CN102502735A - 利用粉煤灰生产氧化铝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于包括下述步骤：（1）生料制备；（2）熟料烧成；（3）氨气回收；（4）熟料溶出；（5）高硅渣分离洗涤；（6）得到的硫酸铝溶液制备氧化铝；（7）硫酸铵溶液蒸发。本发明的优点效果：本发明不添加任何助剂，可有效提取粉煤灰中氧化铝，氧化铝的提取率可达到85%以上。本发明工艺流程中实现了硫酸铵循环，通过循环可以一批批的提取粉煤灰中氧化铝，整个过程没有废气、废液的排出，粉煤灰提取氧化铝后的残渣主要成分是二氧化硅，易于利用。本发明反应体系为弱酸体系，设备容易解决，利于产业化。

Description

利用粉煤灰生产氧化铝的方法
技术领域
 本发明涉及一种利用工业固体废弃物生产氧化铝的方法，尤其涉及一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法。
背景技术
粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃物。2010年我国粉煤灰年排放量高达3.5亿吨，我国粉煤灰的总堆存量有50多亿吨。大量粉煤灰的排放不仅侵占大量土地，而且严重污染环境，构成了对生态和环境的双重破坏。因此开展粉煤灰的综合利用具有重大现实意义和长远战略意义。同样，我国是一个铝土矿资源不富有的国家，按目前氧化铝产量的增长速度和铝土矿开采速度，即使考虑到远景储量，我国的铝土矿的年限也很难达到30年。所以，解决这种资源危机的方法有两种：一是合理利用现有铝土矿资源；二是积极找寻并利用其他含铝资源。而氧化铝是粉煤灰的主要成分之一，其质量分数一般为10%~40%，最高可达58%。所以，开展从粉煤灰中提取氧化铝的研究工作可以解决粉煤灰的污染，变废为宝。
目前，从粉煤灰中提取氧化铝的研究比较成熟的有石灰石烧结法和碱石灰烧结法，此两者通称为碱法。2004年12月内蒙古自治区科技厅召开了蒙西高新技术集团有限公司研究开发的“粉煤灰提取氧化铝联产水泥产业化技术”项目科技成果鉴定会，采用的就是改进的碱石灰烧结法。但碱法提取粉煤灰中氧化铝也存在一些问题，主要是① 烧结法产生的硅钙渣，只能用做水泥原料，每生产1吨的氧化铝要产生数倍于粉煤灰的硅钙渣，而水泥有其相应的销售半径，如果当地没有大型的水泥工业支持将会造成二次污染；② 烧结法只提取了粉煤灰中的氧化铝，其二氧化硅的利用价值低。③烧结法处理粉煤灰设备投资大，能耗高，成本高。
由于粉煤灰的铝硅比很低，一般都小于1，所以采用酸法处理粉煤灰原则上更合理。酸或酸性化合物与粉煤灰中的氧化铝反应生成的铝盐，铝盐溶解后进入溶液，硅不与酸或酸性化合物反应，完全在固相渣中。酸法处理粉煤灰可以克服烧结法的不足，不会产生多于原料粉煤灰的固体废物，而且提取氧化铝后，二氧化硅会富集，渣中其含量能达到80~90%（按氧化铝提取率85%计），这样更有利于其利用。酸法（包括硫酸法和盐酸法）处理粉煤灰生产氧化铝在原理上是可行的，但由于酸具有强腐蚀性，设备及管道的腐蚀问题制约其大规模应用。
采用硫酸铵烧结法处理粉煤灰提取氧化铝已经成为广大科研工作者研究的方向，采用硫酸铵为循环介质不添加额外增量物质，与酸法一样渣中的二氧化硅会富集，但整个工艺过程中无强腐蚀性物质，易于工业化推广。
发明内容
为解决上述技术问题本发明提供一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，不添加任何助剂，粉煤灰中氧化铝提取率高，硫酸铵循环效率高。
为实现上述目的本发明一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，它包括下述步骤：（1）生料制备：将粉煤灰与硫酸铵混合制成生料，其中硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为4.5～8：1；（2）熟料烧成：将生料加热至350~700℃，烧成时间控制在0.5~5h，制成含硫酸铝的熟料和氨气，氨气用于制备氨水或通入硫酸铝分解工序；（3）氨气回收：采用水或洗液吸收熟料烧成过程产生的氨气及熟料烧成产生的和硫酸铝溶液分解产生的CO2，形成铵盐；（4）熟料溶出：熟料用热水溶出，溶出时间0.1~2h，铝以硫酸铝的形式进入溶液，硅留在残渣中形成高硅渣；（5）高硅渣分离洗涤：溶出后的浆液进行固液分离和逆流洗涤，溶液为硫酸铝溶液，洗后渣为高硅渣；（6）得到的硫酸铝溶液制备氧化铝；（7）硫酸铵溶液蒸发：分离得到的硫酸铵溶液进行蒸发，得到适合配料的硫酸铵溶液或硫酸铵晶体。
所述的得到的硫酸铝溶液制备氧化铝为：向硫酸铝溶液加入氨气回收工序得到的铵盐，得到氢氧化铝、氢氧化铁、硫酸铵溶液和CO2气体，固体为杂质含量多的粗氢氧化铝；粗氢氧化铝用循环碱溶液进行低温拜耳法处理，除去其中铁、钙杂质，得到氧化铝和高铁渣。
所述的得到的硫酸铝溶液制备氧化铝为：向硫酸铝溶液加入氨气回收工序得到的铵盐调节pH值分步沉淀氢氧化铁和氢氧化铝，pH值为1.5~3.5沉淀氢氧化铁，分离出高铁渣后，继续向溶液中加入铵盐得到氢氧化铝、硫酸铵溶液和CO2气体，氢氧化铝在900~1300℃下焙烧得到成品氧化铝。
所述的得到的硫酸铝溶液制备氧化铝为：硫酸铝溶液通过多级逆流萃取除铁，向除铁后的硫酸铝溶液加入氨气回收工序得到的铵盐，得到氢氧化铝、硫酸铵溶液和CO2气体，氢氧化铝在900~1300℃下焙烧得到成品氧化铝。
所述的得到的硫酸铝溶液制备氧化铝为：硫酸铝溶液通过离子交换树脂除铁，向除铁后的硫酸铝溶液加入氨气回收工序得到的铵盐，得到氢氧化铝、硫酸铵溶液和CO2气体，氢氧化铝在900~1300℃下焙烧得到成品氧化铝。
所述的生料制备是采用干法混料或湿法混料中的一种；所述的高硅渣的主要成分为二氧化硅，用于制备白炭黑等硅系列产品或高硅填料。
所述的采用拜耳法处理粗氢氧化铝为生产氧化铝的全拜耳法工艺流程，包括原矿浆调配、低温溶出、赤泥分离洗涤、铝酸钠溶液分解、氢氧化铝分离洗涤和氢氧化铝焙烧工序。
所述的硫酸铝溶液萃取除铁采用的萃取剂为脂肪酸、伯胺或叔胺中的一种；
所述的离子交换树脂除铁采用的阴离子交换树脂或阳离子交换树脂的一种；
所述的高铁渣或氢氧化铁的可作为炼铁原料。
本发明的优点效果：本发明不添加任何助剂，可有效提取粉煤灰中氧化铝，氧化铝的提取率可达到85%以上。本发明工艺流程中实现了硫酸铵循环，通过循环可以一批批的提取粉煤灰中氧化铝，整个过程没有废气、废液的排出，粉煤灰提取氧化铝后的残渣主要成分是二氧化硅，易于利用。本发明反应体系为弱酸体系，设备容易解决，利于产业化。
附图说明
图1~图4为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
原料粉煤灰组成为：Al2O3：41%、SiO2：48%、Fe2O3：3.3%、CaO：3.3%、TiO2：1.3%、MgO：0.2%。原料粉煤灰的成分也可以采用其它组成成分，这不能用于限定本发明的保护范围。
取1000g上述组成的粉煤灰，将粉煤灰与硫酸铵溶液混合湿磨得到生料，其中硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为5：1；将生料加热至450℃，保温1h，制成熟料，用水吸收排出的氨气、CO2和硫酸铝溶液分解产生的CO2制成铵盐，用于硫酸铝分解；熟料在热水中溶出0.5h，铝以硫酸铝的形式进入溶液，硅留在残渣中形成高硅渣；溶出后浆液经固液分离和逆流洗涤，液体为硫酸铝溶液，固体为高硅渣；向硫酸铝溶液中加入氨气回收得到的铵盐，使溶液中的铝、铁沉淀成为粗制氢氧化铝，液体为硫酸铵溶液，气体为CO2；粗制氢氧化铝浆液分离洗涤得到粗制氢氧化铝固体和硫酸铵溶液；硫酸铵溶液经蒸发后返回生料制备，循环使用；粗制用循环碱溶液进行低温拜耳法处理，除去其中铁、钙等杂质，得到氧化铝和高铁渣。拜耳法处理粗氢氧化铝为生产氧化铝的全拜耳法工艺流程，包括原矿浆调配、低温溶出、赤泥分离洗涤、铝酸钠溶液分解、氢氧化铝分离洗涤和氢氧化铝焙烧工序。
实施例2
取1000g实施例1中组成的原料粉煤灰，将原料粉煤灰与硫酸铵循环液湿法混料得到生料，其中硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为6：1；将生料加热至500℃，保温3h，制成熟料，用水吸收排出的氨气、CO2和硫酸铝溶液分解产生的CO2制成铵盐，用于硫酸铝分解；熟料在热水中溶出1h，铝以硫酸铝的形式进入溶液，硅留在残渣中形成高硅渣；溶出后浆液经固液分离和逆流洗涤，液体为硫酸铝溶液，固体为高硅渣；向硫酸铝溶液中加入氨气回收得到的铵盐，调节pH值至2.5沉淀氢氧化铁，分离出高铁渣后，继续向硫酸铝溶液中加入铵盐得到氢氧化铝、硫酸铵溶液和CO2，硫酸铵溶液经蒸发后返回生料制备，循环使用；氢氧化铝在1150℃下焙烧得到成品氧化铝。
实施例3
取1000g实施例1中组成的原料粉煤灰，将原料粉煤灰与硫酸铵循环液湿法混料得到生料，其中硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为7：1；将生料加热至350℃，保温5h，制成熟料，用洗液吸收排出的氨气、CO2和硫酸铝溶液分解产生的CO2制成铵盐，用于硫酸铝分解；熟料在热水中溶出2h，铝以硫酸铝的形式进入溶液，硅留在残渣中形成高硅渣；溶出后浆液经固液分离和逆流洗涤，液体为硫酸铝溶液，固体为高硅渣；硫酸铝溶液通过多级逆流采用脂肪酸萃取除铁，向除铁后的硫酸铝溶液加入氨气回收工序得到的铵盐，得到氢氧化铝、硫酸铵溶液和CO2，硫酸铵溶液经蒸发后返回生料制备，循环使用；氢氧化铝在1200℃下焙烧得到成品氧化铝。
实施例4
实施例3中硫酸铝溶液萃取除铁过程采用伯胺为萃取剂，其它与实施例4相同。
实施例5
实施例3中硫酸铝溶液萃取除铁过程采用叔胺为萃取剂，氢氧化铝在900℃下焙烧得到成品氧化铝，其它与实施例4相同。
实施例6
取1000g实施例1中组成的原料粉煤灰，将原料粉煤灰与硫酸铵循环液湿法混料得到生料，其中硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为8：1；将生料加热至700℃，保温0.5h，制成熟料，用水吸收排出的氨气、CO2和硫酸铝分解产生的CO2制成铵盐，用于硫酸铝分解；熟料在热水中溶出0.1h，铝以硫酸铝的形式进入溶液，硅留在残渣中形成高硅渣；溶出后浆液经固液分离和逆流洗涤，液体为硫酸铝溶液，固体为高硅渣；硫酸铝溶液通过阳离子交换树脂除铁，向除铁后的硫酸铝溶液加入氨气回收工序得到的铵盐，得到氢氧化铝、硫酸铵溶液和CO2，硫酸铵溶液经蒸发后返回生料制备，循环使用；氢氧化铝在1200℃下焙烧得到成品氧化铝。
实施例7
实施例6中用高硅渣洗液吸收排出的氨气、CO2和硫酸铝溶液分解产生的CO2制成铵盐；硫酸铝溶液采用阴离子交换树脂除铁，其它与实施例6相同。
实施例8
实施例2中的硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为4.5：1；向硫酸铝溶液中加入氨气回收得到的铵盐，调节pH值至1.5沉淀氢氧化铁，氢氧化铝在1300℃下焙烧得到成品氧化铝，其它同实施例2。
实施例9
实施例2中的向硫酸铝溶液中加入氨气回收得到的铵盐，调节pH值至3.5沉淀氢氧化铁，其它同实施例2。

Claims (10)

1.利用粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）生料制备：将粉煤灰与硫酸铵混合制成生料，其中硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为4.5～8：1；
（2）熟料烧成：将生料加热至350~700℃，烧成时间控制在0.5~5h，制成含硫酸铝的熟料和氨气，氨气用于制备氨水或通入硫酸铝分解工序；
（3）氨气回收：采用水或洗液吸收熟料烧成过程产生的氨气及熟料烧成产生的和硫酸铝溶液分解产生的CO2，形成铵盐；
（4）熟料溶出：熟料用热水溶出，溶出时间0.1~2h，铝以硫酸铝的形式进入溶液，硅留在残渣中形成高硅渣；
（5）高硅渣分离洗涤：溶出后的浆液进行固液分离和逆流洗涤，溶液为硫酸铝溶液，洗后渣为高硅渣；
（6）得到的硫酸铝溶液制备氧化铝；
（7）硫酸铵溶液蒸发：分离得到的硫酸铵溶液进行蒸发，得到适合配料的硫酸铵溶液或硫酸铵晶体。
2.根据权利要求1所述的利用粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于所述的得到的硫酸铝溶液制备氧化铝为：向硫酸铝溶液加入氨气回收工序得到的铵盐，得到氢氧化铝、氢氧化铁、硫酸铵溶液和CO2气体，固体为杂质含量多的粗氢氧化铝；粗氢氧化铝用循环碱溶液进行低温拜耳法处理，除去其中铁、钙杂质，得到氧化铝和高铁渣。
3.根据权利要求1所述的利用粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于所述的得到的硫酸铝溶液制备氧化铝为：向硫酸铝溶液加入氨气回收工序得到的铵盐调节pH值分步沉淀氢氧化铁和氢氧化铝，pH值为1.5~3.5沉淀氢氧化铁，分离出高铁渣后，继续向溶液中加入铵盐得到氢氧化铝、硫酸铵溶液和CO2气体，氢氧化铝在900~1300℃下焙烧得到成品氧化铝。
4.根据权利要求1所述的利用粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于所述的得到的硫酸铝溶液制备氧化铝为：硫酸铝溶液通过多级逆流萃取除铁，向除铁后的硫酸铝溶液加入氨气回收工序得到的铵盐，得到氢氧化铝、硫酸铵溶液和CO2气体，氢氧化铝在900~1300℃下焙烧得到成品氧化铝。
5.根据权利要求1所述的利用粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于所述的得到的硫酸铝溶液制备氧化铝为：硫酸铝溶液通过离子交换树脂除铁，向除铁后的硫酸铝溶液加入氨气回收工序得到的铵盐，得到氢氧化铝、硫酸铵溶液和CO2气体，氢氧化铝在900~1300℃下焙烧得到成品氧化铝。
6.根据权利要求1所述的利用粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于所述的生料制备是采用干法混料或湿法混料中的一种；所述的高硅渣的主要成分为二氧化硅，用于制备白炭黑等硅系列产品或高硅填料。
7.根据权利要求2所述的利用粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于所述的采用拜耳法处理粗氢氧化铝为生产氧化铝的全拜耳法工艺流程，包括原矿浆调配、低温溶出、赤泥分离洗涤、铝酸钠溶液分解、氢氧化铝分离洗涤和氢氧化铝焙烧工序。
8.根据权利要求4所述的利用粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于所述的硫酸铝溶液萃取除铁采用的萃取剂为脂肪酸、伯胺或叔胺中的一种。
9.根据权利要求5所述的利用粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于所述的离子交换树脂除铁采用的阴离子交换树脂或阳离子交换树脂的一种。
10.根据权利要求2或3所述的利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在于所述的高铁渣或氢氧化铁的可作为炼铁原料。
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