CN101712482A - 一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法。本发明是针对现有的铝灰综合利用中所存在的工艺复杂、成本较高、易造成二次污染的不足之处，提供一种工艺简单、残渣量少、成本低、污染少的用铝灰生产结晶氯化铝和水玻璃的方法。本发明一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤是：(1)对铝灰进行磁选除铁处理；(2)将处理后的铝灰与Na2CO3混合均匀；(3)将混合均匀的铝灰与Na2CO3的混合物通过高温固相热分解；(4)对铝灰与Na2CO3混合物的固相热分解产物进行酸浸反应；(5)对酸浸产物进行固液分离，分离后的滤液经浓缩结晶，干燥后制得结晶氯化铝；(6)将分离后的沉淀物与NaOH混匀，将碱溶产物制得水玻璃。
Description
技术领域
本发明涉及废物无害化和资源化的技术领域，特别是一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法。
背景技术
铝灰是一种量大、污染严重的工业废渣，主要来源于铝生产、消费、废铝再生等环节。据统计，每生产1吨铝，就要产生25～50千克的铝灰。近年来，我国铝生产能力及产量大幅度增加，仅2005年铝的就达到750万吨，这样，每年将产生25万吨铝渣铝灰。同时，由于在加工应用环节，每吨铝仍将产生30～40千克铝渣铝灰。仅我国在消费环节每年将产生20万～25万吨铝渣铝灰。特别是废铝再生。废铝再生并重新加工成制品的回收率一般为75％～85％，再生1吨废铝将产生150～250千克铝渣铝灰。铝制品报废期大约15年，我国已进入废铝高回收期。资料报道截至2003年底，我国废铝积蓄量已达5320万吨，在2010年之前，还将再积蓄约4300万吨。如果这些废铝全部再生，仅此一项，将产生1500万～2500万吨铝渣铝灰。铝灰的大量堆积，不仅造成资源的浪费，同时也造成环境的污染，因此，加强对铝灰的综合利用已势在必行。
目前，铝灰的综合利用主要表现在：以铝灰为原料合成聚合氯化铝、生产多品种氧化铝、生产公路材料的原料、生产棕刚玉等方面。
1、以铝灰为原料合成聚合氯化铝
聚合氯化铝絮凝剂除存在铝的单体及二聚体外，还存在着Al13(分子式AlO4Al12(OH)24(H2O)12 7+)以及铝的更高聚合形态，是一类新型、优质的无机高分子絮凝剂。以铝灰为原料制备聚合氯化铝的生产工艺有酸溶一步法、碱溶法和中和法。其中碱溶法和中和法制备的产品聚合氯化铝含量均较低，难以推广应用，酸溶一步法制备的产品聚合氯化铝含量稍高，但该法合成产品的聚合度一般在40％以下，并且SiO2及被玻璃微珠包裹的Al2O3、Fe2O3等由于难溶于酸而未被有效利用，铝灰的溶出率很低，大量残渣的废弃进一步污染环境。
2、以铝灰为原料生产多种氧化铝
氧化铝分为两大类：一类是用作电解铝生产的冶金氧化铝，占氧化铝产量的大多数；另一类为非冶金氧化铝，包括非冶金用的氢氧化铝和氧化铝；用铝灰制备氧化铝一般有两种途径：一种是先制取铝酸钠溶液，再得氢氧化铝经煅烧制取氧化铝；另一种是铝灰先制取氯化铝然后加入碱化剂得氢氧化铝制备氧化铝。由于SiO2及被玻璃微珠包裹的Al2O3、Fe2O3等难溶于酸而未被有效利用，铝灰的溶出率很低，使得利用铝灰制备氧化铝存在着能耗大、操作过程复杂、难以实现等缺点。
3、以铝灰为原料生产公路路面铺设的材料
将铝灰与硅石粉混合，在1350℃烧结，即制成铺设路面的材料，其硬度是普通路面材料的1.5倍，抗滑能力是普通路面材料的1.2倍，但目前我国废弃铝灰的利用途径和利用技术还非常落后，以铝灰为原料生产路面铺设材料还未能广泛推广。
4、以铝灰为原料生产棕刚玉
刚玉是工业上广泛应用的人造磨料，主要用于制造模具和耐火材料。利用预处理的铝灰为原料，以无烟煤作还原剂、铁屑作沉淀剂生产棕刚玉，所得产品指标达到二级产品指标(88％氧化铝)。该方法的不足在于：预处理工艺不但增加了生产成本，而且造成环境污染，同时，此工艺所需的原料铝灰是经过提取碱式氯化铝的铝灰，不具普遍性。
综上所述，虽然铝灰的铝含量较高(Al2O3：43-75％)，但由于部分铝被玻璃微珠包裹，且部分铝与硅以晶体的形式存在于铝灰中，这就限制了铝灰的资源化再利用，从而不仅造成资源的浪费，同时也造成环境的污染。
发明内容
本发明的目的是针对现有的铝灰综合利用中所存在的工艺复杂、成本较高、易造成二次污染的不足之处，提供一种工艺简单、残渣量少、成本低、污染少的以铝灰为原料生产结晶氯化铝和水玻璃的方法。
本发明所采用的技术方案是通过如下方式完成的：一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法，具体步骤如下：
(1)对铝灰进行预处理；
(2)将预处理后的铝灰与Na2CO3混合均匀；
(3)将混合均匀的铝灰与Na2CO3的混合物通过高温固相热分解；
(4)对铝灰与Na2CO3混合物的固相热分解产物进行酸浸反应；
(5)对酸浸产物进行固液分离，分离后的滤液经浓缩结晶，干燥后制得结晶氯化铝；
(6)将分离后的沉淀物与NaOH混匀，将碱溶产物制得水玻璃。
在利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤中，对铝灰进行预处理是进行磁选除铁预处理。
在利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤中，Na2CO3与预处理后的铝灰按质量比1∶1.2～1.8混合均匀。
在利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤中，将混合均匀的铝灰与Na2CO3的混合物在850℃～1000℃下培烧1～2h，废铝灰的主要化学成分为Al2O3(Wt％＝58～75％)和SiO2(Wt％＝15～25％)与Na2CO3反应生成霞石，过量的Al2O3继续与Na2CO3反应生成NaAlO2(s)。
在利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤中，将焙烧产物霞石与与质量分数3％～12％的HCl在反应釜中进行酸浸反应，其酸浸温度85℃～95℃，浸出时间2～4h，铝灰中的铝以氯化铝的形式浸出。
在利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤中，将酸浸产物进行固液分离，分离后的滤液经浓缩结晶，干燥后制得结晶氯化铝。
在利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤中，将分离后的沉淀物与NaOH按质量比1∶0.6～1.3混匀，在85～95℃下加热搅拌0.5～1.5h，然后将碱溶产物经过滤器进行固液分离，滤液经蒸发浓缩制得水玻璃。
在上述步骤(3)、(4)、(6)中，其反应原理如下：
固相热分解：3Al2O3·2SiO2(c)+Na2CO3(s)＝2NaAlSiO4(c)+2Al2O3(s)+CO2(gas)↑
Al2O3(过量glass)+Na2CO3(s)＝2NaAlO2(s)+CO2(gas)↑
酸浸反应： NaAlSiO4+4H+＝Al3++Na++H2O+H2SiO3↓
NaAlO2+4H+＝Al3++Na++2H2O
H2SiO3＝(1-n)H2O+SiO2.nH2O
碱溶反应： SiO2.nH2O+2NaOH＝Na2SiO3+(n+1)H2O
本发明与现有的铝灰综合利用方法相比，具有以下特点：
1、本发明通过固相热分解和酸浸反应，不仅使铝灰中以晶体形式存在的Al2O3和被玻璃微珠包裹的铝最大化的溶出，而且使铝硅得到有效的分离，从而分别制备结晶氯化铝和水玻璃。克服了因铝灰溶出率低所造成的资源浪费、环境污染等问题。
2、本发明通过对铝灰进行磁选除铁预处理可以获得较纯净的铝灰，从而减少酸浸反应时盐酸的用量，并能得到不含铁杂质的氯化铝***。
3、本发明中将Na2CO3与预处理后的铝灰按质量比1∶1.2～1.8混匀，既能防止过量的碳酸钠与霞石(NaAlSiO4)反应生成碱性霞石，影响铝灰的溶出率，又能降低反应的起始温度(碳酸钠的用量越多，反应的起始温度越低)，节约成本。
4、本发明中焙烧产物与质量分数3％～12％的HCl在反应釜中进行酸浸反应，能得到最大的酸溶率，又能避免随着溶液中Cl-的增加，使溶液中的部分Al3+与Cl-形成带负电的络离子[AlCl6 ]3-，从而被带正电的SiO2胶体粒子聚沉下来，造成铝的浸出量下降。
5、本发明以废铝灰为原料制备出结晶氯化铝和水玻璃，实现了废物资源化。
6、本发明工艺流程简单、明了，易于实现，且废弃铝灰经此工艺处理后，剩余残渣率小于10％，减少了废弃铝灰所造成的环境污染。
综上所述，本发明实现了废物资源化，有效清除了铝灰所造成的环境污染，同时具有工艺简单、成本低廉等优点，充分体现出实用性、环保性和经济性的循环经济特征，极具推广应用价值。
具体实施方式
下面对照附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法，其制备步骤为：
(1)对铝灰进行磁选除铁预处理；
(2)将Na2CO3与预处理后的铝灰按质量比1∶1.2混匀；
(3)将混合物将混合物置于马弗炉中，在850℃下培烧2h；
(4)将焙烧产物霞石与质量分数3％的HCl在反应釜中进行酸浸反应，其酸浸温度85℃，浸出时间4h，铝灰中的铝以氯化铝的形式浸出；
(5)将酸浸产物进行固液分离，分离后的滤液经浓缩结晶，干燥后制得结晶氯化铝；
(6)将分离后的沉淀物与NaOH按质量比1∶0.6混匀，在85℃下加热搅拌1.5h，然后将碱溶产物经过滤器进行固液分离，滤液经蒸发浓缩制得水玻璃。
将碱溶后的沉淀物烘干、称重计算得到剩余残渣率为9.2％。
实施例2：
一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法。其制备步骤为：
(1)对铝灰进行磁选除铁预处理；
(2)将Na2CO3与预处理后的铝灰按质量比1∶1.4混匀；
(3)将混合物将混合物置于马弗炉中，在900℃下培烧1.5h；
(4)将焙烧产物霞石与质量分数6％的HCl在反应釜中进行酸浸反应，其酸浸温度90℃，浸出时间3h，铝灰中的铝以氯化铝的形式浸出；
(5)将酸浸产物经过滤器进行固液分离，分离后的滤液经浓缩结晶，干燥后制得结晶氯化铝；
(6)将分离后的沉淀物与NaOH按质量比1∶0.8混匀，在90℃下加热搅拌1h，然后将碱溶产物经过滤器进行固液分离，滤液经蒸发浓缩制得水玻璃。
将碱溶后的沉淀物烘干、称重计算得到剩余残渣率为8.9％。
实施例3：
一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法。其制备步骤为：
(1)对铝灰进行磁选除铁预处理；
(2)将Na2CO3与预处理后的铝灰按质量比1∶1.5混匀；
(3)将混合物将混合物置于马弗炉中，在930℃下培烧1.5h；
(4)将焙烧产物霞石与质量分数7％的HCl在反应釜中进行酸浸反应，其酸浸温度95℃，浸出时间4h，铝灰中的铝以氯化铝的形式浸出；
(5)将酸浸产物经过滤器进行固液分离，分离后的滤液经浓缩结晶，干燥后制得结晶氯化铝；
(6)将分离后的沉淀物与NaOH按质量比1∶1混匀，在95℃下加热搅拌1.5h，然后将碱溶产物经过滤器进行固液分离，滤液经蒸发浓缩制得水玻璃。
将碱溶后的沉淀物烘干、称重计算得到剩余残渣率为6.5％。
实施例4：
一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法。其制备步骤为：
(1)对铝灰进行磁选除铁预处理；
(2)将Na2CO3与预处理后的铝灰按质量比1∶1.7混匀；
(3)将混合物将混合物置于马弗炉中，在950℃下培烧1h；
(4)将焙烧产物霞石与质量分数12％的HCl在反应釜中进行酸浸反应，其酸浸温度85℃，浸出时间4h，铝灰中的铝以氯化铝的形式浸出；
(5)将酸浸产物经过滤器进行固液分离，分离后的滤液经浓缩结晶，干燥后制得结晶氯化铝；
(6)将分离后的沉淀物与NaOH按质量比1∶1.3混匀，在90℃下加热搅拌0.5h，然后将碱溶产物经过滤器进行固液分离，滤液经蒸发浓缩制得水玻璃。
将碱溶后的沉淀物烘干、称重计算得到剩余残渣率为4.2％。
实施例5：
一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法。其制备步骤为：
(1)对铝灰进行磁选除铁预处理；
(2)将Na2CO3与预处理后的铝灰按质量比1∶1.8混匀；
(3)将混合物将混合物置于马弗炉中，在980℃下培烧2h；
(4)将焙烧产物霞石与质量分数8％的HCl在反应釜中进行酸浸反应，其酸浸温度90℃，浸出时间3.5h，铝灰中的铝以氯化铝的形式浸出；
(5)将酸浸产物经过滤器进行固液分离，分离后的滤液经浓缩结晶，干燥后制得结晶氯化铝；
(6)将分离后的沉淀物与NaOH按质量比1∶0.68混匀，在95℃下加热搅拌0.5h，然后将碱溶产物经过滤器进行固液分离，滤液经蒸发浓缩制得水玻璃。
将碱溶后的沉淀物烘干、称重计算得到剩余残渣率为8.8％。
实施例6：
一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法。其制备步骤为：
(1)对铝灰进行磁选除铁预处理；
(2)将Na2CO3与预处理后的铝灰按质量比1∶1.6混匀；
(3)将混合物将混合物置于马弗炉中，在1000℃下培烧1h；
(4)将焙烧产物霞石与质量分数9％的HCl在反应釜中进行酸浸反应，其酸浸温度95℃，浸出时间2.5h，铝灰中的铝以氯化铝的形式浸出；
(5)将酸浸产物经过滤器进行固液分离，分离后的滤液经浓缩结晶，干燥后制得结晶氯化铝；
(6)将分离后的沉淀物与NaOH按质量比1∶0.95混匀，在85℃下加热搅拌1h，然后将碱溶产物经过滤器进行固液分离，滤液经蒸发浓缩制得水玻璃。
将碱溶后的沉淀物烘干、称重计算得到剩余残渣率为6.0％。
Claims (8)
1.一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法，其特征在于：利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤如下：
(1)对铝灰进行预处理；
(2)将预处理后的铝灰与Na2CO3混合均匀；
(3)将混合均匀的铝灰与Na2CO3的混合物通过高温固相热分解；
(4)对铝灰与Na2CO3混合物的固相热分解产物进行酸浸反应；
(5)对酸浸产物进行固液分离，分离后的滤液经浓缩结晶，干燥后制得结晶氯化铝；
(6)将分离后的沉淀物与NaOH混匀，将碱溶产物制得水玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法，其特征在于：在利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤中，对铝灰进行预处理是进行磁选除铁预处理。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法，其特征在于：在利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤中，Na2CO3与预处理后的铝灰按质量比1∶1.2～1.8混合均匀。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法，其特征在于：在利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤中，将混合均匀的铝灰与Na2CO3的混合物在850℃～1000℃下培烧1～2h，反应生成霞石。
5.根据权利要求1或2所述的一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法，其特征在于：在利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤中，将焙烧产物霞石与与质量分数3％～12％的HCl在反应釜中进行酸浸反应，其酸浸温度85℃～95℃，浸出时间2～4h。
6.根据权利要求1或2所述的一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法，其特征在于：在利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤中，将酸浸产物进行固液分离，分离后的滤液经浓缩结晶，干燥后制得结晶氯化铝。
7.根据权利要求1或2所述的一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法，其特征在于：在利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤中，将分离后的沉淀物与NaOH按质量比1∶0.6～1.3混匀，在85～95℃下加热搅拌0.5～1.5h，然后将碱溶产物经过滤器进行固液分离，滤液经蒸发浓缩制得水玻璃。
8.根据权利要求3所述的一种利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃的方法，其特征在于：在利用废铝灰制备结晶氯化铝和水玻璃方法的步骤中，将混合均匀的铝灰与Na2CO3的混合物在850℃～1000℃下培烧1～2h，反应生成霞石；将焙烧产物霞石与与质量分数3％～12％的HCl在反应釜中进行酸浸反应，其酸浸温度85℃～95℃，浸出时间2～4h；将酸浸产物进行固液分离，分离后的滤液经浓缩结晶，干燥后制得结晶氯化铝；将分离后的沉淀物与NaOH按质量比1∶0.6～1.3混匀，在85～95℃下加热搅拌0.5～1.5h，然后将碱溶产物经过滤器进行固液分离，滤液经蒸发浓缩制得水玻璃。
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- 2009-12-07 CN CN200910154795A patent/CN101712482A/zh active Pending
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