氟酸溶液相接觸，生成氣態氟化硅以及水溶性金屬氟化物和／或金屬氟硅酸鹽；對水溶性反應產物進行處理以形成一種含有金屬氟化物的固體反應產物；除去低沸點化合物并且將所述固體反應產物加熱至某一溫度以使金屬氟化物以氣態形式揮發出來。原料可以包括鋁礦石和／或鈦礦石、煤或其它含有礦物雜質的碳材料，或者其它礦物（如云母）。鋁和鈦化合物的生產方法同樣進行了說明。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及鋁礦中礦物的提取與純化，包括粘土、粘土礦物、淋溶粘土、淋溶粘土礦物、鋁土礦、含有類似礦物雜質的碳材料(如煤)以及其它礦物(如云母)。
技術介紹
專利US4,780,112公開了一種碳材料的處理方法，所述碳材料即是主要由元素碳組成的材料，如煤、褐煤和石墨，經氫氟矽酸H2SiF6和氫氟酸HF的水溶液處理后，可除去非碳雜質，如粘土(特別是二氧化硅)、氧化鋁以及其它礦物。專利WO03/074639公開了一種碳材料的處理方法，用以除去硫磺以及其它非碳雜質，如硫磺、二氧化硅、氧化鋁和其它礦物，所述碳材料即是主要由元素碳組成的材料，如煤、褐煤和石墨。在該方法中，碳材料首先與含有氫氟酸HF和/或氫氟矽酸H2SiF6的氟酸溶液相接觸，然后將反應產物從碳材料中分離出來。反應產物可能包括氣態的四氟化硅SiF4以及金屬氟化物與氟硅酸鹽的混合溶液，為了處理和重復利用本方法中的氟，可以對金屬氟化物與氟硅酸鹽的混合溶液進行結晶和熱水解，使之轉化成更穩定的金屬氧化物。專利WO2004/057043公開了一種無機礦物的純化方法，特別是鐵或鈦氧化物或者它們的混合物，在該方法中，礦物混合物與氟酸溶液進行反應，從而將與溶液發生反應的礦物從不發生反應的礦物中分離出來。通過引用將專利US4,780,112、WO03/074639和WO2004/057043的內容合并與此。全球的氧化鋁大多數是通過對鋁土礦進行處理生成的，美國地質調查局(USGS)所定義的鋁土礦是指含24％質量百分比的氧化鋁的巖石或礦石。以自然形成的鋁硅質粘土為例，經過上千年硅含量的淋溶，其氧化鋁與二氧化硅之比升高。鋁土礦含有三種鋁礦物——水鋁礦、水軟鋁石和水鋁石——三者的比例差異取決于沉積物。鋁土礦中鋁礦物的總百分比，經灰分分析，以氧化鋁測量，可以在約24％至約70％質量百分比之間變化，而活性硅含量，以二氧化硅測量，可以在高淋溶沉積物中的約1％質量百分比至低淋溶沉積物中的約20％質量百分比之間變化。氧化鋁生產的主要方法是拜耳法。該方法包括：在一個蒸煮器內用氫氧化鈉處理鋁土礦，使鋁礦物溶解，然后通過靜置、沉淀和三羥基鋁(氫氧化物)的煅燒產生氧化鋁。拜耳法存在一些實質性缺陷。首先，鋁土礦中依次補足礦石的30％至76％或更多質量百分比的非氧化鋁成分，是一種極其污染環境的強堿性“赤泥”，被拒斥在該方法之外。處理這-->一赤泥將大大增加該方法的運作成本。此外，從經濟上考慮，拜耳法通常不適用于活性硅含量大于7％質量百分比的鋁土礦沉積物，因為氫氧化鋁化合物結晶前需形成不溶性硅酸鈉鋁，將二氧化硅污染物提取出來。硅酸鈉鋁的損失意味著鋁土礦中鋁值產量和作用試劑的損失。然而，由于缺乏可供選擇的合適方法，一個多世紀以來，拜耳法仍然是氧化鋁生產的主要方法。令人驚訝的是，本專利技術發現，通過改進專利US4,780,112和WO03/074639中的方法，對于含有高比例的鋁硅質粘土礦物的碳材料，可以從它的礦物雜質中獲取大量的相對純鋁值和/或其它純化合物。本專利技術同樣發現，本方法可用于處理其它粘土、淋溶粘土(如鋁土礦)以及鋁礦石，從而生成出相對純鋁值和/或其它純化合物。
技術實現思路
在第一個形式中，本專利技術提供一種對含鋁礦石的原料進行處理，以獲取一種或多種金屬氟化合物的方法，包括以下步驟：所述原料與一種氟酸溶液相接觸，所述氟酸溶液與鋁礦石中的活性礦物質發生反應，生成氣態氟化硅以及水溶性金屬氟化物和/或金屬氟硅酸鹽作為反應產物；將氣態氟化硅從反應產物以及未反應的原料物種中分離出來；將水溶性反應產物從未反應的原料物種中分離出來；對水溶性反應產物進行處理形成一種固體反應產物，該固體反應產物含有金屬氟化物和任選地，金屬氟硅酸鹽和/或所述金屬氟化物和金屬氟硅酸鹽的水合物；將所述固體反應產物中的所有金屬氟硅酸鹽轉化為金屬氟化物，并將所有低沸點化合物從所述固體反應產物中除去；以及將所述固體反應產物加熱至某一溫度，使所述金屬氟化物以氣態形式揮發出來。優選地，所述鋁礦石包含鋁硅酸鹽礦物，如粘土或淋溶粘土。優選地，所述活性礦物質至少包括鈦和鋁礦物。優選地，所述金屬氟化物為三氟化鋁。優選地，經灰分分析測得，原料總礦物含量中的主礦物(百分比最高)為鋁或硅。原料中的鋁礦石或粘土或淋溶粘土成分，優選是高氧化鋁礦石或者經灰分分析測得至少含12％質量百分比的氧化鋁的粘土，優選的是12％至70％質量百分比，更佳的是24％至55％質量百分比。原料中的礦石或粘土或淋溶粘土所含的二氧化硅成分，可以在淋溶粘土中的1％質量百分比至非淋溶礦石中的82％質量百分比之間變化。在一個形式中，本專利技術進一步包含將氣態三氟化鋁轉化成氧化鋁的步驟。-->優選地，除去低沸點化合物的步驟包括將反應產物加熱至所要提取的金屬氟化物的升華點以下的某一溫度，所述的低沸點化合物是指沸點或升華點低于所要提取的特定金屬氟化物的沸點或升華點的化合物。在優選的形式中，除去步驟包括將反應產物加熱至某一溫度，在該溫度下，一個或多個所述的低沸點化合物能以相對純的形式除去和分離出來。優選地，除去低沸點化合物的步驟包括加熱，使四氟化鈦以氣態形式和任選地，以其純固體或氧化鈦的形式除去。除去低沸點化合物的其它優選方法包括溶劑提取、加壓、重力分離和/或低沸點化合物的優先化學反應。在另一個優選形式中，所述的金屬氟化物是四氟化鈦。在本專利技術的一個實施例中，原料是一種含有鋁粘土雜質的碳材料。碳材料的優選形式包括煤，其中包括褐煤、焦炭、無煙煤、木炭、石墨及類似物。優選地，碳材料是一種含有1％至50％質量百分比的灰分含量的煤，例如含有4％至30％質量百分比的灰分含量。在另一個實施例中，原料是鋁礦石或鋁粘土，例如，一種淋溶鋁粘土，如源于紅土的鋁土礦。本專利技術的進一步形式是提供一種對鋁土礦原料進行處理，獲取一種或多種鋁化合物的方法，包括以下步驟：所述原料與一種氟酸溶液相接觸，氟酸溶液與原料中的鋁值和其它活性礦物質發生反應，生成氣態氟化硅以及水溶性金屬氟化物和/或金屬氟硅酸鹽；將氣態氟化硅從反應產物以及未反應的原料物種中分離出來；將反應產物從未反應的原料物種中分離出來；對反應產物進行處理以形成一種含有三氟化鋁和/或其水合物的固體反應產物；以及將三氟化鋁和/或其水合物從反應產物中分離出來。優選地，三氟化鋁的分離包括以下步驟：從所述的固體反應產物中除去低沸點化合物；以及將所述的固體反應產物加熱至某一溫度，使氣態三氟化鋁揮發出來。本專利技術的更進一步形式是提供一種對含有鋁和鈦礦石的原料進行處理，以獲取一種或多種鈦化合物的方法，包括以下步驟：所述原料與一種氟酸溶液相接觸，所述氟酸溶液與鋁礦石中的鋁和鈦值及其它活性礦物質發生反應，生成氣態氟化硅以及水溶性金屬氟化物和/或金屬氟硅酸鹽作為反應產物；將氣態氟化硅從水溶性反應產物以及未反應的原料物種中分離出來；-->將水溶性反應產物從未反應的原料物種中分離出來；對水溶性反應產物進行處理以形成一種固體反應產物，該固體反應產物含有鈦和鋁金屬氟化物，任選地鈦和鋁金屬氟硅酸鹽和/或所述鈦和鋁氟化物和金屬氟硅酸鹽的水合物；以及將所述的固體反應產物加熱至某一溫度，使所述的鈦金屬氟化物以氣態形式揮發出來。優選地，所述的鋁和鈦礦石中的主要礦物成分為鋁和/或硅礦物。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種對含鋁礦石的原料進行處理，以獲取一種或多種金屬氟化合物的方法，包括以下步驟：　所述原料與一種氟酸溶液相接觸，所述氟酸溶液與鋁礦石中的活性礦物質發生反應，生成氣態氟化硅以及水溶性金屬氟化物和／或金屬氟硅酸鹽作為反應產物；　將氣態氟化硅從反應產物以及未反應的原料物種中分離出來；　將水溶性反應產物從未反應的原料物種中分離出來；　對水溶性反應產物進行處理，形成一種固體反應產物，所述固體反應產物含有金屬氟化物和任選地，金屬氟硅酸鹽和／或所述金屬氟化物和金屬氟硅酸鹽的水合物；　將所述固體反應產物中所有的金屬氟硅酸鹽轉化為金屬氟化物，并將所有的低沸點化合物從所述固體反應產物中除去；以及　將所述固體反應產物加熱至某一溫度，使所述金屬氟化物以氣態形式揮發出來。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】AU 2005-12-14 20059070321、一種對含鋁礦石的原料進行處理，以獲取一種或多種金屬氟化合物的方法，包括以下步驟：所述原料與一種氟酸溶液相接觸，所述氟酸溶液與鋁礦石中的活性礦物質發生反應，生成氣態氟化硅以及水溶性金屬氟化物和/或金屬氟硅酸鹽作為反應產物；將氣態氟化硅從反應產物以及未反應的原料物種中分離出來；將水溶性反應產物從未反應的原料物種中分離出來；對水溶性反應產物進行處理，形成一種固體反應產物，所述固體反應產物含有金屬氟化物和任選地，金屬氟硅酸鹽和/或所述金屬氟化物和金屬氟硅酸鹽的水合物；將所述固體反應產物中所有的金屬氟硅酸鹽轉化為金屬氟化物，并將所有的低沸點化合物從所述固體反應產物中除去；以及將所述固體反應產物加熱至某一溫度，使所述金屬氟化物以氣態形式揮發出來。2、根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述金屬氟化合物為四氟化鈦或三氟化鋁。3、根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述金屬氟化合物為三氟化鋁。4、根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述原料至少含有鋁、硅、鐵和鈦礦物。5、根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述鋁礦石包含一種或多種鋁硅酸鹽材料。6、根據權利要求5所述的方法，其特征在于：所述一種或多種鋁硅酸鹽材料包含粘土或淋溶粘土。7、根據權利要求5所述的方法，其特征在于：所述一種或多種鋁硅酸鹽材料包含淋溶粘土。8、根據權利要求7所述的方法，其特征在于：所述淋溶粘土為鋁礦石。9、根據權利要求3所述的方法，其特征在于：所述除去所有低沸點化合物的步驟包含加熱使四氟化鈦以氣態形式除去。10、根據權利要求9所述的方法，進一步包含將氣態四氟化鈦轉化成四氟化鈦固體或二氧化鈦的步驟。11、根據權利要求3所述的方法，進一步包含將所產生的氣態三氟化鋁轉化成三氟化鋁固體或氧化鋁的步驟。12、根據權利要求3所述的方法，其特征在于：除去低沸點化合物的步驟包括將反應產物加熱至三氟化鋁升華點以下的某一溫度。13、根據權利要求12所述的方法，其特征在于：除去步驟包括將反應產物加熱至可除去一種或多種所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：羅伯特勞埃德，
申請(專利權)人：卡拉里研究有限公司，
類型：發明
國別省市：AU[澳大利亞]