2025第七届中国有色金属资源循环与清洁冶金技术创新大会：铝灰绿色协同利用高有机物铝土矿新技术研究

谢

刚昆明冶金研究院有限公司嘉兴2025.12北方有色网

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北方有色网铝灰绿色协同利用高有机物铝土矿新技术研究北方有色网

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北方有色网一、研究背景二、研究思路

·三、主要研究内容四、主要创新点五、结束语北方有色网

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北方有色网目

录北方有色网北方有色网

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研究背景北方有色网

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北方有色网北方有色网2012-2022年我国原铝产量铝产量/万吨2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022450040003500300025002000150010005000北方有色网

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铝及铝合金广泛应用于建筑、汽车、

电力、包装、航空航天等领域

，在经济中的地位不可替代

我国现有的124个产业中

，与铝相关的产业有113个

，铝的关联度高达90%是国民经济、

高新科技、

国防军工等领域不可或缺的重要原材料北方有色网

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北方有色网北方有色网l

背

景

铝产业在国民经济中地位突出

，但电解铝是高耗能行业

，我国吨铝电耗13500kWh

，20年电解铝二氧化碳排放达11.5t-CO2/t-Al、合计碳排放4.2亿吨，

占有色行业76%

习近平主席提出了双碳战略目标

传统铝冶炼行业未来的发展方向必然是：绿色、低碳北方有色网

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北方有色网转型绿色低碳铝产业链是我国双碳目标的迫切需要北方有色网

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北方有习近平主席在重大国际场合的双碳目标发言我国电解铝碳排放高于全球平均水平、

远高于欧美国家有色网

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北方有色网北方有色网l

背

景HW48类别危险废物电解铝、

再生铝企业

产生的铝灰渣污染地下水

释放危险气体

存量大风险高

破坏社会环境绿色铝实现碳排放大幅降低

，但仍存在铝灰综合回收难共性难题

铝灰是原铝、

铝制品和再生铝生产中产生的一种浮渣

，我国铝灰产量超过200万吨/年

，加上库存铝灰

，数量巨大

铝灰中氟化物、

氮化铝易污染地下水

，产生氨气、

氢气等有毒易燃易爆气体

，环境风险高

2021年我国将其列入《国家危险废弃物名录》

，属于有色金属冶炼废物（HW48）铝灰危害大l

与溶液接触，放出氨气、氢气l

盐易溶于水l

可生成有害的含氟、氯气体综合利用难、环境风险高l

铝灰经济堆存难l

α-Al2O3性质稳定，反应惰性，各物相之间互相嵌布，难综合利用l

易燃、易爆、可污染水体l

长距离运输风险大北方有色网

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北方有色网铝灰是铝工业的主要危险废弃物

，产量大、

综合利用难、

环境风险高l

背

景

：铝

灰

综

合回

收

难

度

大北方有色网

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北方有色网北方有色网应用领域酸铝粉钙净水剂原料水泥原料锅炉原料再生铝脱硫剂

铝灰处理工艺有火法工艺、湿法工艺、火法和湿法结合工艺

火法工艺存在投资大、产品附加值低等问题

，湿法工艺氟氯利用率低、产生大量二次固废

我国铝灰资源化综合利用率偏低

，现有铝灰利用率不足30%

，

尚无成熟的规模化利用技术下游加工二次铝灰北方有色网

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北方有色网上游来源电解铝铝加工

火法工艺l

资源化回转窑工艺

湿法工艺l

脱氨-固氟-绿色循环利用工艺

火法和湿法结合工艺l

“多段连续强化水解浸出+高值定向转化”工艺l

火法高温煅烧结合聚合氯化铝工艺l

湿法提盐火法制铝酸钙工艺北方有色网

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北方有色网铝灰的处理方法北方有色网

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北方有色网开发铝灰资源化综合利用新技术意义重大l

背

景

：铝

灰

综

合回

收

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北方有建筑装修交通运输建筑材料其

它电

力有色网

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北方有色网北方有色网中游冶炼一次铝灰铝灰

铝土矿是一种战略性矿产

，我国及美欧等国家均将其列为战略矿产资源

我国铝土矿资源紧缺且质量差

，对外依存度高达65%

部分进口铝土矿中有机物含量高

，最高可达0.6%

，严重影响生产系统

，无法规模化利用2012-2022年中国铝土矿产量及进口量1400012000100008000600040002000020122013201420152016

2017

2018

2019

2020

2021

2022产量4700

4600

470065006500680010007500927085007780.进口量396170073627.5582.51786876.

82621006111510731256万吨北方有色网

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北方有色网2021年中国铝土矿储量分布广西,海南,4.63%

湖北,0.21%四川,

0.

18%13.03%云南,

1.30%湖南,0.30%山东,

0.

15%贵州,22.90%北方有色网

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北方有色网北方有色网

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北方有色网我国铝土矿对外依赖度高

，

有机物含量高、

严重制约铝工业的可持续发展l

背

景

：有

机

物

含

量高

影响氧

化

铝

生

产北方有色网

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北方有色网北方有色网河南,20.24%山西,

拜耳法生产氧化铝约占世界95％左右

，生产富集的有机物直接影响氧化铝品质、

降低生产效率

目前处理有机物的方法主要有：铝土矿焙烧法、母液焙烧、苛化法等

，大部分方案还只停留在试验阶段降低设备产能和效率铝土矿焙烧法母液焙烧法湿式氧化法晶种洗涤法处理有机物的主要方法北方有色网

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北方有色网设备的结疤生成速度加快影响产品质量产品粒度细化

含碱量升高

白度指标降低大量泡沫产生沉降槽持续跑浑叶滤机滤布结硬不过料铝酸钠溶液浮游物偏高北方有色网

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北方有色网循环草酸钠积累北方有色网

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北方有色网有机物的危害是目前大多数氧化铝生产企业亟待解决的难题l

背

景

：有

机

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含

量高

影响氧

化

铝

生

产北方有色网

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北方有色网北方有色网结晶析盐法苛化法碱液有机碳析出+北方有色网

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北方有色网二、

研究思路北方有色网

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北方有色网北方有色网铝灰综合利用

氟、

氯脱除率分别大于90%

氮脱除率>99%

、

氨水吸收率

>99%

铝回收率>95%拜耳法氧化铝系统有机物处理

高有机物铝土矿高效利用

系统有机物含量降低30%以上北方有色网

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北方有色网水解脱氮北方有色网

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北方有色网铝灰资源化处理难度大

氨水转化率低

铝、

氟氯等有价元素回收率低

能耗高、

成本高有机物含量高影响氧化铝生产

高有机物铝土矿难以利用

造成碱的损失、

降低种分分解率

降低产品质量北方有色网

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北方有色网构建“铝灰水解催化脱氮-蒸发结晶废盐焙烧脱氟转型”与现有拜耳法氧化铝生产系统相结合的技术体系北方有色网

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北方有铝灰高温焙烧转型协同脱除有机物有色网

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北方有色网实施效果解决问题解决方法l

研究

思

路北方有色网氨气制氨水CH4、H2等可燃气体

含氟物料氧化铝高有机物种分母液

、结晶废盐惰性氧化铝转化铝酸钠溶液铝灰利用与氧化铝生产工艺协同铝灰利用过程三废绿色产品化原料技术方法产品沉

降种分蒸发氧化铝生产系统灰

高有机物铝土矿回转窑焙烧脱氟转型水解催化脱氮蒸发器反应槽铝北方有色网

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北方有色网实现铝灰、

高有机铝土矿工艺与三废的绿色协同利用

，

助推铝行业健康可持续发展北方有色网

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北方有焙烧Al2O3脱硫原料

焙烧Al2O3燃料电解铝打渣剂有色网

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研究

思

路北方有色网三、

主要研究内容北方有色网

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北方有色网北方有色网解决的关键科学问题关键技术和装备l

铝灰高温焙烧脱

氟

过程Na、

F、

Al、

Cl、

O等元素系统循环

利

用时的界面反应

、

交

互作用与多尺度传

递

规律

铝灰水解催化脱氮-蒸发排盐焙烧转型-拜耳法生产氧化铝技术

铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的关键技术

铝灰绿色高效制备高品质氧化铝关键技术

铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的关键装备北方有色网

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铝灰深度资源化处理关键技术产业化应用研究北方有色网

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铝灰工艺矿物学研究、

铝灰脱氟-转型过程热力学、

动力学、

界面传递特征

铝灰水解催化脱氮-废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝技术北方有色网

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北方有色网目标：

开发脱氟-转型深度处置铝灰关键技术

，

实现铝灰的安全化、

减量化和资源化研究内容北方有色网

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研究内

容北方有色网粒度分析马尔文2000型激光粒度仪检测结果：•193.1℃-

1086.4℃温度段主要发生了发生2次分解反应3次相变反应生成ß-立方晶系冰晶石

，

ß-冰晶石(ß-Na3AlF6)

，

三氧化二铝（Al2O3）

和一氧化氮（NO）

；•800℃后有氯化钠的熔融吸热反应

，并有铝酸钠（NaAl11O17）及(MgAl2O4）

物相生成；•

三氧化二铝物相的热效应为一条直线

，

萤石物相在1360℃温度前无热反应曲线。北方有色网

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北方有色网样品名称D10D50D90D95D97铝灰原料49.31μm113.21μm229.

17μm270.78μm297.38μm热重

热

差

分

析北方有色网

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北方有色网•

湿法模式•

无水乙醇做分散介质北方有色网

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北方有色网l研究工作一：铝灰焙烧脱氟提铝过程界面反应与传递基础理论研究北方有色网

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北方有色铝灰原料D50粒度为113.21μm;800℃后有铝酸钠、

镁铝尖晶石生成北方有色网

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北方有色网1、

铝灰原料的粒度和热重热差分析北方有色网结果分析：

主要考察铝灰中氟、氯、铝、氮、硅等元素的含量分布及赋存特征

，包括铝灰原料中α-Al2O3、Al

N

、

KCl、

NaCl等物料在铝灰中所占比例以及含铝、含氟物料间的结合方式l

铝灰有单质Al、Al

N、

α-Al2O3、

CaF2、

K2

(NaAlF6)等19种物相l

氧化铝、

氮化铝和铝等相互嵌布

，

氟化钠分布于铝化合物中

，

氯化钠以独立颗粒相为主表面Cl分布形式北方有色网

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北方有色网表面背散射图像北方有色网

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北方有色网l研究工作一：铝灰焙烧脱氟提铝过程界面反应与传递基础理论研究北方有色网

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北方有色网2、

铝灰的工艺矿物学研究北方有色网铝灰原料MLA分析表面Al分布形式表面Si分布形式表面F分布形Na分布形式

应用FactSage软件计算与实验相结合

，对铝灰与Na2CO3焙烧反应的热力学进行了研究

，探明了铝溶出规律及铝灰脱氟-转型过程中铝的结构及含量变化

结合铝灰脱氟-转型热力学研究结果

，探究不同条件对铝溶出率的影响

，揭示了铝灰脱氟-转型高温加碱焙烧过程符合“未反应核收缩”模型

，表观活化能为Ea=189.97J/mol北方有色网

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北方有色网北方有色网

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北方有色网北方有色网

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北方有色网揭示了铝灰脱氟-转型铝的溶出机理

，铝灰脱氟-转型过程为扩散步骤所控制l研究工作一：铝灰焙烧脱氟提铝过程界面反应与传递基础理论研究北方有色网

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北方有不同温度下的的动力学曲线有色网

北方有色网Na2CO3添加量对铝溶出率的影响有色网

北方有色网3、

铝灰脱氟-转型热力学及动力学研究铝灰中活性含铝组分的反应动力学协同机制北方有色网l

Al和AlN的反应行为不一致

，AlN更易反应

，

NaCl进入溶液中l

α-Al2O3、

KAl11O17

(β-Al2O3）

、

MgAl2O4、

CaF2等物相留在渣中1

h

24

h铝灰与水反应后残渣X衍射图谱a)t=

1h,b)t=24h；T=60℃北方有色网

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北方有色网时间对铝和氮化铝与水反应率的影响a)T=25℃,b)T=60℃；t=0~24hT=60℃北方有色网

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北方有色网T=25℃北方有色网

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考察了铝灰水解催化脱氮过程主要元素的浸出行为l

研究工作二：

铝灰水解催化脱氮-废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝研究北方有色网

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北方有色网1、

铝灰水解催化脱氮溶出行为研究北方有色网“少量多次”加入铝灰

，可控释放气体

，反应平稳l

相同时间内

，氢气体积远大于氨气体积l

极短时间内

，

随反应时间延长

，氢气量和温度快速升高l

铝灰加入量越多

，

活性含铝物相反应率越快0.250.20.150.10.050H2NH3气体种类气体量L/g北方有色网

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北方有色网爆发性升温、反应，

导致气体急剧放出，

生产无法组织温度和产生的氢气量随反应时间的变化北方有色网

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北方有色网北方有色网

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北方有色网1、

铝灰水解催化脱氮溶出行为研究

考察铝灰水解催化脱氮过程中氮气、氢气等气体逸出特性l

研究工作二：

铝灰水解催化脱氮-废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝研究北方有色网

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北方有色网北方有色网铝酸钠溶液中气体量的对比铝灰与氢氧化钠溶液反应渣微区元素面扫图谱2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4

+3H2

↑Si+2NaOH+2H2O=

Na2SiO3

+3H2

↑AlN+NaOH+3H2O=NaAl(OH)4

+NH3

↑北方有色网

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北方有色网北方有色网

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北方有色网l

在碱体系与Al反应生成铝酸钠溶液

，反应率大l

Al

，AlN和Si等均会发生显著反应

，得含硅铝酸钠溶液

考察了碱体系下铝灰水解催化脱氮过程主要元素的浸出行为及转变规律l

研究工作二：

铝灰水解催化脱氮-废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝研究北方有色网

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北方有色网1、

铝灰水解催化脱氮溶出行为研究北方有色网l

铝灰脱氟转型温度高

，

熟料有一定强度l

熟料中主要物相有：

铝酸钠、

其它含钙化合物温度对熟料中物相生成的影响规律北方有色网

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北方有色网2#熟料

3#熟料北方有色网

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北方有色网1#熟料北方有色网

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北方有色网2、

废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝

探明了铝灰脱氟-转型高温加碱焙烧中各元素物相转变生成规律l

研究工作二：

铝灰水解催化脱氮-废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝研究生料烧结损失（灼减）/g北方有色网

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北方有色北方有色网

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北方有色网温度对熟料强度的影响有色网

北方有色网北方有色网l

生料中碱形式不影响溶出渣率

，不影响氧化铝、碱和二氧化硅溶出率；l

>1000℃烧结的熟料

，氧化铝溶出率>99%、碱溶出率>95%

，二氧化硅溶出率<60%溶出滤渣3#熟料中各组分实际溶出率%北方有色网

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北方有色网溶出渣的XRD北方有色网

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北方有色网3#溶出渣的质量和渣率北方有色网

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主要考察偏铝酸钠溶出机制

，探明了溶出过程中主要元素走向

，获得了最佳溶出条件

，实现了脱氟-转型后铝酸钠盐的高效溶出与分离l

研究工作二：

铝灰水解催化脱氮-废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝研究北方有色网

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北方有色网2、

废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝北方有色网l

熟料烧成可同步消除有机物

，

其中钠盐转化为铝酸钠

，还回收了其中碱

，

实现了惰性

碱转化活性碱生料浆、熟料的FTIR谱生料浆中的有机物在1000℃烧成时，全转化，没有有机物的特征峰162

羧基振动峰6

1318熟料化学成分分析结果中TOC浓度为零北方有色网

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北方有色网RCOONa+

Al2O3

---Na2O

.

Al2O3

+CO2

+H2O1557

羧基振动峰甲基振动峰1443北方有色网

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探明了掺入含有机物的碳酸钠与铝灰高温烧结机制

，实现有机物、惰性碱及惰性α-Al2O3的协同利用l

研究工作二：

铝灰水解催化脱氮-废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝研究北方有色网

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北方有色网2、

废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝北方有色网

对草酸钠在循环母液、循环精液、蒸发母液中的溶解性为及其在苛化盐中的分布及杂质脱除进行了研究母液温度对草酸钠溶解度影响母液NK浓度对草酸钠溶解度影响精液温度对草酸钠溶解度影响精液NK浓度对草酸钠溶解度影响北方有色网

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北方有色网探明了氧化铝体系中草酸钠分布规律

，其浓度随母液和精液温度升高均升高，最高分别达到14.43g/L、

14.13g/L2、

废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝l

研究工作二：

铝灰水解催化脱氮-废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝技术北方有色网

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北方有色网北方有色网

采用自制球磨晶种与CO2相结合提高铝酸钠溶液的分解率

，考察了碳酸化分解制备Al(OH)3

的影响因素

，探明了球磨晶种强化碳分聚附过程

对碳分后的三水铝石进行水热脱钠处理实验研究

，水热产物经高温煅烧制得α-Al2O3北方有色网

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北方有色网溶液分解效率可达92%以上

，

α-Al2O3中Na2O含量为0.019%l

研究工作二：

铝灰水解催化脱氮-废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝技术3、

铝酸钠溶液杂质脱除-球磨晶种强化碳分-水热脱钠-一水软铝石球磨煅烧北方有色网

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北方有晶种系数对分解率的影响球磨晶种以及不同晶种系数下碳分产物SEM图

煅烧产物XRD图谱有色网

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考察了球料比、

时间、粒径、转速等因素对球磨前驱体一水软石制备超细Al2O3

的影响

，总结出了最佳工艺条件北方有色网

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北方有色网物相α-Al2O3

NaAl11OX射线分析结果：含量参考值99.7%01-074-

108117

0.3%

01-072-

1406北方有色网

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北方有色网成功制备出纯度为99.96%以上

，

平均粒度为0.5μm的球形超细α-Al2O33、

铝酸钠溶液杂质脱除-球磨晶种强化碳分-水热脱钠-一水软铝石球磨煅烧l

研究工作二：

铝灰水解催化脱氮-废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝技术北方有色网

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北方有色网晶种系数对分解率的影响

α-Al2O3的SEM图有色网

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开发了一种铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的装置

，该一体化装备可安全高效回收惰性Al2O31、旋风分离器12、冷却机

，回转窑1一端为窑头2

，另一端为窑尾3

，窑头2的出料口通过冷却管8与冷却机的进料口连接

，窑尾3的出料口通过尾气回收管11与旋风分离器12的进料口连接，

回转窑1倾斜设置

，窑头2位于窑尾3下方

，窑头2的燃料进口与燃料管7连接

，窑头2的空气进口与输风管6连接

，窑尾3的生料进口与生料管4连接

，生料管4位于窑尾3内的一端设置有喷头5北方有色网

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北方有色网实现氧化铝系统有机物的高效分解与利用

，

有机物脱除率90%以上l研究工作三

：铝

灰

深

度

资

源

化

处

理

产

业

化

应

用

研究北方有色网

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北方有铝灰烧结法协同脱除循环母液中有机物一体化关键装备示意图有色网

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北方有色网北方有色网氢气与氨气铝灰铝灰制浆一段溶出溶出液槽过滤机生料浆调配生料浆成品氨气净化吸收氢气与氨气氨气冷却塔

低浓度氨水合格氨水铝酸钠溶液2滤饼赤泥大坝热水或稀碱水水球磨机溶出槽转鼓过滤机混气站混气2#焙烧炉熟料烧结回转窑冷却机活性溶出及生料浆制备氨气吸收塔脱硫A段熟料烧结及熟料溶出铝酸钠溶液1铝灰添加剂水煤气快速分离水

碱氨气大气尾气北方有色网

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北方有色网北方有色网

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提出了铝灰烧结法协同脱除循环母液中有机物的工艺路线

探究了铝灰烧结法协同脱除循环母液及苛化盐，中的有机物。北方有色网

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北方有色网l研究工作三

：铝

灰

深

度

资

源

化

处

理

产

业

化

应

用

研究北方有色网

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北方有实现了循环母液中有机物的脱除铝灰烧结法协同脱除循环母液中有机物工艺路线有色网

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北方有色网北方有色网氢气

脱氨铝灰

氨气焙烧炉系统氨法案脱硫系统混合排盐滤饼回转窑高温烧结

高温烟尘烧结熟料

管道除尘打渣剂原料打渣剂原料排空冷却塔一次除尘冷却塔二次除尘风机拜耳法氧化铝生产系统氧化铝产品铝灰喷淋分解母液北方有色网

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北方有色网铝灰深度资源化处理关键技术工艺流程图北方有色网

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北方有色网北方有色网

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铝灰深度资源化处理关键新技术在云南文山铝业有限公司成功应用

，建成国内首条30kt/a的铝灰深度资源化处理关键技术生产线有效解决了铝灰难以安全化资源化处置的难题l研究工作三

：铝

灰

深

度

资

源

化

处

理

产

业

化

应

用

研究北方有色网

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北方有色网30kt/a铝灰深度资源化处理关键技生产线有色网

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对铝灰资源化利用产业化装备及技术方案进行了工业化应用研究

，对铝灰给料系统、活性溶出系统、熟料烧结系统工艺及相关设备进行了改造升级

，达到指标要求北方有色网

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北方有色网北方有色网

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北方有色网产业化生产线升级优化1、

铝灰给料系统改造2、

活性溶出系统优化3、

熟料烧结系统工艺优化北方有色网

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北方有色网铝灰中氟、

氯脱除率>90%

，

实现铝灰的无害化l研究工作三

：铝

灰

深

度

资

源

化

处

理

产

业

化

应

用

研究北方有色网

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北方有高温除尘器示意图有色网

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北方有色网北方有色网选择性过滤设备示意图北方有色网

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北方有色网四、

主要创新点北方有色网

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北方有色网北方有色网u运用矿物解离分析、

热力学和动力学分析技术

，

解析了铝灰中Al、

F、

Na等元素的物相组成、

连生及包裹关系

，探明了焙烧脱氟转型界面反应与传递规律uAl赋存在单质Al、

Al

N、

α-Al2O3

，

F赋存在CaF2、

K2

(NaAlF6)；

铝灰800℃焙烧后有铝酸钠、

镁铝尖晶石生成

，脱氟-转型过程为扩散步骤所控制

，解决了铝灰高温焙烧转型过程界面反应建模计算的难题构建组元分配平衡模型北方有色网

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北方有色网建立铝灰焙烧热力学数据北方有色网

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探明铝灰矿物解离特征

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北方有色网探明了铝灰高温焙烧脱氟提铝过程各元素界面反应与传递规律科学问题

，

为该技术的工业化应用提供理论支撑创新点1：铝灰焙烧脱氟提铝过程界面反应与传递基础理论北方有色网

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北方有色网北方有色网u铝灰水解脱氮：

研发了新型脱氮催化剂

，

大大加速氨的转化

，

并制成氨水产品

，

氢气、

甲烷等气体利用为生产燃料

，解决了氨转化率低、

可燃气体利用难的问题u废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝：

开发了废盐加压喷雾协同铝灰高温焙烧技术,挥发的氟化物和氯化物制成电解铝打渣剂；

焙烧产物进入拜耳法氧化铝系统获得冶金级氧化铝

，解决了铝灰Al、

F、

Cl利用率低等难题北方有色网

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北方有色网国内外首次实现铝灰与高有机物铝土矿绿色协同利用

，铝回收率>95%

，氟、氯利用率>90%创新点2：

铝灰水解脱氮-废盐焙烧脱氟转型-拜耳法生产氧化铝技术北方有色网

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北方有水解催化-活性溶出系统

焙烧脱氟转型烧结系统