一种用铝铬泥制备超细氧化铝-氧化铬或氧化铝和氧化铬的方法

技术领域

本发明涉及利用铬矿工业固体废弃物铝铬泥制备超细氧化铝-氧化铬或氧化铝和氧化铬的方法，属无机非金属材料制备工艺技术领域以及废弃固体物资源化再生利用技术领域。

背景技术

铬为战略金属，且居首位。据统计，世界铬矿消费量的76％用于冶金工业，13％用于耐火材料，11％用于化学工业。全球铬资源储量不丰富，属稀缺资源，我国目前探明的铬矿储量占世界总储量的0.825％，每年消费量的80％以上依靠进口，基本属于贫铬资源国家。由于铬行业需求量的逐步攀升，急需解决铬矿的高效综合利用，废料的无害化处理及清洁生产等问题。

Al₂O₃-Cr₂O₃质材料的耐剥落性，耐侵蚀性较好，结合强度高，力学性能优异，气孔率低。在Al₂O₃基陶瓷中添加Cr₂O₃，在高温下形成固溶体保护结构，可以改善其断裂韧性，具有较好的助烧效果，提高烧结致密度和力学性能。通过对材料耐蚀性的研究发现，Cr₂O₃陶瓷涂层有着优异的耐磨、耐蚀和抗氧化性能，Al₂O₃涂层则具有较好的耐盐、碱腐蚀性，从而广泛用于改善材料表面性能。现有研究采用燃烧合成制备Al₂O₃-Cr₂O₃体系，作为新型隔热材料，有着耐高温、导热系数小、常温耐压强度高等优异的性能。Al(OH)₃是重要的化工原料，广泛的用作阻燃剂、人造玛瑙和粘结剂等各类填充料，还可以作为胃药的主要成分之一。Al₂O₃的高强度、高硬度、热膨胀系数小、耐腐蚀和耐磨等优良的物理化学性能，是迄今工业上用途最广的材料之一；不仅大量的应用于冶金工业，也应用于非冶金领域如研磨材料、光电学材料、复合材料、添加剂、粘结材料、陶瓷、催化剂及其载体、涂料等。氧化铝、氧化铬可以作为中性耐火材料的主要原料，也是高档磨料原材料。

铬是一种大气污染物，会经空气、水与食物进入机体，六价铬的毒性比三价铬大约高出100倍，是强烈的突变物质，对环境与人体危害更大，皮肤接触铬可能导致敏感，更可能造成遗传性基因缺陷，吸入可能致癌，对环境有着持久的危险性。在废水排放的规定中，铬被列入了严格限制的范畴。目前，仅锦州铁合金公司每月产生氧化铬的过程中就有上述固体废弃杂质约40吨，呈现黄绿色粘稠状，夹杂固体颗粒，其安全堆放，无害化处理，铝、铬等资源的高效利用成为了最大的问题和困扰。所以对于铝、铬等资源的回收利用迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种从铬矿工业固体废弃物铝铬泥制备超细氧化铝-氧化铬或氧化铝和氧化铬的方法。本发明的另一目的是解决固体废弃物铝铬泥的资源化再生利用问题。

本发明一种用铝铬泥制备超细氧化铝-氧化铬或氧化铝和氧化铬的方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：

A、用铝铬泥制备超细氧化铝-氧化铬

采用固体废弃物铝铬泥为原料，称取一定量的铝铬泥，加入适量的水，进行搅拌，得到浑浊液；采用250目筛过滤，然后在过滤后的浑浊液中加入盐酸，盐酸的加入量为铝铬泥重量的2～8倍，使其溶解并反应，然后过滤，除去未溶解的沉淀；接着向剩余的清液中添加聚乙二醇，聚乙二醇的加入量为铝铬泥重量的1～5％；经充分搅拌后，再加入一定量的氨水，氨水的加入量为铝铬泥重量的2～8倍；通过反应后生成沉淀，将所得沉淀在250～300℃下焙烧，最终得到超细氧化铝-氧化铬；

B、用铝铬泥制备氧铝和氧化铬

采用固体废弃物铝铬泥为原料，称取一定量的铝铬泥，加入适量的水，进行搅拌，得到浑浊液；采用250目筛过滤，然后在过滤后的浑浊液中加入盐酸，盐酸的加入量为铝铬泥重量的2～8倍，使其溶解并反应，然后过滤，除去未溶解的沉淀；接着向剩余的清液中添加聚乙二醇；聚乙二醇的加入量为铝铬泥重量的1～5％；经充分搅拌后，再加入一定量的氨水，氨水的加入量为铝铬泥重量的2～8倍；通过反应后生成沉淀；在该沉淀中再加入双氧水，双氧水的加入量为铝铬泥重量的2～8％，在碱性条件下将三价铬转为六价格，然后进行过滤，将沉淀和溶液分离；

(a)、将上述得到的沉淀放在烘箱中在80～100℃下烘干，得到氢氧化铝固体，然后再经140～150℃焙烧，最终得到超细氧化铝；

(b)、将上述所得的溶液即滤液，在其中加入适量盐酸、五水合硫代硫酸钠、聚乙二醇，将溶液调节pH值至1～1.5，在酸性条件下实现铬的还原；在反应过程中当呈现出近似绿色的时候，将溶液的pH值调节至7～8，使氢氧化铬自行沉淀；将所得的氢氧化铬沉淀在200～300℃下焙烧，最终得到超细氧化铬。

本发明中采用的固体废弃物铝铬泥来自铬矿工业生产场所，当在生产过程中提取氧化铬并分离出五水合硫代硫酸钠后，剩留下来的固体废弃物即为铬铬泥。

该固体废弃物铝铬泥的成分及其重量百分含量如下：

Al(OH)₃                70～90％，

Cr(OH)₃                5～15％，

Na₂S₂O₃                5～15％，

SiO₂及其他             0～5％。

本发明中的反应机理以及化学反应方程式如下所述：

(1)、添加盐酸的作用及反应方程式：

Al(OH)₃+3HCl＝AlCl₃+3H₂O，

Cr(OH)₃+3HCl＝CrCl₃+3H₂O；

(2)、添加氨水的作用及反应方程式：

AlCl₃+3NH₄OH＝Al(OH)₃+3NH₄Cl，

CrCl₃+3NH₄OH＝Cr(OH)₃+3NH₄Cl；

(3)、氢氧化物加热分解成生氧化物：

2Al(OH)₃＝Al₂O₃+3H₂O，

2Cr(OH)₃＝Cr₂O₃+3H₂O；

(4)、在碱性条件下加双氧水氧化，将三价铬转为六价铬：

2Cr(OH)₃+3H₂O₂＝2H₂CrO₄+4H₂O；

(5)、向滤液中加入酸性介质、硫代硫酸钠、聚乙二醇，从而将六价铬还原为三价铬，调节pH值，得到氢氧化铬沉淀：

2H₂CrO₄+3H₂SO₄+3Na₂S₂O₃＝Cr₂(SO₄)₃+3Na₂SO₄+3S+5H₂O，

Cr₂(SO₄)₃+6NaOH＝2Cr(OH)₃+3Na₂SO₄；

(6)、氢氧化铬经焙烧，加热分解为氧化铬：

2Cr(OH)₃＝Cr₂O₃+3H₂O。