CN103145162A - 一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法，包括以下步骤：将干燥后含水18%以下的脱硅粉煤灰与石灰石磨制混合，采用半干法烧制成熟料；2）将上述熟料进行碱溶出，溶出后进行过滤、分离，得到溶出液；3）将溶出液进行脱硅处理后，进行碳酸化分解，得到氢氧化铝；4）氢氧化铝经焙烧后得到氧化铝。本发明的方法克服了现有碱法粉煤灰生产氧化铝过程中物耗和能耗高的缺点，具有熟料配钙比低、溶出率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法，属于粉煤灰综合利用领域。
背景技术
粉煤灰中SiO2和Al2O3的含量超过80%以上，其中Al2O3的质量分数一般为22-40%，尤其少部分高铝粉煤灰中的Al2O3的含量可以达到50%左右，与此同时，由于我国铝土矿的资源相对不足，我国氧化铝工业受到铝土矿资源的严重制约，因此，综合利用粉煤灰生产氧化铝方法的研究越来越备受关注。
利用粉煤灰生产氧化铝的方法中，现今人们对碱法的研究比较深入，具有代表性的方法是碱石灰烧结法和石灰石烧结法。
在传统的铝土矿碱石灰烧结法和最新开发的高铝粉煤灰预脱硅碱石灰烧结法生产氧化铝过程中，通常利用湿法喷生料浆入窑内进行烧结，由于入窑的生料浆中含有38-40%的水分，它的汽化和升温所消耗的热量占熟料烧结热耗的约40%，且窑尾尾气的热量难于回收，因而造成能耗很高；此外，用于碱石灰烧结法生料浆配料的碱液也易于汽化和蒸发，因而利用碱石灰烧结法生产氧化铝的总能耗会很高。
石灰石烧结法不存在传统碱石灰烧结法碱液易于汽化、蒸发的技术问题，可以实现干法喂料烧结生产氧化铝。但是由于熟料配钙摩尔比高，通常能达到（CaO+Na2O）/Al2O3=1.7，熟料溶出率低，仅为60-70%，因而石灰石烧结法生产氧化铝的总体节能效果差。
综上所述，现有的碱法生产氧化铝存在熟料配钙摩尔比高、溶出率低，造成能耗过高，且氧化铝提取后成渣量大的缺陷。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术在从粉煤灰中提取氧化铝方法中的缺陷，提出一种熟料配钙摩尔比低、氧化铝溶出率高，具有低能耗、低物耗，废渣排放量少的粉煤灰生产氧化铝的方法。
本发明提供一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法，包括以下步骤：
1）将干燥后含水18%（质量）以下的脱硅粉煤灰与石灰石磨制混合，采用半干法烧制成熟料；
2）将上述熟料进行碱溶出，溶出后进行过滤、分离，得到溶出液；
3）将溶出液进行脱硅处理后，进行碳酸化分解，得到氢氧化铝；
4）氢氧化铝经焙烧后得到氧化铝。
进一步地，在步骤1）中，将脱硅粉煤灰与石灰石磨制混合成为粒度为200目以下的混合物料。
进一步地，在步骤1）所用脱硅粉煤灰中，Al2O3与SiO2的质量百分含量分别为35-55%和20-40%。
进一步地，在步骤1）的混合物料中，石灰石的添加量满足混合物料中，CaO与SiO2、TiO2和Fe2O3的摩尔比为：CaO/SiO2=1.8-2、CaO/TiO2=0.9-1.1、CaO/Fe2O3=1.8-2.2。
进一步地，步骤1）的石灰石中除去与脱硅粉煤灰中SiO2、TiO2和Fe2O3消耗的CaO，剩余的CaO与脱硅粉煤灰中Na2O的和与脱硅粉煤灰中Al2O3的摩尔比为（CaO+Na2O）/Al2O3=1.2-1.6。
进一步地，步骤1）中所述半干法烧制的温度为1200-1450℃，烧制时间为0.5-4h。
进一步地，步骤2）中熟料进行碱溶出的温度为70-90℃，溶出时间为0.5-3h。
进一步地，在步骤2）中溶出时碱液和熟料的液固比为3-5L/kg，所用碱液为碳酸钠溶液，其中，碳酸钠溶液的浓度按Na2O计为90-120g/L。
进一步地，步骤3）中溶出液进行脱硅处理为依次进行的脱硅温度为90-100℃，时间为4-8h的脱硅处理和脱硅温度为140-170℃，时间为0.5-2h的脱硅处理。
进一步地，步骤3）中的碳酸化分解后的母液经蒸发后返回步骤2）中，用于熟料碱溶出。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明采用脱硅粉煤灰半干法生产氧化铝的方法，克服了现有碱法粉煤灰生产氧化铝过程中物耗和能耗高的缺点。
2、本发明采用脱硅粉煤灰半干法生产氧化铝的方法，解决了现有石灰石烧结法中熟料配钙比高、溶出率低的问题。
3、本发明采用脱硅粉煤灰半干法生产氧化铝的方法，具有工艺流程简单、废渣排放量少的优点。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法，包括以下步骤：
1）将干燥后含水18%以下的脱硅粉煤灰（其中，Al2O3与SiO2的质量百分含量分别为35-55%和20-40%）与石灰石置于球磨机中，在转速15-20rpm下磨制混合至粒度为200目以下，石灰石的添加量满足混合物料中，CaO与SiO2、TiO2和Fe2O3的摩尔比为：CaO/SiO2=1.8-2、CaO/TiO2=0.9-1.1、CaO/Fe2O3=1.8-2.2，最终保证石灰石中除去与脱硅粉煤灰中SiO2、TiO2和Fe2O3消耗的CaO，剩余的CaO与脱硅粉煤灰中的Na2O的和与脱硅粉煤灰中Al2O3的摩尔比为（CaO+Na2O）/Al2O3=1.2-1.6；再将球磨后的混合物料置于回转窑中，采用半干法在温度为1200-1450℃下，烧结0.5-4h制成烧结熟料；
2）将碳酸钠溶液与烧结熟料置于溶出湿磨***中进行溶出，溶出温度为70-90℃，溶出时间为0.5-3h，溶出时碳酸钠溶液与烧结熟料的液固比为3-5L/kg，碳酸钠溶液的浓度按Na2O计为90-120g/L，其中，所述的熟料中氧化铝的溶出率≥80%，溶出后过滤、分离，获得溶出液；
3）在溶出液中加入晶种先进行温度为90-100℃，时间为4-8h的脱硅处理，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的加入量为40-60g/L溶出液；再进行温度为140-170℃，时间为0.5-2h的脱硅处理，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的加入量为10-30g/L溶出液；再进行碳酸化分解，其中，碳酸化分解后的母液经蒸发后返回步骤2）中，用于熟料碱溶出，得到氢氧化铝；
4）氢氧化铝经过焙烧后得到氧化铝。
实施例1
1）将干燥后含水16%的脱硅粉煤灰（其中，Al2O3与SiO2的质量百分含量分别为50%和40%）与石灰石置于球磨机中，在转速20rpm下磨制混合至粒度为180目，石灰石的添加量满足混合物料中，CaO与SiO2、TiO2和Fe2O3的摩尔比为：CaO/SiO2=2、CaO/TiO2=1.0、CaO/Fe2O3=2.0，最终保证石灰石中除去与脱硅粉煤灰中SiO2、TiO2和Fe2O3消耗的CaO，剩余的CaO与脱硅粉煤灰中的Na2O的和与脱硅粉煤灰中Al2O3的摩尔比为（CaO+Na2O）/Al2O3=1.6；再将球磨后的混合物料置于回转窑中，采用半干法在温度为1250℃下，烧结4h制成烧结熟料；
2）将碳酸钠溶液与烧结熟料置于溶出湿磨***中进行溶出，溶出温度为90℃，溶出时间为3h，溶出时碳酸钠溶液与烧结熟料的液固比为5L/kg，碳酸钠溶液的浓度按Na2O计为120g/L，其中，所述的熟料中氧化铝的溶出率可以达到90%，溶出后过滤、分离，获得溶出液；
3）在溶出液中加入晶种先进温度为100℃，时间为8h的脱硅处理，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的加入量为60g/L溶出液；再进行温度为170℃，时间为2h的脱硅处理，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的加入量为30g/L溶出液；再进行碳酸化分解，其中，碳酸化分解后的母液经蒸发后返回步骤2）中，用于熟料碱溶出，得到氢氧化铝；
4）氢氧化铝经过焙烧后得到氧化铝。
实施例2
1）将干燥后含水16%的脱硅粉煤灰（其中，Al2O3与SiO2的质量百分含量分别为45%和25%）与石灰石置于球磨机中，在转速20rpm下磨制混合至粒度为180目，石灰石的添加量满足混合物料中，CaO与SiO2、TiO2和Fe2O3的摩尔比为：CaO/SiO2=1.8、CaO/TiO2=0.9、CaO/Fe2O3=1.8，最终保证石灰石中除去与脱硅粉煤灰中SiO2、TiO2和Fe2O3消耗的CaO，剩余的CaO与脱硅粉煤灰中的Na2O的和与脱硅粉煤灰中Al2O3的摩尔比为（CaO+Na2O）/Al2O3=1.2；再将球磨后的混合物料置于回转窑中，采用半干法在温度为1200℃下，烧结1h制成烧结熟料；
2）将碳酸钠溶液与烧结熟料置于溶出湿磨***中进行溶出，溶出温度为70℃，溶出时间为1h，溶出时碳酸钠溶液与烧结熟料的液固比为4L/kg，碳酸钠溶液的浓度按Na2O计为90g/L，其中，所述的熟料中氧化铝的溶出率可以达到85%，溶出后过滤、分离，获得溶出液；
3）在溶出液中加入晶种先进行温度为100℃，时间为5h的脱硅处理，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的加入量为50g/L溶出液；再进行温度为170℃，时间为2h的脱硅处理，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的加入量为30g/L溶出液；再进行碳酸化分解，其中，碳酸化分解后的母液经蒸发后返回步骤2）中，用于熟料碱溶出，得到氢氧化铝；
4）氢氧化铝经过焙烧后得到氧化铝。
实施例3
1）将干燥后含水16%的脱硅粉煤灰（其中，Al2O3与SiO2的质量百分含量分别为50%和30%）与石灰石置于球磨机中，在转速20rpm下磨制混合至粒度为180目，石灰石的添加量满足混合物料中，CaO与SiO2、TiO2和Fe2O3的摩尔比为：CaO/SiO2=1.9、CaO/TiO2=1.0、CaO/Fe2O3=2.0，最终保证石灰石中除去与脱硅粉煤灰中SiO2、TiO2和Fe2O3消耗的CaO，剩余的CaO与脱硅粉煤灰中的Na2O的和与脱硅粉煤灰中Al2O3的摩尔比为（CaO+Na2O）/Al2O3=1.4；再将球磨后的混合物料置于回转窑中，采用半干法在温度为1300℃下，烧结2h制成烧结熟料；
2）将碳酸钠溶液与烧结熟料置于溶出湿磨***中进行溶出，溶出温度为80℃，溶出时间为2h，溶出时碳酸钠溶液与烧结熟料的液固比为4L/kg，碳酸钠溶液的浓度按Na2O计为100g/L，其中，所述的熟料中氧化铝的溶出率可以达到80%，溶出后过滤、分离，获得溶出液；
3）在溶出液中加入晶种先进行温度为95℃，时间为6h的脱硅处理，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的加入量为50g/L溶出液；再进行温度为150℃，时间为1h的脱硅处理，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的加入量为20g/L溶出液；再进行碳酸化分解，其中，碳酸化分解后的母液经蒸发后返回步骤2）中，用于熟料碱溶出，得到氢氧化铝；
4）氢氧化铝经过焙烧后得到氧化铝。
Claims (10)
1.一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将干燥后含水18%以下的脱硅粉煤灰与石灰石磨制混合，采用半干法烧制成熟料；
2）将上述熟料进行碱溶出，溶出后进行过滤、分离，得到溶出液；
3）将溶出液进行脱硅处理后，进行碳酸化分解，得到氢氧化铝；
4）氢氧化铝经焙烧后得到氧化铝。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1）中，将脱硅粉煤灰与石灰石磨制混合成为粒度为200目以下的混合物料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1）所用脱硅粉煤灰中，Al2O3与SiO2的质量百分含量分别为35-55%和20-40%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1）的混合物料中，石灰石的添加量满足混合物料中，CaO与SiO2、TiO2和Fe2O3的摩尔比为：CaO/SiO2=1.8-2、CaO/TiO2=0.9-1.1、CaO/Fe2O3=1.8-2.2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）的石灰石中除去与脱硅粉煤灰中SiO2、TiO2和Fe2O3消耗的CaO，剩余的CaO与脱硅粉煤灰中Na2O的和与脱硅粉煤灰中Al2O3的摩尔比为（CaO+Na2O）/Al2O3=1.2-1.6。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中所述半干法烧制的温度为1200-1450℃，烧制时间为0.5-4h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中熟料进行碱溶出的温度为70-90℃，溶出时间为0.5-3h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2）中溶出时碱液和熟料的液固比为3-5L/kg，所用碱液为碳酸钠溶液，其中，碳酸钠溶液的浓度按Na2O计为90-120g/L。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3）中溶出液进行脱硅处理为依次进行的脱硅温度为90-100℃，时间为4-8h的脱硅处理和脱硅温度为140-170℃，时间为0.5-2h的脱硅处理。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3）中的碳酸化分解后的母液经蒸发后返回步骤2）中，用于熟料碱溶出。
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