CN104445308A

CN104445308A - 一种从循环流化床粉煤灰中提取氧化铝的方法

Info

Publication number: CN104445308A
Application number: CN201310420612.1A
Authority: CN
Inventors: 马家玉
Original assignee: Guiyang Aluminum Magnesium Design and Research Institute Co Ltd
Current assignee: Guiyang Aluminum Magnesium Design and Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2015-03-25

Abstract

本发明涉及一种利用酸法从循环流化床粉煤灰中提取氧化铝的方法，包括：（1）将研磨后的粉煤灰用硫酸进行浸出，过滤分离后得到高硅渣；（2）将步骤（1）得到的滤液蒸发浓缩后冷却，得到含有杂质的硫酸铝晶体；（3）将步骤（2）得到的硫酸铝晶体重新用盐酸进行溶解，并通入氯化氢气体使溶液过饱和，得到氯化铝晶体；（4）将步骤（3）得到的氯化铝晶体进行热解，得到高纯氧化铝和氯化氢气体，氯化氢气体循环利用。本发明粉煤灰中铝回收率高，可达到85%以上，提取后的残渣量不足灰量的10%，硫酸和盐酸都无须再生便可循环使用，不会对环境造成二次污染。

Description

一种从循环流化床粉煤灰中提取氧化铝的方法

技术领域

本发明属于粉煤灰高值化利用领域，特别涉及一种利用酸法从循环流化床粉煤灰中提取氧化铝的新方法。

背景技术

近年来，我国煤电工业迅速发展的同时带来了固体废弃物粉煤灰排放量的急剧增加，到2007年，我国粉煤灰的年排放量已超过2亿吨，且仍在逐年增加，累计堆存量超过25亿吨。大量排放的粉煤灰既占用大量土地，又对土壤，水资源和空气造成严重污染。因此，粉煤灰的综合利用已成为当务之急。

目前，粉煤灰已在建工，建筑等多个领域得到应用，尽管用量较大，但其消化量远远赶不上排放量的增长，且属于低附加值，低技术含量的粗放式利用。另一方面，粉煤灰中含有丰富的铝、硅、铁等有用元素，其中二氧化硅含量40～60%，氧化铝含量17～50%，氧化铁含量2～15%，从粉煤灰中把这些有用物质提取出来，成为粉煤灰高值化利用的热点。而当前粉煤灰高值化利用主要集中在氧化铝的提取方面。

国内外处理粉煤灰大致可分为碱法和酸法。上世纪六十年代，波兰就利用碱石灰烧结法从粉煤灰中提取氧化铝，建成了年产5000吨氧化铝及35万吨水泥的实验工厂。我国安徽省冶金研究所和安徽水泥研究院在八十年代联合申报了由石灰石烧结，碳酸钠溶出从粉煤灰中提取氧化铝，残渣用于生产水泥的成果，并通过了专家鉴定。虽然碱法处理粉煤灰报道很多，但目前未见工业化的报道。其原因是碱法工艺冗长，设备投资大，能耗高，成本高，而且产生的残渣量是粉煤灰的数倍，残渣制成的大量水泥就地销售困难，综合效益差，因而阻碍了碱法在粉煤灰综合利用方面的应用。

与碱法相比，酸法处理粉煤灰有明显的优势。酸法在有效提取氧化铝的同时，可以得到硅产品，进一步处理后可制成白炭黑而出售。酸法工艺设备投资小，能耗低，成本亦低，残渣量小。但是酸法工艺也存在一些问题：（1）耐酸设备，特别是高压耐酸设备造价昂贵；（2）铝盐溶液除铁困难；（3）从有用成分浓度低的废气中再生酸较难；（4）铝为三价元素，溶解单位质量Al₂O₃ 需要大量酸；（5）煅烧分解含结晶水多的铝盐水合物的困难很多，而且热耗大；（6）粉煤灰酸浸反应铝浸出率低，特别用煤粉炉粉煤灰时，浸出率不到50%。上述诸多问题中尤其是问题（2）和（3）比较棘手，解决难度大，直接影响了酸法工艺的工业应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对当前酸法工艺存在的问题，特别是铝盐溶液除铁困难以及从有用成分浓度低的废气中再生酸较难的问题，提供一种利用酸法从粉煤灰中提取氧化铝的方法，铝盐溶液不需要除铁，酸溶液不需要再生而直接循环利用。

本发明采用的技术方案是：一种从循环流化床粉煤灰中提取氧化铝的方法，包括以下步骤：

1）将来自于循环流化床的粉煤灰研磨至200～400目，研磨后的粉煤灰与浓度60%～98%硫酸按1:1～6的重量比混合，加热至180～240℃反应1～3小时，反应完成后过滤分离洗涤得到高硅渣；

2）将步骤1）得到的滤液蒸发浓缩后冷却到0～5℃，析出含有杂质的硫酸铝晶体；

3）将步骤2）得到的硫酸铝晶体重新用浓度25%～36%盐酸进行溶解，所加硫酸铝晶体与盐酸的重量比为1:0.5～1，溶解温度80～120℃，并通入氯化氢气体使溶液过饱和，析出氯化铝晶体；

4）将步骤3）得到的氯化铝晶体经分离洗涤后在1000～1100℃下进行焙烧，得到高纯氧化铝和氯化氢气体，氯化氢气体返回步骤3）循环利用。

所述的步骤1）中高硅渣分离洗涤采用过滤机分离或沉降槽分离中的一种。

所述的步骤1）中高硅渣分离洗涤采用一级、二级或多级逆流洗涤或采用一级、二级或多级平流洗涤中的一种。

所述的步骤1）中得到的高硅渣主要成分是二氧化硅，可用于制备白炭黑、硅胶或其它高硅产品。

所述的步骤2）中析出硫酸铝晶体后的溶液为硫酸，该硫酸返回步骤1）循环利用。

所述的步骤3）中析出氯化铝晶体后的溶液为盐酸，直接返回到流程中循环利用。

所述的步骤4）中氯化铝晶体分离洗涤采用过滤机分离或沉降槽分离中的一种。

本发明所处理的粉煤灰其化学成分主要为二氧化硅、氧化铝、氧化铁，三者对应的含量（质量比重）分别为40～60%、17～50%、2～15%。超出此范围的粉煤灰也可以参照此方法处理。

与其它处理粉煤灰的方法，特别是与其它酸法工艺相比，本发明的优点体现在：

1采用循环流化床粉煤灰为原料，粉煤灰中铝、硅活性高，可在硫酸溶液中充分浸出，铝的浸出率高，可达90%以上；

2铝盐溶液不需要单独除铁，从而解决了酸溶液除铁困难的问题；

3提取过程中所用的酸溶液不需要再生而直接循环利用，不存在其它酸法工艺中从浓度低的废气中再生酸较难的问题；

4工艺流程简单，投资低，整个工艺技术中酸、气体均可实现循环利用，不会对环境造成二次污染。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

实施例1

（1）将某地循环流化床高铝粉煤灰（化学组成见表1）研磨至200目，研磨后的粉煤灰与浓度85%硫酸按1:4的重量比混合，加热至200℃反应2小时，反应完成后经过滤分离洗涤得到高硅渣。

（2）将步骤（1）得到的滤液蒸发浓缩后冷却到3℃，析出硫酸铝，过滤分离后得到含有杂质的硫酸铝晶体，滤液为硫酸，返回到流程中循环利用。

（3）将步骤（2）得到的硫酸铝晶体用浓度31%盐酸（硫酸铝晶体与盐酸的重量比为1:0.8）在100℃溶解，并通入氯化氢气体使溶液过饱和，析出氯化铝，过滤分离洗涤后得到氯化铝晶体，滤液为盐酸，返回到流程中循环利用。

（4）将步骤（3）得到的氯化铝晶体在1050℃下进行焙烧，得到高纯氧化铝和氯化氢气体，氯化氢气体返回步骤（3）循环利用。经计算知粉煤灰中铝的回收率约为88%。

表1某地循环流化床高铝粉煤灰化学组成

组成	Al₂O₃	SiO₂	Fe₂O₃	CaO	TiO₂	K₂O	Na₂O	MgO	灼碱	其他	总计
												重量比/%	48.20	38.33	1.85	3.42	1.1	0.33	0.21	0.09	5.21	1.26	100.00

实施例2

（1）将化学组成如表1所示的粉煤灰研磨至300目，研磨后的粉煤灰与浓度98%硫酸按1:6的重量比混合，加热至240℃反应3小时，反应完成后经过滤分离洗涤得到高硅渣。

（2）将步骤（1）得到的滤液蒸发浓缩后冷却到5℃，析出硫酸铝，过滤分离后得到含有杂质的硫酸铝晶体，滤液为硫酸，返回到流程中循环利用。

（3）将步骤（2）得到的硫酸铝晶体用浓度36%盐酸（硫酸铝晶体与盐酸的重量比为1:1）在120℃溶解，并通入氯化氢气体使溶液过饱和，析出氯化铝，过滤分离洗涤后得到氯化铝晶体，滤液为盐酸，返回到流程中循环利用。

（4）将步骤（3）得到的氯化铝晶体在1100℃下进行焙烧，得到高纯氧化铝和氯化氢气体，氯化氢气体返回步骤（3）循环利用。经计算知粉煤灰中铝的回收率约为90%。

实施例3

（1）将某地循环流化床粉煤灰（化学组成见表2）研磨至400目，研磨后的粉煤灰与浓度60%硫酸按1:1的重量比混合，加热至180℃反应1小时，反应完成后经过滤分离洗涤得到高硅渣。

（2）将步骤（1）得到的滤液蒸发浓缩后冷却到0℃，析出硫酸铝，过滤分离后得到含有杂质的硫酸铝晶体，滤液为硫酸，返回到流程中循环利用。

（3）将步骤（2）得到的硫酸铝晶体用浓度25%盐酸（硫酸铝晶体与盐酸的重量比为1:0.5）在80℃溶解，并通入氯化氢气体使溶液过饱和，析出氯化铝，过滤分离洗涤后得到氯化铝晶体，滤液为盐酸，返回到流程中循环利用。

（4）将步骤（3）得到的氯化铝晶体在1000℃下进行焙烧，得到高纯氧化铝和氯化氢气体，氯化氢气体返回步骤（3）循环利用。经计算知粉煤灰中铝的回收率约为86%。

表2 某地循环流化床粉煤灰化学组成

组成	Al₂O₃	SiO₂	Fe₂O₃	CaO	TiO₂	K₂O	Na₂O	MgO	灼碱	其他	总计
												重量比/%	30.6	41.9	1.6	2.4	1.15	0.2	0.37	0.6	15.9	5.28	100.00

实施例4

（1）将化学组成如表2所示的粉煤灰研磨至400目，研磨后的粉煤灰与浓度90%硫酸按1:4的重量比混合，加热至200℃反应3小时，反应完成后经过滤分离洗涤得到高硅渣。

（2）将步骤（1）得到的滤液蒸发浓缩后冷却到2℃，析出硫酸铝，过滤分离后得到含有杂质的硫酸铝晶体，滤液为硫酸，返回到流程中循环利用。

（3）将步骤（2）得到的硫酸铝晶体用浓度31%盐酸（硫酸铝晶体与盐酸的重量比为1:0.8）在120℃溶解，并通入氯化氢气体使溶液过饱和，析出氯化铝，过滤分离洗涤后得到氯化铝晶体，滤液为盐酸，返回到流程中循环利用。

（4）将步骤（3）得到的氯化铝晶体在1050℃下进行焙烧，得到高纯氧化铝和氯化氢气体，氯化氢气体返回步骤（3）循环利用。经计算知粉煤灰中铝的回收率约为87%。

Claims

1.一种从循环流化床粉煤灰中提取氧化铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将来自于循环流化床的粉煤灰研磨至200～400目，研磨后的粉煤灰与浓度60%～98%硫酸按1:1～6的重量比混合，加热至180～240℃反应1～3小时，反应完成后过滤分离洗涤得到高硅渣；

将步骤1）得到的滤液蒸发浓缩后冷却到0～5℃，析出含有杂质的硫酸铝晶体；

将步骤2）得到的硫酸铝晶体重新用浓度25%～36%的盐酸进行溶解，硫酸铝晶体与盐酸的重量比为1:0.5～1，溶解温度为80～120℃，并通入氯化氢气体使溶液过饱和，析出氯化铝晶体；

步骤3）得到的氯化铝晶体经分离洗涤后在1000～1100℃下进行焙烧，得到高纯氧化铝和氯化氢气体，氯化氢气体返回步骤3）循环利用。

2.根据权利要求1所述的一种从循环流化床粉煤灰中提取氧化铝的方法，其特征在于：步骤1）中高硅渣分离洗涤采用过滤机分离或沉降槽分离。

3.根据权利要求1所述的一种从循环流化床粉煤灰中提取氧化铝的方法，其特征在于：步骤1）中高硅渣分离洗涤采用一级、二级或多级逆流洗涤或采用一级、二级或多级平流洗涤中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种从循环流化床粉煤灰中提取氧化铝的方法，其特征在于：步骤4）中氯化铝晶体分离洗涤采用过滤机分离或沉降槽分离。

5.根据权利要求1所述的一种从循环流化床粉煤灰中提取氧化铝的方法，其特征在于：步骤2）中析出硫酸铝晶体后的硫酸溶液返回步骤1）循环利用。

6.根据权利要求1或5述的一种从循环流化床粉煤灰中提取氧化铝的方法，其特征在于：步骤3）中析出氯化铝晶体后的盐酸溶液，直接返回到流程中循环利用。