CN101306826B - 一种从粉煤灰或炉渣中提取冶金级氧化铝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种粉煤灰或炉渣的综合性利用的方法，特别是涉及一种从粉煤灰或炉渣中提取冶金级氧化铝的方法。该方法包括从粉煤灰或炉渣中精铁矿砂的筛选工序、漂珠的浮选工序、预脱硅工序、白炭黑生产的工艺流程、氧化铝生产的工艺流程和利用废渣生产水泥的工艺流程。本方法通过粉煤灰或炉渣预脱硅工艺以及其他工艺流程中配方和工艺条件的优化和改变，提高了精矿中的氧化铝与氧化硅的质量比，提升了粉煤灰或炉渣作为铝土矿资源的品味，为粉煤灰或炉渣利用提取氧化铝开辟了新的道路，同时在提取氧化铝的过程中，可以有机的连续、逐级提取精铁矿砂、漂珠、白炭黑以及联产水泥，实现了粉煤灰或炉渣的综合性利用。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种粉煤灰或炉渣的资源化利用方法，尤其涉及一种从粉煤灰或炉渣中提取冶金级氧化铝的方法。
【背景技术】
从粉煤灰或炉渣中提取氧化铝是将粉煤灰或炉渣作为一种二次资源的高附加值利用，相比于将粉煤灰或炉渣应用于建筑、建设及农业领域的研究，从粉煤灰或炉渣中提取氧化铝等有用资源的研究目前仍然处于理论研究阶段，可用于工业化生产的技术路线非常有限。国外利用粉煤灰或炉渣提取氧化铝或氢氧化铝的研究起步较早，早在20世纪50年代，波兰克拉科夫矿冶学院格日麦克教授以高铝煤矸石或高铝粉煤灰(Al2O3＞30％)为主要原料，采用石灰石锻烧法，从中提取氧化铝并利用其残渣生产硅酸盐水泥，取得了一些研究成果，并于1960年在波兰获得两项专利。
近些年来国外有关这方面的报道较少，较新的研究成果是Park等采用明矾间体法从粉煤灰中提取了氧化铝(PARK H C，PARKY J，STEVRENSR.Synthesis of alumina from high purity alum derived from coal flyash.Materials science and Engineering，2004，367：166-170，PARK HC，PARKY J，STEVRENS R等，粉煤灰提取高纯度明矾合成氧化铝，材料科学与工程，2004，367：166-170)。
我国从粉煤灰或炉渣中提取氧化铝的研究同样可以追溯到20世纪50年代，至1980年，安徽冶金科研所和合肥水泥研究所提出用石灰石烧结-碳酸钠溶出工艺从粉灰中提取氧化铝、其硅钙渣用作水泥原料的工艺路线，于1982年2月通过专鉴定。宁夏自治区建材研究院在90年前后展开了碱-石灰烧结法从粉煤灰中提氧化铝的研究，其特点之一就是先对粉煤灰进行脱硅处理之后再采用碱-石灰结法从中提取氧化铝。内蒙古蒙西集团、内蒙古工业大学以及中国科学院长春应用化学研究所作，已经进行了将近10年的研究，目前已经获得了一套石灰石烧结法提取氧铝并联产水泥的技术路线。此外，东北大学在山西也展开了类似的研究，目前已取得阶段性成果。
从粉煤灰中提取氧化铝的方法按主要添加剂的酸碱性来说可分为酸法、碱法以及酸碱混合法，一些常见方法的优缺点及存在的主要问题介绍如下：
酸法较有代表性的方法是硫酸浸取法，该方法为：首先用一定浓度及体积的NH4F作为助溶剂对粉煤灰进行浸泡，然后用一定浓度和体积的H2SO4，在一定温下进行溶解，Al以Al2(SO4)3的形式从粉煤灰中浸出，除去杂质Fe后加入(NH4)2SO4，与之反应生成NH4Al(SO4)2·12H2O，最后在950℃下加热NH4Al(SO4)2·12H2O就可得到Al2O3。
碱法研究的较为深入和全面，具有代表性的方法是石灰石烧结法和碱石灰烧法。石灰石烧结法系五六十年代我国从前苏联引进，该方法也是国内外从粉煤中提取氧化铝最为常用的方法。
混合法就是先用碳酸钠以一定比例和粉煤灰混合焙烧，然后用稀盐酸(或稀硫酸)进行溶解，生成硅胶和AlCl3[或者Al2(SO4)3]溶液，将硅胶过滤用于进一步制备白炭黑，对滤液进行除杂后加入NaOH进行中和，溶液达到一定pH值后沉淀析出Al(OH)3，最后锻烧Al(OH)3得到Al2O3。
上述几种方法各有优点，酸法生产的Al2O3纯度较高，整个工艺过程中的成渣量少；碱法工艺较为简单，比较适合于大规模生产；而酸碱混合法在将粉煤灰超过90％的Al2O3提出的同时，也将其中的大部分氧化硅提取出来，提出的氧化硅既可以制作硅胶，也能进一步制备白炭黑。上述方法均存在一定的缺点：酸法引了NH4F作为助溶剂，而NH4F在受热过程中很容易挥发分解或与其它物质反应生成氟化物，氟化物对人有很大的危害且污染环境，且H2SO4的大量使用也使得该方案难以产业化；碱法中的石灰石烧结法由于石灰石的使用量过大，造成能耗过高，且氧化铝提取后成渣量过大，以蒙西集团为例，每生产1吨氧化铝大约要产生9吨渣。更主要的是，粉煤灰玻璃相中的非晶态氧化硅等有用组分均没有被合理利用，而是直接进入渣里。由于上述原因，国内用该方法提取Al2O3的厂家几乎全都停产；宁夏建材院所采用的碱石灰烧结法虽然预先用NaOH溶液对粉煤灰进行了预脱硅处理，因此每生产1吨氧化铝的成渣量便比石灰石法有所降低。但该工艺存在预脱硅率较低仅为24.3％，且对脱硅设备要求较高、脱硅液制备白炭黑过程中脱硅用氢氧化钠溶液循环使用能耗太高等不利因素，所以该方法同样没能在工业上成功推广；酸碱混合法的强酸、纯碱(或者苛性碱)消耗量过大，且AlCl3溶液中Fe、Ti等杂质难以去除，这些都是限制该技术方案产业化的不利因素。
综上所述，近年来，国内外从粉煤灰中提取氧化铝等有用资源的大部分研究成果仅具有理论意义，限制这些研究成果产业化的主要原因有以下几点：
1、粉煤灰有用资源的提取研究不***，例如，有些单独研究提取氧化铝，一些专门研究提取氧化硅，有些专门提取三氧化二铁，一些专门研究提取碳，另一些专门研究提取微量元素，这些研究都是自成体系，没有将资源的提取进行相互关联、整合，而使之成为一个可行的整体方案，使提取成本居高不下，难以进行产业化推广。
2、即使是单独提取氧化铝或氧化硅的研究，所取得的技术路线从提取率、能耗、物耗、环保及可操作性上来衡量，都存在一定的缺陷，从而限制其产业化推广，在我国，至今还没有一套***完整的粉煤灰资源化利用研究成果。
【发明内容】
鉴于此，本专利提出一种方法，目的是将火力发电厂燃煤燃烧后的粉煤灰或炉渣，将其作为提取冶金级的氧化铝的原料来源，通过提高精矿中的铝硅比(氧化铝与氧化硅的质量比)，提升了粉煤灰或炉渣作为铝土矿资源的品味，为粉煤灰或炉渣利用提取氧化铝开辟了新的道路。
为达到上述目的，本发明提供一种从从粉煤灰或炉渣中提取冶金级氧化铝的方法，其中包括如下步骤：
步骤A：将炉渣研磨，加入氢氧化钠溶液后搅拌；
步骤B：将浆液预脱硅，得预脱硅浆液；
步骤C：固液分离及精矿洗涤：把预脱硅浆液固液分离，液体部分为预脱硅滤液，固体部分为滤饼，用热水淋洗滤饼，将淋洗滤饼后的滤液收集，和预脱硅浆液分离后的滤液一起合并后为预脱硅原液，继续循环用热氢氧化钠溶液或热水淋洗滤饼，直到最后一次洗涤后的滤液与预脱硅原液中氧化钠和二氧化硅的含量大致相当后将最后一次洗涤后的滤液与预脱硅原液合并，再换其它热氢氧化钠溶液或热水继续对滤饼进行洗涤，直到滤饼中氧化钠的质量百分比含量＜8.8％，停止对滤饼洗涤，经过洗涤后的滤饼烘干，为精矿，精矿的铝硅比为1.4∶1～1.6∶1；
步骤D：将预脱硅原液和与预脱硅原液中氧化钠和二氧化硅的含量大致相当的滤饼洗涤液合并后进行碳分、陈化后得到为白炭黑浆液，白炭黑浆液固液分离后收集滤液为预脱硅母液；预脱硅母液去苛化后，固体滤饼为苛化渣，滤液为预脱硅循环母液，直接用作预脱硅用氢氧化钠溶液；
步骤E：将精矿、石灰或预脱硅母液苛化后的苛化渣以及碳酸钠，进行干磨、混匀为生料，生料烧结后为熟料，熟料与碳酸钠溶液进行溶出；溶出后进行固液分离，固体为滤饼，液体为滤液，滤液收集为铝酸钠粗液，滤饼洗涤后为白泥备用；
步骤F：铝酸钠粗液的深度脱硅后，进行碳酸化分解，得氢氧化铝；氢氧化铝焙烧后得氧化铝。
进一步，在步骤E中，所述生料烧结的配方为：精矿、碳酸钠，还包括石灰或预脱硅母液苛化后的苛化渣这两种物质中的一种或两种，按照摩尔比Ca∶Si＝1.9～2.5，摩尔比Na∶(Al+Fe)＝0.95～1.05进行配比。
进一步，在步骤E中，所述生料烧结的工艺条件为：将生料在1100～1250℃下进行烧结，并恒温15～120分钟，冷却后用球磨机粉碎到粒度为60-100目为熟料。
进一步，在步骤D中，所述预脱硅母液去苛化的步骤为：按照摩尔比氧化钙∶氧化钠为1∶1.1～1∶1.3进行配比，将石灰直接添加到预脱硅母液中，在95℃搅拌反应1～2小时后，进行固液分离。
进一步，在步骤B中，所述预脱硅的工艺条件为，将提取漂珠后的浆液在70～100℃下恒温预脱硅1.0～4.0个小时。
进一步，在步骤F中，所述铝酸钠粗液深度脱硅的工艺条件为：铝酸钠粗液按照6～9克/升的量加入氧化钙，将铝酸钠粗液放在密封的高压反应釜中，保持搅拌转速在100～200转/分钟，保持140～160℃温度恒定，反应2小时后，得到的铝酸钠滤液为***，该***的硅量指数大于400。
进一步，在步骤C中，所述用热水淋洗滤饼的工艺条件为：热水的温度为50～85℃，每千克干的滤饼所用热水的体积为0.5升。
进一步，在步骤C中，所述继续循环用热氢氧化钠溶液或热水淋洗滤饼的工艺条件为：热水或热氢氧化钠溶液的温度为50～85℃，氢氧化钠溶液的质量百分数浓度低于20％，滤饼的质量与热氢氧化钠溶液或热水的体积比为1∶0.5，从第二次淋洗滤饼开始，每次将后面一次洗涤滤饼后的滤液去作为下一轮前一次的洗涤用稀氢氧化钠溶液，以此类推。
进一步，在步骤A中，加入氢氧化钠溶液的浓度和量为，质量百分数在10％～40％之间，按照粉煤灰或炉渣的质量(千克)与预脱硅用烧氢氧化钠溶溶液的体积比(升)为1∶1.6～1∶8进行配比。
进一步，在步骤A中，所述搅拌的工艺条件为：常温下启动搅拌设备，转速在20～50转/分钟，保持转动2～10分钟。
进一步，在步骤A中，炉渣研磨到200～250目。
进一步，在步骤F中，所述焙烧的温度在1050～1100℃。
进一步，在步骤E中，所述熟料与碳酸钠溶液进行溶出的工艺条件为：将烧结好的熟料，按照烧结好的每千克熟料所用碳酸钠溶液的体积为3～15升，添加质量百分比浓度为4％～8％Na2CO3溶液，在75℃～95℃恒温中溶出15～60分钟。
进一步，联产漂珠的方法为，在步骤A中，待液面上浮起漂浮物后，开启浮选设备将漂珠选取后收集到缓冲槽中，除碳工序后经过再次分选、洗涤就可以获得白色的漂珠产品。
进一步，联产白炭黑的方法为：
在步骤D中，将预脱硅原液和与预脱硅原液中氧化钠和二氧化硅的含量大致相当的滤饼洗涤液合并后进行碳分，在60～95℃恒温中碳分2～3小时，控制二氧化碳流量，所用二氧化碳体按积分数的浓度为30～99％，在上述液体的pH值在7.5～10.5时为碳分终点；
在50～75℃下陈化15～60分钟后为白炭黑浆液；
将陈化后的白炭黑浆液固液分离；收集滤液为预脱硅母液；固体为滤饼；
预脱硅母液去苛化：即按照摩尔比氧化钙∶氧化钠为1∶1.1～1∶1.3进行配比，将石灰直接添加到预脱硅母液中，在95℃搅拌反应1～2小时后，进行固液分离，固体滤饼为苛化渣，主要成分为碳酸钙，滤液为预脱硅循环母液，直接用作预脱硅用氢氧化钠溶液；
用50～85℃的水淋洗滤饼，每千克含水滤饼需要用3-5升水，滤液收集为白炭黑一洗水，白炭黑一洗水，在精矿洗涤或者白泥洗涤中用，滤饼为白炭黑半成品；
白炭黑半成品经过加2摩尔/升的盐酸或者2摩尔/升的硫酸搅拌洗涤净化、然后用水洗涤到pH值在5～8之间，洗涤后的滤液收集为白炭黑二洗水，在白泥洗涤中用，洗涤过后的白炭黑在105～150℃下的烘箱内干燥，干燥时间控制在1～3小时后为白炭黑成品。
进一步，从干粉煤灰或炉渣中磁选出精铁矿砂的方法为，在步骤A中，研磨后直接用干式磁选机进行磁选，磁场强度为1000～1300奥斯特，获得的铁精矿砂中氧化铁的质量百分比约为45％；45％的铁精矿砂后经过脱磁设备退磁后，再经过一级磁选设备进行磁选，磁场强度为900～1050奥斯特，最终获得的铁精矿砂中氧化铁的质量百分比约为65％。
进一步，联产水泥的方法为：
在步骤E中，先用50～85℃的纯水淋洗滤饼，每千克干的滤饼所用纯水为0.5升，将第一次淋洗滤饼后的滤液收集，和熟料溶出浆液分离后的滤液一起合并后为铝酸钠粗液；
继续重复用50～85℃的水或白炭黑一洗水或白炭黑二洗水淋洗滤饼，每千克干的滤饼所用液体的体积与第一次相同，每次将后面一次洗涤滤饼后的滤液去作为下一轮前一次的淋洗用液，直到最后一次洗涤后的滤液与铝酸钠粗液中氧化钠和氧化铝含量大致相当后，将该洗涤后的滤液收集，并与铝酸钠粗液一起深度脱硅；再换其它白炭黑一洗水和白炭黑二洗水或热水继续对滤饼进行洗涤，直到白泥中氧化钠质量百分比含量＜7％，停止洗涤；经过洗涤后的滤饼烘干，为白泥；
然后按照质量比白泥∶石灰为5∶1～1∶1的比例配料，进入水泥生产工序生产水泥。
本发明在以下方面进行了改进：
1、有机的连续、逐级提取粉煤灰或炉渣中的精铁矿砂、漂珠、冶金级氧化铝、白炭黑，以及联产水泥的整套***工艺流程；
2、粉煤灰或炉渣预脱硅的工艺条件，提高粉煤灰或炉渣预脱硅后精矿中铝硅比；
3、预脱硅碳分母液苛化后其溶液中NaOH质量百分比浓度在10～16％，可以直接利用来预脱硅，完全不用浓缩，极大地降低能耗，相比其它粉煤灰预脱硅技术，从白炭黑中提取一吨白炭黑，大约可以降低3吨标准煤/吨白炭黑能耗；
4、精矿生料烧结配方以及烧结工艺条件的优化，不仅使能耗降低，还提高了溶出率(溶出率是指精矿中有用成分Na2O和AL2O3在溶出过程中溶出来的量，是氧化铝行业中通用的叫法)；
5、烧结熟料溶出工艺条件，提高了溶出率；
6、精矿的分离、循环洗涤工艺；
7、粗铝酸钠液的一次深度脱硅工艺，不用多次脱硅，节约了能耗；
8、白泥联产生产水泥。
本发明的有益效果为：
1、通过粉煤灰或炉渣预脱硅工艺，提高了精矿中的铝硅比，提升了粉煤灰或炉渣作为铝土矿资源的品味，为粉煤灰或炉渣利用提取氧化铝开辟了新的道路，并极大地减少了粉煤灰或炉渣提取氧化铝后产生的废渣量，相比直接用粉煤灰或炉渣提取氧化铝联产水泥大大减少了水泥的产量，降低了废渣处理难度；
2、用合理的方法从粉煤灰或炉渣中提取氧化铝，既拓宽氧化铝的来源渠道，从一定程度上缓解我国氧化铝的供求矛盾，又能节约铝资源，遏制我国铝土矿资源加速枯竭的趋势，并可以弥补我国西部地区铝资源的不足，改变我国铝资源不均衡的分布格局，极大地缓解了我国铝土矿资源的短缺。
【附图说明】
图1为本发明的总流程图。
【具体实施方式】
为了使本领域技术人员能进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，附图仅提供参考与说明，并非用来限制本发明。
下面结合附图，对本发明的实施方式进行描述。
如图1所示，在从粉煤灰或炉渣中提取冶金级氧化铝时，可以通过以下步骤来实现：
101：将炉渣研磨到200～250目，将干粉煤灰或炉渣用干式磁选机进行磁选，磁场强度为1000～1300奥斯特，获得的铁精矿砂中氧化铁的质量百分比约为45％；再经过脱磁设备退磁，再经过一级磁选设备进行磁选，磁场强度为900～1050奥斯特，最终获得的铁精矿砂中氧化铁的质量百分比约为65％。
102：将磁选后的粉煤灰或炉渣，用质量百分比为10％～40％的NaOH溶液，按照固液比：即粉煤灰质量(千克)与预脱硅用氢氧化钠溶溶液的体积比(升)为1∶1.6～1∶8进行配比，常温下启动搅拌设备，转速在20～50转/分钟，保持转动2～10分钟，待液面上浮起漂浮物后，开启浮选设备将漂珠选取后收集到缓冲槽中，除碳工序后经过再次分选、洗涤就可以获得白色的漂珠产品；
103：将提取漂珠后的粉煤灰或炉渣以及氢氧化钠溶的浆液在70～100℃下恒温预脱硅1.0～4.0个小时后，得预脱硅浆液；
104：把预脱硅浆液固液分离，液体部分为预脱硅滤液，固体部分为滤饼，用50～85℃的水淋洗滤饼；固液比(下同)，即滤饼质量(每千克干品)与所用水的体积(每升)比为1∶0.5；将第一次淋洗滤饼后的滤液收集，和预脱硅浆液分离后的滤液一起合并后为预脱硅原液备用，继续用的50～85℃的质量百分数浓度低于20％的稀氢氧化钠溶液或热水淋洗滤饼，固液比仍为1∶0.5，每次将后面一次洗涤滤饼后的滤液去作为下一轮前一次的洗涤用稀氢氧化钠溶液，比如将二次洗涤后的滤液收集后用作下一轮第一次淋洗滤饼用的稀氢氧化钠溶液，第三次洗涤后的滤液收集后用作下一轮第二次洗涤用的稀氢氧化钠溶液，依次类推，直到最后一次洗涤后的滤液与预脱硅原液中氧化钠和氧化硅含量大致相当后，将最后一次洗涤滤饼后的滤液收集，并与预脱硅原液合并，一起去碳分制备白炭黑去；再换其它热氢氧化钠溶液或热水继续对滤饼进行洗涤，直到滤饼中氧化钠的质量百分含量＜8.8％，停止对滤饼洗涤，经过洗涤后的滤饼烘干，为精矿，精矿的铝硅比(氧化铝与氧化硅的质量比)为1.4∶1～1.6∶1，用作为碱石灰(石)烧结法的铝矿资源。
105：将预脱硅原液和与预脱硅原液中氧化钠和二氧化硅的含量大致相当的滤饼洗涤液合并，在60～95℃恒温中碳分2～3小时，控制二氧化碳流量，所用二氧化碳浓度30～99％(体积分数)，在上述液体的pH值在7.5～10.5时为碳分终点；
上述液体在50～75℃下陈化(陈化是指反应结束后将物料沉淀完全后，让初生成的沉淀与母液一起放置一段时间，这个过程称为“陈化”)15～60分钟后为白炭黑浆液；
106：将陈化后的白炭黑浆液固液分离，收集滤液为预脱硅母液，固体为滤饼；
预脱硅母液去苛化，即按照摩尔比氧化钙∶氧化钠为1∶1.1～1∶1.3进行配比，将石灰直接添加到预脱硅母液中，在95℃搅拌反应1～2小时后，进行固液分离，固体滤饼为苛化渣，主要成分为碳酸钙；滤液为预脱硅循环母液，直接用作预脱硅用氢氧化钠溶液(苛化反应的基本原理为如下反应方程式所示：CaO+H2O＝Ca(OH)2，Na2CO3+Ca(OH)2＝2NaOH+CaCO3↓，NaHCO3+Ca(OH)2＝NaOH+CaCO3↓+H2O)；
用固液比1∶3～1∶5(含水滤饼的质量与洗涤用水的体积比)的50～85℃的水淋洗滤饼，即每公斤含水滤饼需要用3-5升水；滤液收集为白炭黑一洗水备用(该滤液可以用来预脱硅反应后滤饼的洗涤，也可以用来后续氧化铝生产中白泥的洗涤)，滤饼为白炭黑半成品；
白炭黑半成品(滤饼)经过加2摩尔/升的盐酸或者2摩尔/升的硫酸搅拌洗涤净化、然后用水洗涤到pH值在5～8，洗涤后的滤液收集为白炭黑二洗水，用于氧化铝生产中白泥的洗涤，洗涤过后的白炭黑在105～150℃下的烘箱内干燥，干燥时间控制在1～3小时后为白炭黑成品，其理化性质为：DBP吸收值大于2.32cm3/g、氮吸附比表面积大于190m2/g、pH值为5.3～7.9、加热减量为4.1％～7.4％；
107：将精矿、碳酸钠，以及石灰或预脱硅母液苛化后的苛化渣这两种物质中的一种或两种，按照Ca∶Si(简称钙比)为1.9～2.5(摩尔比)，Na∶(Al+Fe)(简称碱比)为0.95～1.05(摩尔比)配比进行干磨、混匀为生料；将生料在1100～1250℃进行烧结，并恒温15～120分钟，冷却后用球磨机粉碎到粒度为60～100目为备用烧结熟料；
108：将烧结好的熟料，按照烧结好的熟料质量与溶出用的碳酸钠溶液的体积比(质量按每千克，体积按每升)为1∶3～1∶15，添加4％～8％(质量百分比浓度)Na2CO3溶液，在75℃～95℃恒温中溶出15～60分钟；
109：将溶出后的固液分离，滤液收集，固体滤饼用用50～85℃的水淋洗，滤饼质量(每公斤干品)与所用水的体积(升)比为1∶0.5；
将第一次淋洗滤饼后的滤液收集，和熟料溶出浆液分离后的滤液一起合并后为铝酸钠粗液；
继续循环用固液比1∶0.5白炭黑一洗水或白炭黑二洗水(或水，即当白炭黑洗水不足时用水来补充)的50～85℃水淋洗滤饼，每次将后面一次洗涤滤饼后的滤液去作为下一轮前一次的洗涤用液，比如将二次洗涤后的滤液收集后用作下一轮第一次淋洗滤饼用的洗液，第三次洗涤后的滤液收集后用作下一轮第二次洗涤用的洗液，依次类推，直到最后一次洗涤后的滤液与铝酸钠粗液中氧化钠和氧化铝含量大致相当后，将最后一次洗涤滤饼后的滤液收集，并与铝酸钠粗液合并，一起去深度脱硅；再换其它白炭黑一洗水和白炭黑二洗水或热水继续对滤饼进行洗涤，直到白泥中氧化钠质量百分比含量＜7％，停止洗涤；经过洗涤后的滤饼烘干，为白泥；
110：铝酸钠粗液和最后一次洗涤滤饼后的滤液一起，按照6～9克/升的量加入氧化钙，放在密封的高压反应釜中，保持搅拌转速在100～200转/分钟，保持140～160℃温度恒定，反应2小时后，得到的液体为***，该***的硅量指数大于400(硅量指数是指氧化铝的质量浓度与硅的质量浓度的比)；
111：将石灰石窑炉气经净化后(炉气净化是烧结法生产氧化铝中通用的方法，一般通过静电除尘等方式使其含尘量降至0.03g/m3，)导入对铝酸钠***进行碳酸化分解，得氢氧化铝；
112：将氢氧化铝在1050～1100℃下焙烧，得氧化铝，其杂质成分(质量百分数)：氧化硅＜0.04％，氧化钠＜0.65％；
113：按照白泥：石灰的质量比为5∶1～1∶1的比例配料，进入水泥生产工序生产水泥。
以下列表为根据以上流程的11个实施例，每个实施例列出了在上述流程中的工艺条件的数据，以及氧化铝和其他联产产品的产出量。
说明：1、最后两个实施例是公斤级的；
2、所选精铁矿砂氧化铁质量百分含量为65％。
本方法实现了将粉煤灰或炉渣资源化、减量化，分步选取了粉煤灰或炉渣中的精铁矿砂、漂珠，提取了白炭黑以及氧化铝，并将残渣白泥利用生产水泥，极大地提高粉煤灰或炉渣深加工的附加值，一吨粉煤灰可选取的精铁矿砂15～18kg、漂珠2.0～2.5kg、白炭黑130～150kg、氧化铝280～350kg；
本方法还适应了国家的经济发展新战略，从粉煤灰或炉渣中连续提取精铁矿砂、漂珠、氧化硅以及冶金级氧化铝的整个工艺过程中水、二氧化碳、烧碱、纯碱等物质均可循环使用，使能耗和物耗大幅降低。对于水资源相对乏的西部地区而言，水资源的节约无疑具有更加重要的意义。此外，整个工艺过程中无有毒、有害废物的排放，不产生新的污染，完全符合国家十一五规划建立循环经济的要求，实现了粉煤灰或炉渣利用的清洁生产，体现了环境效益、生态效益以及社会效益的完美统一。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此即限制本发明的专利范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利范围内。
Claims (17)
1.一种从粉煤灰或炉渣中提取冶金级氧化铝的方法，包括以下步骤：
步骤A:将干粉煤灰或研磨后的炉渣，加入氢氧化钠溶液后搅拌；
步骤B: 将浆液预脱硅，得预脱硅浆液；
步骤C:固液分离及精矿洗涤：把预脱硅浆液固液分离，液体部分为预脱硅滤液，固体部分为滤饼，用热水淋洗滤饼，将淋洗滤饼后的滤液收集，和预脱硅浆液分离后的滤液一起合并后为预脱硅原液，继续循环用热氢氧化钠溶液或热水淋洗滤饼，直到最后一次洗涤后的滤液与预脱硅原液中氧化钠和二氧化硅的含量大致相当后将最后一次洗涤后的滤液与预脱硅原液合并，再换其它热氢氧化钠溶液或热水继续对滤饼进行洗涤，直到滤饼中氧化钠的质量百分含量<8.8%，停止对滤饼洗涤，经过洗涤后的滤饼烘干，为精矿，精矿的氧化铝与氧化硅的质量比为1.4：1～1.6：1；
步骤D:将预脱硅原液和与预脱硅原液中氧化钠和二氧化硅的含量大致相当的滤饼洗涤后的滤液合并后进行碳分、陈化后得到为白炭黑浆液，白炭黑浆液固液分离后收集滤液为预脱硅母液;预脱硅母液去苛化后，固体滤饼为苛化渣, 滤液为预脱硅循环母液，直接用作预脱硅用氢氧化钠溶液；
步骤E:将精矿、石灰或预脱硅母液苛化后的苛化渣以及碳酸钠，进行干磨、混匀为生料，生料烧结后为熟料，熟料与碳酸钠溶液进行溶出；溶出后进行固液分离，固体为滤饼，液体为滤液，滤液收集为铝酸钠粗液，滤饼洗涤后为白泥备用；
步骤F:铝酸钠粗液的深度脱硅后，进行碳酸化分解，得氢氧化铝；氢氧化铝焙烧后得氧化铝。
2.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤E中，所述生料烧结的配方为：精矿、碳酸钠，还包括石灰或预脱硅母液苛化后的苛化渣这两种物质中的一种，按照摩尔比Ca:Si=1.9～2.5，摩尔比Na:(Al+Fe)=0.95～1.05进行配比。
3.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤E中，所述生料烧结的工艺条件为：将生料在1100～1250℃下进行烧结，并恒温15～120分钟，冷却后用球磨机粉碎到粒度为60～100目为熟料。
4.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤D中，所述预脱硅母液去苛化的步骤为：按照摩尔比氧化钙:氧化钠为1：1.1～1:1.3进行配比，将石灰直接添加到预脱硅母液中，在95℃搅拌反应1～2小时后，进行固液分离。
5.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤B中，所述预脱硅的工艺条件为，将提取漂珠后的浆液在70～100℃下恒温预脱硅1.0～4.0个小时。
6.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤F中，所述铝酸钠粗液深度脱硅的工艺条件为：铝酸钠粗液按照6～9克/升的量加入氧化钙，将铝酸钠粗液放在密封的高压反应釜中，保持搅拌转速在100～200转/分钟，保持140～160℃温度恒定,反应2小时后，得到的铝酸钠滤液为***，该***的硅量指数大于400。
7.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤C中，所述用热水淋洗滤饼的工艺条件为：热水的温度为50～85℃，每千克干的滤饼所用热水的体积为0.5升。
8.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤C中，所述继续循环用热氢氧化钠溶液或热水淋洗滤饼的工艺条件为：热水或热氢氧化钠溶液的温度为50～85℃，氢氧化钠溶液的质量百分数浓度低于20％，滤饼的质量与热氢氧化钠溶液或热水的体积比为1：0.5，从第二次淋洗滤饼开始，每次将后面一次洗涤滤饼后的滤液作为下一轮前一次的洗涤用稀氢氧化钠溶液，以此类推。
9.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤A中，加入氢氧化钠溶液的浓度和量为，质量百分比在10％～40％之间，按照粉煤灰或炉渣的质量与预脱硅用氢氧化钠溶液的体积比为1：1.6～1：8进行配比，所述质量单位为千克，所述体积单位为升。
10.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤A中，所述搅拌的工艺条件为：常温下启动搅拌设备，转速在20～50转/分钟，保持转动2～10分钟。
11.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤A中，炉渣研磨到200～250目。
12.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤F中，所述焙烧的温度在1050～1100℃。
13.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤E中，所述熟料与碳酸钠溶液进行溶出的工艺条件为：将烧结好的熟料，按照烧结好的每千克熟料所用碳酸钠溶液的体积为3～15升，添加质量百分比浓度为4％～8％Na2CO3溶液，在75℃～95℃恒温中溶出15～60分钟。
14.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，联产漂珠的方法为，在步骤A中，搅拌后，待液面上浮起漂浮物后，开启浮选设备将漂珠选取后收集到缓冲槽中，除碳工序后经过再次分选、洗涤就可以获得白色的漂珠产品。
15.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，联产白炭黑的方法为：
在步骤D中，将预脱硅原液和与预脱硅原液中氧化钠和二氧化硅的含量大致相当的滤饼洗涤液合并后进行碳分，在60～95℃恒温中碳分2～3小时，控制二氧化碳流量，所用二氧化碳按体积分数的浓度为30～99％，在上述液体的pH值在7.5～10.5时为碳分终点；
在50～75℃下陈化15～60分钟后为白炭黑浆液；
将陈化后的白炭黑浆液固液分离;收集滤液为预脱硅母液;固体为滤饼;
预脱硅母液去苛化：即按照摩尔比氧化钙:氧化钠为1：1.1～1:1.3进行配比，将石灰直接添加到预脱硅母液中，在95℃搅拌反应1～2小时后，进行固液分离，固体滤饼为苛化渣，主要成分为碳酸钙,滤液为预脱硅循环母液，直接用作预脱硅用氢氧化钠溶液；
用50～85℃的水淋洗滤饼，每千克含水滤饼需要用3-5升水,滤液收集为白炭黑一洗水，白炭黑一洗水，在精矿洗涤或者白泥洗涤中用，滤饼为白炭黑半成品；
白炭黑半成品经过加2摩尔/升的盐酸或者2摩尔/升的硫酸搅拌洗涤净化、然后用水洗涤到pH值在5～8之间，洗涤后的滤液收集为白炭黑二洗水在白泥洗涤中用，洗涤过后的白炭黑在105～150℃下的烘箱内干燥，干燥时间控制在1～3小时后为白炭黑成品。
16.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，从干粉煤灰或炉渣中磁选出精铁矿砂的方法为，在步骤A中，干粉煤灰或研磨后的炉渣直接用干式磁选机进行磁选，磁场强度为1000～1300奥斯特，获得的铁精矿砂中氧化铁的质量百分比为45%；45%的铁精矿砂后经过脱磁设备退磁后，再经过一级磁选设备进行磁选，磁场强度为900～1050奥斯特，最终获得的铁精矿砂中氧化铁的质量百分比为65%。
17.如权利要求15所述的一种方法，其特征在于，联产水泥的方法为：
在步骤E中，先用50～85℃的纯水淋洗滤饼，每千克干的滤饼所用纯水为0.5升，将第一次淋洗滤饼后的滤液收集，和熟料溶出浆液分离后的滤液一起合并后为铝酸钠粗液；
继续重复用50～85℃的水或白炭黑一洗水或白炭黑二洗水淋洗滤饼，每千克干的滤饼所用液体的体积与第一次相同，每次将后面一次洗涤滤饼后的滤液去作为下一轮前一次的淋洗用液，直到最后一次洗涤后的滤液与铝酸钠粗液中氧化钠和氧化铝含量大致相当后，将该洗涤后的滤液收集，并与铝酸钠粗液一起深度脱硅；再换其它白炭黑一洗水和白炭黑二洗水或热水继续对滤饼进行洗涤，直到白泥中氧化钠的质量百分比含量<7%，停止洗涤；经过洗涤后的滤饼烘干，为白泥；
然后按照质量比白泥：石灰为5：1～1：1的比例配料，进入水泥生产工序生产水泥。
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