CN102627305B - 一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法 - Google Patents
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Abstract
一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，涉及一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法。其特征在于其生产过程的步骤包括：（1）将粉煤灰、石灰石或石灰和碱液制成生料浆；（2）将生料浆烧制成熟料；（3）将熟料进行碱浸出；（4）将浸出液进行脱硅处理后进行液固分离；（5）将液固分离出的脱硅后液进行碳酸化分解得到氢氧化铝；（6）氢氧化铝经焙烧得到氧化铝；（7）将步骤（3）中得到的固相残渣进行碱浸出；（8）步骤（7）中得到的浸出液用于步骤（4）中脱硅处理时调整***的分子比；也可在步骤（7）中得到的浸出液中加入石灰，反应后过滤，得到的滤渣用于步骤（4）中的脱硅。本发明的方法，可用于处理不同来源的粉煤灰原料生产氧化铝。
Description
技术领域
本发明涉及一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法。
背景技术
粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收集的细粉状物料。粉煤灰的矿物成分和化学成分和煤的来源有关，其物相组成以玻璃体为主，同时含有莫来石、石英、赤铁矿、磁铁矿、硬石膏、磷酸三钙及黄长石等的粉状物料；化学成分主要为Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、MgO 等，同时还含有少量的稀有元素。粉煤灰堆存要占用大量的土地，并且对周边环境也会造成一定程度的污染。因此，对粉煤灰的综合利用进行研究，变废为宝，对环境保护和提高资源利用率，建设环保节约型社会都具有重大意义。
从粉煤灰提取氧化铝（氢氧化铝）或铝盐的工艺归纳起来可分为酸法、碱法以及酸碱混合法。这些工艺方法在工艺路线上各有其特点。
酸法优势在于粉煤灰主要成分SiO2不进入溶液，但缺点在于处理与铝共溶出的杂质金属元素需净化处理，除杂工序冗长，耗酸量大且需要耐酸设备。碱法具有代表性的方法是石灰石烧结法和碱石灰烧结法。粉煤灰碱法提取氧化铝优势在于金属杂质干扰小，技术成熟。碱法由于其熟料量大，造成能耗过高，且氧化铝提取后成渣量大。
粉煤灰碱法提取氧化铝过程中所产生的固体废渣会含有一定量的碱和氧化铝。有效降低固体废渣中的碱和氧化铝含量，是实现粉煤灰碱法提取氧化铝经济效益最大化、实现固体废渣大规模资源化利用的必要前提。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种工艺生产流程短，碱耗低，产品质量易于控制，能有效实现提取氧化铝后固相残渣综合利用的碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其提取过程的步骤包括：
（1）在粉煤灰中加入石灰和碱液，制成生料浆；
（2）将生料浆烧制成熟料；
（3）将熟料进行碱浸出，对浸出浆液进行液固分离，得到固相残渣1和浸出液1；
（4）将浸出液1进行脱硅处理后，进行液固分离；
（5）将过滤分离出的脱硅后液，进行碳酸化分解，得到氢氧化铝；
（6）氢氧化铝经焙烧后得到氧化铝产品；
（7）将步骤（3）中得到的固相残渣1再进行碱浸出，对浸出浆液进行液固分离，得到固相残渣2和浸出液2，进一步回收氧化铝和碱；
（8）步骤（7）中得到的浸出液2用于步骤（4）中脱硅处理时调整***的分子比；也可以在步骤（7）中得到的浸出液中加入石灰，反应后过滤，得到的过滤渣用于步骤（4）中的脱硅过程；
（9）步骤（7）中得到的固相残渣2用作生产水泥等建筑材料的原料。
本发明的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其步骤（1）中粉煤灰的细度为-0.18mm；石灰石粉或者石灰粉的细度为-0.18mm。
本发明的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其步骤（1）加入的碱液为碳酸钠和氧化铝生产过程的蒸发后的碳酸化分解母液的混合液。
本发明的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其步骤（1）的生料浆的混合过程，石灰石或者石灰的添加量由体系中SiO2的量确定，石灰石或者石灰的添加量按照CaO和SiO2的摩尔比为0.8～2.2控制，碳酸钠添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩尔比为0.9～1.7控制。
本发明的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其步骤（2）的生料浆烧制温度为900～1380℃，烧制时间为10-120分钟。
本发明的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其步骤（3）是用调整液在温度40～105℃的条件下浸出熟料，对浸出浆液进行液固分离，得到固相残渣1和浸出液1。
本发明的一种粉煤灰生产氧化铝—碱浸回收固体废渣中的碱和氧化铝—固体废渣可用作建筑材料的原料的方法，其特征在于其步骤（3）的浸出液1进行脱硅处理后进行液固分离得到的固体残渣部分或者全部返回步骤（1）作生料浆配制的原料。
本发明的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其步骤（5）的碳酸化分解后的母液经蒸发后返回步骤（1），用于生料浆配制。
本发明的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其浸出熟料用的调整液由浸出孰料的浆液液固分离后固相残渣的洗液调配而成。
本发明的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其步骤（7）中进行碱浸出用的溶液浓度为NaO2K 30~250g/L，浸出温度为60~250℃，浸出时间为5~360分钟，浸出液固比为1~5，对浸出浆液进行液固分离，得到固相残渣2和浸出液2。
本发明的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其步骤（7）中得到的浸出液2用于步骤（4）中脱硅时调整***的分子比。
本发明的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于在步骤（7）中得到的浸出液2中加入石灰，反应后过滤，得到的过滤渣用于步骤（4）中的脱硅过程；
本发明的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其步骤（7）中得到的固相残渣2用作生产水泥等建筑材料的原料。
本发明的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，可用于处理不同来源、不同化学组成及矿物组成的粉煤灰原料生产氧化铝，固体废渣中碱含量低，可用作建筑材料的原料，本发明技术成熟可靠，和已有的碱法生产工艺相比，物料流量小，固相残渣量少，并可实现全过程的零排放，有利于环境保护。真正实现了粉煤灰生产氧化铝全流程的高产出率和低能源消耗，而提取氧化铝后的固相残渣完全可实现大规模的资源化利用。
具体实施方式
一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其生产过程的步骤包括：1）将粉煤灰（必要时磨细，细度最好为-80目）、磨细后的石灰石粉或者石灰粉（细度最好为-80目），以及碳酸钠和蒸发后的碳酸化分解母液按一定的比例混合制成生料浆；2）生料浆在一定的温度条件下烧制成熟料；3）在一定条件下用含有碳酸钠以及氢氧化钠等的溶液对熟料进行浸出，对浸出浆液进行液固分离；4）对浸出液进行脱硅后再进行碳酸化分解，得到氢氧化铝；5）氢氧化铝经焙烧后得到氧化铝产品；6）脱硅过程中形成的固相产物可以返回生料浆配制阶段作为配制生料浆的原料；7）碳酸化分解后的母液经蒸发后返回，用于配制生料浆；8）浸出熟料用的调整液由浸出孰料的浆液液固分离后固相残渣的洗液调配而成；9）将3）中得到的固相残渣再进行碱浸出，对浸出浆液进行液固分离，进一步回收氧化铝和碱；得到的浸出液用于4）中脱硅处理时调整***的分子比；也可以在得到的浸出液中加入石灰，反应后过滤，得到的过滤渣用于4）中的脱硅过程；10）最终得到的固相残渣用作生产水泥等建筑材料的原料。
实施例1
原料为某热电厂的粉煤灰，主要化学成分为Al2O339％，SiO244.1％，将磨制后细度为-80目石灰石粉或者石灰粉以及碳酸钠和蒸发后的碳酸化分解母液按照CaO和SiO2的摩尔比为1.0控制，碳酸钠（包括蒸发后的碳酸化分解母液中的Na2O）添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩尔比为1.1控制进行配料制备生料浆；将生料浆在温度为1110℃条件下烧制，得到合格熟料；用调整液在80-90℃的条件下浸出熟料，熟料中氧化铝浸出率可以达到69.97%，熟料中氧化钠浸出率可以达到70.46%。熟料浸出液经脱硅后进行碳酸化分解，得到氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧后得到冶金级氧化铝产品。
熟料溶出后的固相残渣用苛性碱浓度为NaO2K 50g/L的碱液在温度为90℃条件下，浸出360分钟，浸出液固比为2，固相残渣中Al2O3的浸出率为15%，固相残渣中Na2O的浸出率为91%。最终得到的固相残渣用作生产水泥的原料。
实施例2
原料为某热电厂的粉煤灰，主要化学成分为Al2O341％，SiO247％，将磨制后细度为-80目石灰石粉或者石灰粉以及碳酸钠和蒸发后的碳酸化分解母液按照CaO和SiO2的摩尔比为1.3控制，碳酸钠（包括蒸发后的碳酸化分解母液中的Na2O）添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩尔比为1.0控制进行配料制备生料浆；将生料浆在温度为1200℃条件下烧制，得到合格熟料；用调整液在80-90℃的条件下浸出熟料，熟料中氧化铝浸出率可以达到77.76%，熟料中氧化钠浸出率可以达到82.78%。熟料浸出液经脱硅后进行碳酸化分解，得到氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧后得到冶金级氧化铝产品。
熟料溶出后的固相残渣用苛性碱浓度为NaO2K 100g/L的碱液在温度为120℃条件下，浸出20分钟，浸出液固比为2，固相残渣中Al2O3的浸出率为16%，固相残渣中Na2O的浸出率为89%。最终得到的固相残渣用作生产水泥的原料。
实施例3
原料为某热电厂的粉煤灰，主要化学成分为Al2O347％，SiO243％，将磨制后细度为-80目石灰石粉或者石灰粉以及碳酸钠和蒸发后的碳酸化分解母液按照CaO和SiO2的摩尔比为1.5控制，碳酸钠（包括蒸发后的碳酸化分解母液中的Na2O）添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩尔比为1.2控制进行配料制备生料浆；将生料浆在温度为1120℃条件下烧制，得到合格熟料；用调整液在80-90℃的条件下浸出熟料，熟料中氧化铝浸出率可以达到84.97%，熟料中氧化钠浸出率可以达到92.82%。熟料浸出液经脱硅后进行碳酸化分解，得到氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧后得到冶金级氧化铝产品。
熟料溶出后的固相残渣用苛性碱浓度为NaO2K 140g/L的碱液在温度为160℃条件下，浸出15分钟，浸出液固比为3，固相残渣中Al2O3的浸出率为17%，固相残渣中Na2O的浸出率为88%。最终得到的固相残渣用作生产水泥的原料。
实施例4
原料为某热电厂的粉煤灰，主要化学成分为Al2O351％，SiO238％，将磨制后细度为-80目石灰石粉或者石灰粉以及碳酸钠和蒸发后的碳酸化分解母液按照CaO和SiO2的摩尔比为1.4控制，碳酸钠（包括蒸发后的碳酸化分解母液中的Na2O）添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩尔比为1.05控制进行配料制备生料浆；将生料浆在温度为1250℃条件下烧制，得到合格熟料；用调整液在80-90℃的条件下浸出熟料，熟料中氧化铝浸出率可以达到84.17%，熟料中氧化钠浸出率可以达到88.21%。熟料浸出液经脱硅后进行碳酸化分解，得到氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧后得到冶金级氧化铝产品。
熟料溶出后的固相残渣用苛性碱浓度为NaO2K 200g/L的碱液在温度为200℃条件下，浸出10分钟，浸出液固比为3，固相残渣中Al2O3的浸出率为18%，固相残渣中Na2O的浸出率为89%。最终得到的固相残渣用作生产水泥的原料。
实施例5
原料为某热电厂的粉煤灰，主要化学成分为Al2O355％，SiO237％，将磨制后细度为-80目石灰石粉或者石灰粉以及碳酸钠和蒸发后的碳酸化分解母液按照CaO和SiO2的摩尔比为1.6控制，碳酸钠（包括蒸发后的碳酸化分解母液中的Na2O）添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩尔比为1.0控制进行配料制备生料浆；将生料浆在温度为1150℃条件下烧制，得到合格熟料；用调整液在80-90℃的条件下浸出熟料，熟料中氧化铝浸出率可以达到86.21%，熟料中氧化钠浸出率可以达到94.12%。熟料浸出液经脱硅后进行碳酸化分解，得到氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧后得到冶金级氧化铝产品。
熟料溶出后的固相残渣用苛性碱浓度为NaO2K 200g/L的碱液在温度为220℃条件下，浸出8分钟，浸出液固比为3，固相残渣中Al2O3的浸出率为18%，固相残渣中Na2O的浸出率为87%。最终得到的固相残渣用作生产水泥的原料。
实施例6
原料为某热电厂的粉煤灰，主要化学成分为Al2O353％，SiO238％，将磨制后细度为-80目石灰石粉以及碳酸钠和蒸发后的碳酸化分解母液按照CaO和SiO2的摩尔比为1.5控制，碳酸钠（包括蒸发后的碳酸化分解母液中的Na2O）添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩尔比为0.98控制进行配料制备生料浆；将生料浆在温度为1230℃条件下烧制，得到合格熟料；用调整液在80-90℃的条件下浸出熟料，熟料中氧化铝浸出率可以达到84.46%，熟料中氧化钠浸出率可以达到92.78%。熟料浸出液经脱硅后进行碳酸化分解，控制碳酸化分解条件，得到拟薄水铝石产品。
熟料溶出后的固相残渣用苛性碱浓度为NaO2K 70g/L的碱液在温度为100℃条件下，浸出240分钟，浸出液固比为3，固相残渣中Al2O3的浸出率为13%，固相残渣中Na2O的浸出率为81%。最终得到的固相残渣用作生产水泥的原料。
实施例7
原料为某热电厂的粉煤灰，主要化学成分为Al2O355％，SiO237％，将磨制后细度为-80目石灰石粉或者石灰粉以及碳酸钠和蒸发后的碳酸化分解母液按照CaO和SiO2的摩尔比为2.05控制，碳酸钠（包括蒸发后的碳酸化分解母液中的Na2O）添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩尔比为0.97控制进行配料制备生料浆；将生料浆在温度为1250℃条件下烧制，得到合格熟料；用调整液在80-90℃的条件下浸出熟料，熟料中氧化铝浸出率可以达到88.21%，熟料中氧化钠浸出率可以达到96.16%。熟料浸出液经脱硅后进行碳酸化分解，得到氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧后得到冶金级氧化铝产品。
熟料溶出后的固相残渣用苛性碱浓度为NaO2K 200g/L的碱液在温度为220℃条件下，浸出8分钟，浸出液固比为3，固相残渣中Al2O3的浸出率为11%，固相残渣中Na2O的浸出率为81%。最终得到的固相残渣用作生产水泥的原料。
Claims (6)
1.一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其生产过程的步骤包括：
（1）在粉煤灰中加入石灰和碱液，制成生料浆；加入的碱液为碳酸钠和蒸发后的碳酸化分解母液的混合液；其生料浆的混合过程，石灰的添加量由体系中SiO2的量确定，石灰的添加量按照CaO和SiO2的摩尔比为0.8～2.2控制，碳酸钠的添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩尔比为0.9～1.7控制；
（2）将生料浆烧制成熟料；其生料浆烧制的温度为900～1380℃，烧制时间为10-120分钟；
（3）将熟料进行碱浸出，对浸出浆液进行液固分离，得到固相残渣1和浸出液1；是用调整液在温度40～105℃的条件下浸出熟料的；
（4）将浸出液1进行脱硅处理后，进行液固分离；
（5）将过滤分离出的脱硅后液，进行碳酸化分解，得到氢氧化铝；
（6）氢氧化铝经焙烧后得到氧化铝产品；
其特征在于其过程的步骤还包括：
（7）将步骤（3）中得到的固相残渣1再进行碱浸出，对浸出浆液进行液固分离，得到固相残渣2和浸出液2，进一步回收氧化铝和碱；其进行碱浸出用的溶液浓度为NaO2k 30~250g/L；
其进行碱浸出的浸出温度为60~250℃；其进行碱浸出的浸出时间为5~360分钟；其进行碱浸出时的液固比为1~5；
（8）步骤（7）中得到的浸出液2用于步骤（4）中脱硅处理时调整***的分子比；也可以在步骤（7）中得到的浸出液中加入石灰，反应后过滤，得到的过滤渣用于步骤（4）中的脱硅过程；
（9）步骤（7）中得到的固相残渣2用作生产水泥建筑材料的原料。
2.根据权利要求1所述的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其步骤（1）中粉煤灰的细度为-0.18mm；石灰的细度为-0.18mm。
3.根据权利要求1所述的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其步骤（4）得到的的固体残渣部分或者全部返回步骤（1）作生料浆配制的原料。
4.根据权利要求1所述的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其步骤（5）的碳酸化分解后的母液经蒸发后返回步骤（1），用于生料浆配制。
5.根据权利要求1所述的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其浸出熟料用的调整液由浸出熟料的浆液液固分离后固相残渣的洗液调配而成。
6.根据权利要求1所述的一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于其步骤（7）中得到的浸出液2用于步骤（4）中脱硅时调整***的分子比，脱硅原液的分子比调整为1.4~2.0。
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