CN104649306A - 一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法 - Google Patents
一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104649306A CN104649306A CN201410823508.1A CN201410823508A CN104649306A CN 104649306 A CN104649306 A CN 104649306A CN 201410823508 A CN201410823508 A CN 201410823508A CN 104649306 A CN104649306 A CN 104649306A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- roasting
- solution
- bed
- impurity
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
本发明涉及一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法。包括:(1)粉煤灰与硫酸铵混合造粒;(2)对颗粒进行两段式流态化焙烧***焙烧;(3)在熟料中加入稀硫酸进行物料的溶出,过滤,滤液为NH4Al(SO4)2粗液;(4)对上述溶液进行采用联合法除杂后,过滤,得到NH4Al(SO4)2***;(5)上述除杂分离出来的NH4Al(SO4)2***吸收焙烧反应过程中释放出的氨气,该氨气与NH4Al(SO4)2***发生氨沉反应,生成Al(OH)3;(6)对上述沉淀物Al(OH)3在1100℃进行煅烧,便得到Al2O3。本发明采用粉煤灰与硫酸铵焙烧、联合法杂质及富氧燃烧两段式流态化焙烧***,解决了背景技术中设备的高腐蚀、焙烧粘壁、结团、结焦的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法。
背景技术
火力发电在我国的发电结构中占有主导地位,而燃煤火力发电在火力发电中占有绝对的比例,粉煤灰是燃煤电厂排弃的固体废弃物。
近年来,随着电力工业的发展,粉煤灰的排放量急剧增长,据中国煤炭工业协会2009年1月的报告,2008年我国的产煤总量为27.16亿吨,其中大部分用于发电,我国粉煤灰的年排放量已超过2亿吨,累计堆存量超过25亿吨,占用了大量耕地、大范围地污染了环境。因此,开展粉煤灰的综合利用研究,实现其资源化,不仅是关系到我国电力工业及相关工业可持续发展所面临的亟待解决的重大问题,而且对保护土地资源、减少和消除环境污染,实现循环经济具有重要意义。
粉煤灰中含有的主要成份有:Al2O3、SiO2、Fe2O3、FeO、TiO2、CaO、K2O、MgO等,其中氧化铝的含量一般可达到20%~40%,最高可达50%以上,可代替铝土矿成为一种很好的氧化铝资源。由于粉煤灰是在炉膛中高温燃烧的产物,所以大部份粉煤灰是以玻璃体形式存在,其结构聚合度大,化学性质十分稳定。
目前国内外由粉煤灰制备氧化铝的方法,主要为酸浸法、碱熔法。
酸浸法(硫酸直接浸取法、氟銨助溶法、硫酸铝銨等)系以酸为浸剂从粉煤灰中提取氧化铝,其缺点是粉煤灰中含有的其它金属也会随铝一起进入浸取液,影响氧化铝产品的纯度,需设法提纯,且对设备腐蚀严重,污染大。
烧结碱熔法(石灰石烧结自粉化法、碱石灰烧结法、碳酸钠焙烧法等)系利用碱从粉煤灰中提取氧化铝,由于硅随铝一起溶解于碱溶液,需想法脱硅。
酸浸法或烧结碱熔法提取氧化铝的过程中,为了去除溶液中的杂质,基本上均采用了氧化铝行业的拜尔法除杂,致使整个工艺链较长,设备投资大,能耗高;同时,无论是粉煤灰与活化料的混合高温加热还是铝盐锻烧生成氧化铝均需进行焙烧,在焙烧过程中耗能高、烟气量大、给后续烟气处理带来困难,并且焙烧过程中极容易发生物料熔融粘壁、结块或结圈等现象。因此,由于上述成本高及工艺难以操作等原因,使粉煤灰提取氧化铝无法真正实现工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提高一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法,采用粉煤灰与硫酸铵焙烧、联合除杂以及富氧燃烧两段式流态化焙烧***,解决了背景技术中设备的高腐蚀问题,并缩短了整体主流程的工艺链,其两段式流态化焙烧***采用富氧燃烧、两段循环流态化焙烧、密相输送等方法使焙烧过程能耗低、经济、烟气量小、成本低,并解决了物料熔融粘壁、结块或结圈的技术问题。
本发明的技术解决方案是:
一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法,其特征在于:
(1) 粉煤灰与硫酸铵(NH4)2SO4混合造粒
在粉煤灰中加入(NH4)2SO4,均匀混合,粉煤灰与(NH4)2SO4的混合摩尔比为1:5~10;
完成造粒,球型混合颗粒的粒度为直径0.5~10mm。
(2) 对颗粒进行两段式流态化焙烧***焙烧,本发明中低温干燥***与高温焙烧氧化铝***组合具有如下创新点:
① 将物料焙烧分为低温和高温焙烧流化床***两部分,完全并联独立,可做到互不干扰;低温焙烧流化床内部为单级或多级串联沸腾床,在炉内提供补然火焰,能解决由于大量的结晶水集中放出,热能供给不足、不及时,而出现结团、结渣的现象,对物料晶体附着水分适应范围广;
② 低温干燥***在低温焙烧流化床内将物料进行干燥脱水、氧化,去除颗粒表面的游离水。同时严格控制出口烟气温度并对出口烟气进行多级余热回收,实现能耗的最小化,尽可能的燃料的消耗。最后将低温烟气进行吸收利用;低温干燥流化床焙烧,温度为60~220℃,时间3秒~30分钟。
③ 惰性气体密相输送,将低温干燥流化床焙烧后的混合颗粒用空分后的氮气输送入高温焙烧循环流化床。由于氮气是由空分***而来,因此可控制氮气的进炉量,大大降低NOx的排放,并且输送是全封闭性,使整个输送过程无粉尘飞扬,对环境无污染。
④ 高温焙烧***可以根据物料品质调整焙烧循环流化床运行温度,同时尽可能的将余热进行回收,产生饱和蒸汽并预热低温焙烧用流化空气。对低温干燥焙烧后密相输送来的颗粒进行循环流化床高温焙烧,焙烧温度为80~800℃,焙烧时间为3秒~30分钟,最后生成熟料。
上述方法,是把硫酸铵做为循环介质,二者混合配料,在常压下进行固相反应,激活粉煤灰的活性,使之与硫酸铵发生反应,生成水溶性的硫酸铝、硫酸铁、硫酸钛、硫酸镁等含有部分硫酸铝铵、硫酸铁铵等复盐的混合熟料,并释放出氨气。
生产氧化铝之焙烧过程的化学反应方程式为:
Al2O3 +4(NH4)2SO4=2NH4 Al(SO4)2+6 NH3↑+3H2O
Al2O3 +3(NH4)2SO4=Al2(SO4)3+6 NH3↑+3H2O
Fe2O3+4(NH4)2SO4=2NH4 Fe(SO4)2+6 NH3↑+3H2O
Fe2O3+3(NH4)2SO4=Fe 2(SO4)3+6 NH3↑+3H2O
(NH4)2SO4 → SO3↑+NH3↑
(3) 在焙烧后产生的熟料中加入2~30%的稀硫酸进行物料的溶出,过滤,滤液为NH4 Al(SO4)2粗液,滤渣的硅渣,主要成分为二氧化硅,加酸的目的是除去溶液中的二氧化硅(因二氧化硅不溶于酸)。
(4)对上述溶液进行过滤,对滤液通入焙烧反应过程中释放出的氨气,调节溶液PH值,以满足联合法除杂的要求,经除杂质后,得到NH4Al(SO4)2***。
(5)上述除杂分离出来的NH4Al(SO4)2***吸收焙烧反应过程中释放出的氨气, 该氨气与NH4 Al(SO4)2***发生氨沉反应:
NH4 Al(SO4)2+3 NH3+3H2O=Al(OH)3↓+2(NH4)2SO4
(6)将上述沉淀物Al(OH)3进入焙烧***焙烧:
对物料***送来的Al(OH)3颗粒进行循环流化床高温焙烧,焙烧温度为1100℃左右,焙烧时间为3秒~30分钟,最后生成冶金级氧化铝。
(7)对第(5)步过滤后的硫酸铵溶液进行浓缩结晶后,回收的硫酸铵循环进行利用,从(1)步开始重复使用从粉煤灰中提取氧化铝的方法。
上述步骤(4)的去除杂质方法为:沉淀法联合树脂法去除杂质,包括以下步骤:
a. 加入有机沉淀剂,部分除去钙、镁、铁等杂质:
所述有机沉淀剂,系指草酸或柠檬酸,会生成有机沉淀,当上述沉淀反应完成后,过滤分离固体沉淀,就可以除去大量钙、镁、铁等杂质,
所述有机沉淀剂的浓度为5%~100%,
其化学反应方程式为: MCI2 + H2C2O4 =MC2O4+ 2HCI
其中:M表示钙、镁、铁等阳离子;
b. 离子交换法,深度除去钙、镁、铁等杂质:
将上述部分去除杂质的溶液,利用离子交换树脂通过离子交换达到深度除杂的效果。每升树脂可吸附杂质2~15克。
3R-SO 3- ·H + +Fe 3+ =(R-SO 3- ) 3 ·Fe 3+ +3H +
其中:R表示树脂母体, -SO3 -为功能集团,Fe3+为溶液中待除去的杂质离子。
上述步骤(4)的去除杂质方法为:沉淀法联合萃取法去除杂质,包括以下步骤:
a. 加入有机沉淀剂,部分除去钙、镁、铁等杂质:
所述的有机沉淀剂,系指草酸、柠檬酸等,会生成有机沉淀,当上述沉淀反应完成后,过滤分离固体沉淀,就可以除去大量钙、镁、铁等杂质,
沉淀剂的浓度为5%~100%,其化学反应方程式为: MCI2 + H2C2O4 =MC2O4+ 2HCI
其中:M表示钙、镁、铁等阳离子;
b. 加入有机萃取剂,深度除去钙、镁、铁等杂质:
将上述部分去除杂质的溶液,加入有机萃取剂P204(萃取剂P204浓度为50%时,溶液对萃取剂的比例为1:0.3~2),使溶液中的Fe3+等杂质离子与有机萃取剂结合成稳定的化合物,通过两相分层、液-液分离,达到深度除去溶液中Fe3+等杂质的目的。
萃取剂萃取Fe3+的过程是阳离子的交换过程, P204中的H+和溶液中的金属离子Me发生交换,溶液中的金属离子进入有机相, P204中的H+进入水溶液。
其化学反应方程式为: Men++nHR→MeRn+nH+
由该反应式可以看出,P204萃取铁离子时电离出H+,故当采用低浓度的酸溶液时,有利于金属离子的萃取。根据P204对各种金属离子萃取能力的不同,可将铁与杂质分离。当负载金属离子的P204与高浓度的酸溶液(如盐酸、硫酸)作用时,由于H+浓度增大,平衡向逆方向移动,P204以游离态形式出现,萃取的金属离子重新到水溶液中。利用这一性质,可以再生有机相。
上述步骤(4)的去除杂质方法为:膜析酸法、联合沉淀法去除杂质,包括以下步骤:
采用膜渗析从酸性铝溶液中提取其中的酸,由于渗酸是个动态过程,
当体系PH达到2.0时, 其中的铁以氢氧化铁沉淀析出, PH达到3.7时,沉淀完全—完成一级渗析。随之进行固液分离,去除氢氧化铁,继续用膜渗析提酸。
当体系PH达到3.8时, 其中的铝以氢氧化铝沉淀析出, PH达到4.8时,沉淀完成全;并连续渗析,直至酸全部提取——完成二级渗析。随之进行固液分离,收集氢氧化铝沉淀,焙烧得到氧化铝产品,其它杂质全部保留在溶液中而被去除。
其离子方程式为: Fe3++3HO-=Fe(OH)3↓
Al3++3HO-=Al(OH)3↓
上述(4)的去除杂质方法为:吸附共沉法去除杂质。
在PH值为1.6的酸性溶液中,加入高锰酸钾和硫酸锰溶液,MnO4 - 是强氧化剂,它可以把Fe2+氧化成Fe3+,还原产物为Mn2+。过量的MnO4 -和Mn2+发生氧化还原反应,而析出活性MnO2。
而溶液中的Fe3+在PH值为2.0时发生水解,水解生成的Fe(OH)3与反应新生成的活性MnO2立即形成棕色共沉淀物,以此来打破Fe3+水解平衡使之水解完全,从而达到除去杂质铁的目的。
其化学反应方程式为:
MnO4 - + 5 Fe2+ +8 H+ = Mn2++5Fe3++4HO-
2 MnO4 -+3 Mn2++2 H2O=5 MnO2+4H+
Fe3++3 H2O=Fe(OH)3+3H+。
本发明的优点是:
本发明用硫酸铵为循环介质提取氧化铝,由于硫酸铵不与二氧化硅起反应,故在提取氧化铝的过程中,省去了繁杂的脱硅工序;利用稀硫酸法过滤除去二氧化硅,并用联合除杂法除去其它杂质,缩短了整体主流程的工艺链,提高了氧化铝的提取率及纯度,克服了传统酸法工艺对设备的腐蚀并有利于环境保护。采用的富氧燃烧两段式流态化焙烧***,使焙烧过程能耗低、经济、烟气量小、成本低,并解决了物料熔融粘壁、结块或结圈的技术问题。
附图说明
图1为本发明从粉煤灰中提取氧化铝的流程图。
图2 为本发明富氧燃烧两段式流态化焙烧***流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
实施例1:参见图1
(1) 粉煤灰与硫酸铵(NH4)2SO4混合造粒
在10吨粉煤灰(含氧化铝42.8%)中加入33.26吨(NH4)2SO4,使粉煤灰与(NH4)2SO4的混合摩尔比为1:6,均匀混合;
完成造粒,球型混合颗粒的粒度为直径0.5~10mm。
(2) 对颗粒进行两段式流态化焙烧***焙烧,参见图2
将含水率为6%~20%的物料颗粒(0.5~10mm)通过料仓及给料装置进入低温干燥***进行低温焙烧脱除颗粒表面的全部水分。在低温干燥***内,环境空气经第一助燃风机增压后经过第一空气预热器预热送入低温焙烧流化床风室,当预热空气所含热量不足以满足物料升温脱水的过程中需要吸收大量的热能时,启动低温焙烧流化床燃烧器喷入燃料,与来自第一空气预热器的热空气进行燃烧,为干燥过程提供补燃热源,供物料热分解。物料被床内部的热烟气流化而脱水干燥,逐渐转化为熟料颗粒。低温焙烧流化床本体采用沸腾鼓泡床操作方式,减少物料的扬析量。温度在220℃以下并含有粉尘的低温干燥尾气从低温焙烧流化床本体顶部进入第一旋风分离器,采用第一旋风分离器将烟气中携带出的小粒径颗粒通过第一回料装置回送至低温焙烧流化床本体下部密相区内继续焙烧干燥;过滤后的尾气自第一旋风分离器进入第一高效旋风分离器进一步回收细小粉尘颗粒后进入第一空气预热器,采用空气预热器回收低温尾气显热,预热自第一助燃风机来的空气后尾气温度降低后进入特制耐腐蚀的第一布袋除尘器;尾气在第一布袋除尘器进一步除尘后被送入成品氨吸收***。
低温焙烧流化床本体内的粉料通过重力作用从下部排料管进入高温焙烧氧化铝***高温煅烧粉料使之成为合格产品,在高温焙烧***内,环境空气经第二助燃风机增压后经过第二空气预热器预热到100~350℃送入焙烧循环流化床风室,焙烧循环流化床燃烧器喷入燃料,与来自第二空气预热器的热空气进行燃烧,为焙烧过程提供热源,使焙烧循环流出床本体运行温度维持在80~800℃。自低温焙烧流化床本体下部排料管和中间熟料仓来的低温干燥粉料被送入给料装置,自多级错流沸腾冷却床来的热空气作为焙烧循环流出床本体二次风使用或直接进入余热锅炉回收热量。进入炉内的粉料随气流上升。焙烧循环流出床本体采用快速床操作方式,将焙烧后的高温粉尘夹带离开床层,焙烧床出口烟气温度保持在300~800℃,高物料浓度的高温焙烧烟气从焙烧循环流出床本体顶部进入第二旋风分离器,采用第二旋风分离器将烟气中携带出的大量粉尘通过第二回料装置回送至焙烧循环流出床本体下部,进一步回收细小粉尘颗粒后进入余热锅炉,采用余热锅炉回收高温烟气显热,将锅炉给水加热蒸发产生中低压饱和蒸汽用于工厂生产用气。经过余热锅炉降温后的烟气温度降至200℃左右后进入第二布袋除尘器;烟气在第一布袋除尘器进一步除尘后被送入第二空气预热器,采用第二空气预热器回收低温烟气显热,预热自第二助燃风机来的空气。
焙烧合格的熟料排入多级沸腾冷却床进行冷却,同时将燃烧空气预热,多级错流沸腾冷却床内部设置有直立隔墙,限制物料的返混,建立逆流换热的布局。高温熟料进入多级沸腾冷却床后,由左向右运动;环境空气经冷却风机增压后送入多级错流沸腾冷却床作为流化介质,由下而上,构成气固错流,并形成固体物料的多级冷却,提高了冷却效果。自多级错流沸腾冷却床冷却后的熟料排料温度为80℃。
上述方法,是把硫酸铵做为循环介质,二者混合配料,在常压下进行固相反应,激活粉煤灰的活性,使之与硫酸铵发生反应,生成水溶性的硫酸铝、硫酸铁、硫酸钛、硫酸镁等含有部分硫酸铝铵、硫酸铁铵等复盐的混合熟料,并释放出氨气。
生产氧化铝之焙烧过程的化学反应方程式为:
Al2O3 +4(NH4)2SO4=2NH4 Al(SO4)2+6 NH3↑+3H2O
Al2O3 +3(NH4)2SO4=Al2(SO4)3+6 NH3↑+3H2O
Fe2O3+4(NH4)2SO4=2NH4 Fe(SO4)2+6 NH3↑+3H2O
Fe2O3+3(NH4)2SO4=Fe 2(SO4)3+6 NH3↑+3H2O
(NH4)2SO4 → SO3↑+NH3↑
(3)在焙烧后产生的熟料中加入:10%的稀硫酸进行物料的溶出,过滤,滤液为NH4 Al(SO4)2粗液,滤渣的硅渣,主要成分为二氧化硅,加酸的目的是除去溶液中的二氧化硅(因二氧化硅不溶于酸)。
(4)对上述溶液进行过滤,对滤液通入焙烧反应过程中释放出的氨气,调节溶液PH值,以满足联合法除杂的要求,经除杂质后,得到NH4Al(SO4)2***。
(5)上述除杂分离出来的NH4Al(SO4)2***吸收焙烧反应过程中释放出的氨气, 该氨气与NH4 Al(SO4)2***发生氨沉反应:
NH4 Al(SO4)2+3 NH3+3H2O=Al(OH)3↓+2(NH4)2SO4
(6)对上述沉淀物Al(OH)3进入焙烧***焙烧。
对送来的Al(OH)3颗粒进行循环流化床高温焙烧,焙烧温度为1100℃左右,焙烧时间为3秒~30分钟,最后生成冶金级氧化铝3.88吨,氧化铝提取率达到90.7%。
(7)对第(5)步过滤后的硫酸铵溶液进行浓缩结晶后,回收的硫酸铵循环进行利用,从(1)步开始重复使用从粉煤灰中提取氧化铝的方法。
实施例1中10吨粉煤灰(含氧化铝42.8%)生成冶金级氧化铝3.88吨,氧化铝提取率达到90.7%。达到了本发明中氧化铝提取率达到90%以上的有益效果。
实施例2:
(1) 粉煤灰与硫酸铵(NH4)2SO4混合造粒,参见图1
在10吨粉煤灰(含氧化铝42.8%)中加入44.34吨(NH4)2SO4,使粉煤灰与(NH4)2SO4的混合摩尔比为1:8,均匀混合;
完成造粒,球型混合颗粒的粒度为直径0.5~10mm。
(2) 对颗粒进行两段式流态化焙烧***焙烧,参见图2
将含水率为6%~20%的物料颗粒(0.5~10mm)通过料仓及给料装置进入低温干燥***进行低温焙烧脱除颗粒表面的全部水分。在低温干燥***内,环境空气经第一助燃风机增压后经过第一空气预热器预热送入低温焙烧流化床风室,当预热空气所含热量不足以满足物料升温脱水的过程中需要吸收大量的热能时,启动低温焙烧流化床燃烧器喷入燃料,与来自第一空气预热器的热空气进行燃烧,为干燥过程提供补燃热源,供物料热分解。物料被床内部的热烟气流化而脱水干燥,逐渐转化为熟料颗粒。低温焙烧流化床本体采用沸腾鼓泡床操作方式,减少物料的扬析量。温度在220℃以下并含有粉尘的低温干燥尾气从低温焙烧流化床本体顶部进入第一旋风分离器,采用第一旋风分离器将烟气中携带出的小粒径颗粒通过第一回料装置回送至低温焙烧流化床本体下部密相区内继续焙烧干燥;过滤后的尾气自第一旋风分离器进入第一高效旋风分离器进一步回收细小粉尘颗粒后进入第一空气预热器,采用空气预热器回收低温尾气显热,预热自第一助燃风机来的空气后尾气温度降低后进入特制耐腐蚀的第一布袋除尘器;尾气在第一布袋除尘器进一步除尘后被送入成品氨吸收***。
低温焙烧流化床本体内的粉料通过重力作用从下部排料管进入高温焙烧氧化铝***高温煅烧粉料使之成为合格产品,在高温焙烧***内,环境空气经第二助燃风机增压后经过第二空气预热器预热到100~350℃送入焙烧循环流化床风室,焙烧循环流化床燃烧器喷入燃料,与来自第二空气预热器的热空气进行燃烧,为焙烧过程提供热源,使焙烧循环流出床本体运行温度维持在80~800℃。自低温焙烧流化床本体下部排料管和中间熟料仓来的低温干燥粉料被送入给料装置,自多级错流沸腾冷却床来的热空气作为焙烧循环流出床本体二次风使用或直接进入余热锅炉回收热量。进入炉内的粉料随气流上升。焙烧循环流出床本体采用快速床操作方式,将焙烧后的高温粉尘夹带离开床层,焙烧床出口烟气温度保持在300~800℃,高物料浓度的高温焙烧烟气从焙烧循环流出床本体顶部进入第二旋风分离器,采用第二旋风分离器将烟气中携带出的大量粉尘通过第二回料装置回送至焙烧循环流出床本体下部,进一步回收细小粉尘颗粒后进入余热锅炉,采用余热锅炉回收高温烟气显热,将锅炉给水加热蒸发产生中低压饱和蒸汽用于工厂生产用气。经过余热锅炉降温后的烟气温度降至200℃左右后进入第二布袋除尘器;烟气在第一布袋除尘器进一步除尘后被送入第二空气预热器,采用第二空气预热器回收低温烟气显热,预热自第二助燃风机来的空气。
焙烧合格的熟料排入多级沸腾冷却床进行冷却,同时将燃烧空气预热,多级错流沸腾冷却床内部设置有直立隔墙,限制物料的返混,建立逆流换热的布局。高温熟料进入多级沸腾冷却床后,由左向右运动;环境空气经冷却风机增压后送入多级错流沸腾冷却床作为流化介质,由下而上,构成气固错流,并形成固体物料的多级冷却,提高了冷却效果。自多级错流沸腾冷却床冷却后的熟料排料温度为80℃。
上述方法,是把硫酸铵做为循环介质,二者混合配料,在常压下进行固相反应,激活粉煤灰的活性,使之与硫酸铵发生反应,生成水溶性的硫酸铝、硫酸铁、硫酸钛、硫酸镁等含有部分硫酸铝铵、硫酸铁铵等复盐的混合熟料,并释放出氨气。
生产氧化铝之焙烧过程的化学反应方程式为:
Al2O3 +4(NH4)2SO4=2NH4 Al(SO4)2+6 NH3↑+3H2O
Al2O3 +3(NH4)2SO4=Al2(SO4)3+6 NH3↑+3H2O
Fe2O3+4(NH4)2SO4=2NH4 Fe(SO4)2+6 NH3↑+3H2O
Fe2O3+3(NH4)2SO4=Fe 2(SO4)3+6 NH3↑+3H2O
(NH4)2SO4 → SO3↑+NH3↑
(3)在焙烧后产生的熟料中加入20%的稀硫酸进行物料的溶出,过滤,滤液为NH4 Al(SO4)2粗液,滤渣的硅渣,主要成分为二氧化硅,加酸的目的是除去溶液中的二氧化硅(因二氧化硅不溶于酸)。
(4)对上述溶液进行过滤,对滤液通入焙烧反应过程中释放出的氨气,调节溶液PH值,以满足联合法除杂的要求,经除杂质后,得到NH4Al(SO4)2***。
(5)上述除杂分离出来的NH4Al(SO4)2***吸收焙烧反应过程中释放出的氨气, 该氨气与NH4 Al(SO4)2***发生氨沉反应:
NH4 Al(SO4)2+3 NH3+3H2O=Al(OH)3↓+2(NH4)2SO4
(6)对上述沉淀物Al(OH)3进入焙烧***焙烧。
对送来的Al(OH)3颗粒进行循环流化床高温焙烧,焙烧温度为1100℃左右,焙烧时间为3秒~30分钟,最后生成冶金级氧化铝3.95吨,氧化铝提取率达到92.3%,
实施例2中10吨粉煤灰(含氧化铝42.8%)生成冶金级氧化铝3.95吨,氧化铝提取率达到92.3% 。达到了本发明中氧化铝提取率达到90%以上的有益效果。
(7)对第(5)步过滤后的硫酸铵溶液进行浓缩结晶后,回收的硫酸铵循环进行利用,从(1)步开始重复使用从粉煤灰中提取氧化铝的方法。
上述步骤(4)的去除杂质方法为:沉淀法联合树脂法去除杂质,包括以下步骤:
a. 加入有机沉淀剂,部分除去钙、镁、铁等杂质:
所述有机沉淀剂,系指草酸或柠檬酸,会生成有机沉淀,当上述沉淀反应完成后,过滤分离固体沉淀,就可以除去大量钙、镁、铁等杂质,
所述有机沉淀剂的浓度为5%~100%,
其化学反应方程式为: MCI2 + H2C2O4 =MC2O4+ 2HCI
其中:M表示钙、镁、铁等阳离子;
b. 离子交换法,深度除去钙、镁、铁等杂质:
将上述部分去除杂质的溶液,利用离子交换树脂通过离子交换达到深度除杂的效果。每升树脂可吸附杂质2~15克。
3R-SO 3- ·H + +Fe 3+ =(R-SO 3- ) 3 ·Fe 3+ +3H +
其中:R表示树脂母体, -SO3 -为功能集团,Fe3+为溶液中待除去的杂质离子。
上述步骤(4)的去除杂质方法为:沉淀法联合萃取法去除杂质,包括以下步骤:
a. 加入有机沉淀剂,部分除去钙、镁、铁等杂质:
所述的有机沉淀剂,系指草酸、柠檬酸等,会生成有机沉淀,当上述沉淀反应完成后,过滤分离固体沉淀,就可以除去大量钙、镁、铁等杂质,
沉淀剂的浓度为5%~100%,其化学反应方程式为: MCI2 + H2C2O4 =MC2O4+ 2HCI
其中:M表示钙、镁、铁等阳离子;
b. 加入有机萃取剂,深度除去钙、镁、铁等杂质:
将上述部分去除杂质的溶液,加入有机萃取剂P204(萃取剂P204浓度为50%时,溶液对萃取剂的比例为1:0.3~2),使溶液中的Fe3+等杂质离子与有机萃取剂结合成稳定的化合物,通过两相分层、液-液分离,达到深度除去溶液中Fe3+等杂质的目的。
萃取剂萃取Fe3+的过程是阳离子的交换过程,P204中的H+和溶液中的金属离子Me发生交换,溶液中的金属离子进入有机相,P204中的H+进入水溶液。
其化学反应方程式为: Men++nHR→MeRn+nH+
由该反应式可以看出,P204萃取铁离子时电离出H+,故当采用低浓度的酸溶液时,有利于金属离子的萃取。根据P204对各种金属离子萃取能力的不同,可将铁与杂质分离。当负载金属离子的P204与高浓度的酸溶液(如盐酸、硫酸)作用时,由于H+浓度增大,平衡向逆方向移动,P204以游离态形式出现,萃取的金属离子重新到水溶液中。利用这一性质,可以再生有机相。
上述步骤(4)的去除杂质方法为:膜析酸法、联合沉淀法去除杂质,包括以下步骤:
采用膜渗析从酸性铝溶液中提取其中的酸,由于渗酸是个动态过程,
当体系PH达到2.0时,其中的铁以氢氧化铁沉淀析出,PH达到3.7时,沉淀完全—完成一级渗析。随之进行固液分离,去除氢氧化铁,继续用膜渗析提酸。
当体系PH达到3.8时, 其中的铝以氢氧化铝沉淀析出, PH达到4.8时,沉淀完成全;并连续渗析,直至酸全部提取——完成二级渗析。随之进行固液分离,收集氢氧化铝沉淀,焙烧得到氧化铝产品,其它杂质全部保留在溶液中而被去除。
其离子方程式为: Fe3++3HO-=Fe(OH)3↓
Al3++3HO-=Al(OH)3↓
上述(5)的去除杂质方法为:吸附共沉法去除杂质,
在PH值为1.6的酸性溶液中,加入高锰酸钾和硫酸锰溶液,MnO4 - 是强氧化剂,它可以把Fe2+氧化成Fe3+,还原产物为Mn2+。过量的MnO4 -和Mn2+发生氧化还原反应,而析出活性MnO2。
而溶液中的Fe3+在PH值为2.0时发生水解,水解生成的Fe(OH)3与反应新生成的活性MnO2立即形成棕色共沉淀物,以此来打破Fe3+水解平衡使之水解完全,从而达到除去杂质铁的目的。
其化学反应方程式为:
MnO4 - + 5 Fe2+ +8 H+ = Mn2++5Fe3++4HO-
2 MnO4 -+3 Mn2++2 H2O=5 MnO2+4H+
Fe3++3 H2O=Fe(OH)3+3H+ 。
本发明的优点是:
本发明采用硫酸铵为循环介质提取氧化铝,将硫酸铵与粉煤灰造粒后进行“两段式焙烧***”焙烧,激发粉煤灰的活性,由于硫酸铵不与二氧化硅起反应,故在提取氧化铝的过程中,省去了繁杂的脱硅工序;利用稀硫酸法过滤除去二氧化硅,并用联合除杂法除去其它杂质,缩短了整体主流程的工艺链,而硫酸铵原料可以循环使用,大大降低了原料消耗,不形成副产物;从而使粉煤灰中的氧化铝提取率达到90%以上,所提取的氧化铝纯度达到冶金级氧化铝的要求,同时克服了传统酸法工艺对设备的腐蚀并有利于环境保护。采用的富氧燃烧两段式流态化焙烧***,使焙烧过程能耗低、经济、烟气量小、成本低,并解决了物料熔融粘壁、结块或结圈的技术问题。
Claims (6)
1.一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法,对颗粒完成两段式流态化焙烧***焙烧,并采用联合除杂质方法,其特征在于:
(1) 粉煤灰与硫酸铵(NH4)2SO4混合造粒:
在粉煤灰中加入(NH4)2SO4,均匀混合,粉煤灰与(NH4)2SO4的混合摩尔比为1:5~10;
完成造粒,球型混合颗粒的粒度为直径0.5~10mm;
(2) 对颗粒进行两段式流态化焙烧***焙烧
a).对造粒进行低温干燥焙烧:
在低温干燥***内,低温焙烧流化床本体底部接低温焙烧流化床风室,下部与料仓及给料装置固定连接,顶部出口与第一旋风分离器上部一侧固定连接;低温焙烧流化床燃烧器可安装与低温焙烧流化床风室前侧或低温焙烧流化床本体下部;第一旋风分离器底部与第一回料装置一侧固定连接,第一回料装置另一侧与低温焙烧流化床本体下部固定连接;第一高效旋风分离器上部的一侧与第一旋风分离器顶部出口固定连接,顶部出口与第一空气预热器一侧连接,底部出口连接中间熟料仓;第一空气预热器另一侧连接第一布袋除尘器一侧,第一布袋除尘器另一侧接成氨吸收***;低温干燥流化床焙烧操作温度为60~220℃,时间3秒~30分钟,去除颗粒表面的游离水;
b).惰性气体密相输送:
将低温干燥流化床焙烧后的混合颗粒用空分后的氮气输送入高温焙烧循环流化床;由于氮气是由空分***而来,因此可控制氮气的进炉量,大大降低NOx的排放,并且输送是全封闭性,使整个输送过程无粉尘飞扬,对环境无污染;
c).对物料颗粒进行高温焙烧:
在高温焙烧氧化铝***内,焙烧循环流出床本体顶部出口与第二旋风分离器上部一侧固定连接;焙烧循环流出床燃烧器可安装与焙烧循环流化床风室前侧或焙烧循环流出床本体下部;第二旋风分离器底部与第二回料装置一侧固定连接,第二回料装置另一侧与焙烧循环流出床本体下部固定连接;第二高效旋风分离器上部的一侧与第二旋风分离器顶部出口固定连接,顶部出口与余热锅炉烟气进口连接,余热锅炉烟气出口连接第二布袋除尘器一侧,第二布袋除尘器另一侧接第二空气预热器一侧,第二空气预热器另一侧连接第二碱洗塔底部,第二碱洗塔顶部与第二引风机入口连接,第二引风机出口接烟囱;第二助燃风机与第二空气预热器空气入口连接,第二空气预热器空气出口与焙烧循环流化床风室连接;第二回料装置分流管与多级错流沸腾冷却床热料入口连接,第二高效旋风分离器、余热锅炉和第二布袋除尘器底部都连接多级错流沸腾冷却床热料入口连接;冷却风机与多级错流沸腾冷却床底部连接,多级错流沸腾冷却床顶部与焙烧循环流出床本体下部或余热锅炉入口连接;对低温干燥焙烧后密相输送来的颗粒进行循环流化床高温焙烧,焙烧温度为80~800℃,焙烧时间为3秒~30分钟,最后生成熟料;
上述方法,是把硫酸铵做为循环介质,二者混合配料,在常压下进行固相反应,激活粉煤灰的活性,使之与硫酸铵发生反应,生成水溶性的硫酸铝、硫酸铁、硫酸钛、硫酸镁等含有部分硫酸铝铵、硫酸铁铵等复盐的混合熟料,并释放出氨气;
生产氧化铝之焙烧过程的化学反应方程式为:
Al2O3 +4(NH4)2SO4=2NH4 Al(SO4)2+6 NH3↑+3H2O
Al2O3 +3(NH4)2SO4=Al2(SO4)3+6 NH3↑+3H2O
Fe2O3+4(NH4)2SO4=2NH4 Fe(SO4)2+6 NH3↑+3H2O
Fe2O3+3(NH4)2SO4=Fe 2(SO4)3+6 NH3↑+3H2O
(NH4)2SO4 → SO3↑+NH3↑
(3)在焙烧后产生的熟料中加入2~30%的稀硫酸进行物料的溶出,过滤,滤液为NH4 Al(SO4)2粗液,滤渣的硅渣,主要成分为二氧化硅,加酸的目的是除去溶液中的二氧化硅(因二氧化硅不溶于酸);
(4)对上述溶液进行过滤,对滤液通入焙烧反应过程中释放出的氨气,调节溶液PH值,以满足联合法除杂的要求,经除杂质后,得到NH4Al(SO4)2***;
(5)上述除杂分离出来的NH4Al(SO4)2***吸收焙烧反应过程中释放出的氨气, 该氨气与NH4 Al(SO4)2***发生氨沉反应:
NH4 Al(SO4)2+3 NH3+3H2O=Al(OH)3↓+2(NH4)2SO4
(6)对上述沉淀物Al(OH)3进入焙烧***焙烧,便得到Al2O3;
对送来的Al(OH)3颗粒进行循环流化床高温焙烧,焙烧温度为1100℃左右,焙烧时间为3秒~30分钟,最后生成冶金级氧化铝。
2.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取氧化铝的方法,其特征在于:所述步骤(4)的去除杂质方法为:沉淀法联合树脂法去除杂质,包括以下步骤:
a. 加入有机沉淀剂,部分除去钙、镁、铁等杂质:
所述有机沉淀剂,系指草酸或柠檬酸,会生成有机沉淀,当上述沉淀反应完成后,过滤分离固体沉淀,就可以除去大量钙、镁、铁等杂质,
所述沉淀剂的加入量为: 在草酸、柠檬酸的浓度为5%~100%,其加入量为以等当点为准,
其化学反应方程式为: MCI2 + H2C2O4 =MC2O4+ 2HCI
其中:M表示钙、镁、铁等阳离子;
b. 离子交换法,深度除去钙、镁、铁等杂质:
将上述部分去除杂质的溶液,利用离子交换树脂通过离子交换达到深度除杂的效果,每升树脂可吸附杂质2~15克,
3R-SO3-·H++Fe3+=(3R-SO3 -)3 ·Fe3+ +3H+
其中:R表示树脂母体, -SO3 -为功能集团,Fe3+为溶液中待除去的杂质离子。
3.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取氧化铝的方法,其特征在于:所述步骤(4)的去除杂质方法为:沉淀法联合萃取法去除杂质,包括以下步骤:
a. 加入有机沉淀剂,部分除去钙、镁、铁等杂质:
所说有机沉淀剂,系指草酸、柠檬酸等,会生成有机沉淀,当上述沉淀反应完成后,过滤分离固体沉淀,就可以除去大量钙、镁、铁等杂质;
沉淀剂的加入量为: 在草酸、柠檬酸的浓度为5%~100%,其加入量为以等当点为准;
其化学反应方程式为: MCI2 + H2C2O4 =MC2O4+ 2HCI
其中:M表示钙、镁、铁等阳离子;
b. 加入有机萃取剂,深度除去钙、镁、铁等杂质:
将上述部分去除杂质的溶液,加入有机萃取剂P204(萃取剂P204浓度为50%时,溶液对萃取剂的比例为1:0.3~2),使溶液中的Fe3+等杂质离子与有机萃取剂结合成稳定的化合物,通过两相分层、液-液分离,达到深度除去溶液中Fe3+等杂质的目的;
萃取剂萃取Fe3+的过程是阳离子的交换过程, P204中的H+和溶液中的金属离子Me发生交换,溶液中的金属离子进入有机相, P204中的H+进入水溶液,
其化学反应方程式为: Men++nHR—MeRn+nH+。
4.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取氧化铝的方法,其特征在于:所述步骤(4)的去除杂质方法为:膜析酸法、联合沉淀法去除杂质,包括以下步骤:
采用膜渗析从酸性铝溶液中提取其中的酸,由于渗酸是个动态过程,
当体系PH达到2.0时, 其中的铁以氢氧化铁沉淀析出,PH达到3.7时,沉淀完成全—完成一级渗析,随之进行固液分离,去除氢氧化铁,继续用膜渗析提酸;
当体系PH达到3.8时, 其中的铝以氢氧化铝沉淀析出, PH达到4.8时,沉淀完成全;并连续渗析,直至酸全部提取——完成二级渗析;随之进行固液分离,收集氢氧化铝沉淀,焙烧得到氧化铝产品,其它杂质全部保留在溶液中而被去除,
其离子反应方程式为: Fe3++3HO-=3 Fe(OH)3↓
Al3++3HO-=Al(OH)3↓。
5.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取氧化铝的方法,其特征在于:所述步骤(4)的去除杂质方法为:吸附共沉法去除杂质,包括以下步骤:
在PH值为1.6的酸性溶液中,加入高锰酸钾和硫酸锰溶液,MnO4 -是强氧化剂,它可以把Fe2+氧化成Fe3+,还原产物为Mn2+,过量的MnO4 -和Mn2+发生氧化还原反应,而析出活性MnO2;
而溶液中的Fe3+在PH值为2.0时发生水解,水解生成的Fe(OH)3与反应新生成的活性MnO2立即形成棕色共沉淀物,以此来打破Fe3+水解平衡使之水解完全,从而达到除去杂质铁的目的;
其化学反应方程式为:
MnO4- + 5 Fe2+ +8 H+ = Mn2++5Fe3++4HO-
2 MnO4-+3 Mn2++2 H2O=5 MnO2+4H+
Fe3++3 H2O=Fe(OH)3+3H+。
6.根据权利要求1至5任意一项权利要求所述的从粉煤灰中提取氧化铝的方法,其特征在于:第(5)步过滤后的硫酸铵溶液进行浓缩结晶后,回收的硫酸铵循环进行利用,从(1)步开始重复使用从粉煤灰中提取氧化铝的方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410823508.1A CN104649306A (zh) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410823508.1A CN104649306A (zh) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104649306A true CN104649306A (zh) | 2015-05-27 |
Family
ID=53241022
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410823508.1A Pending CN104649306A (zh) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104649306A (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106495193A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-03-15 | 航天推进技术研究院 | 基于乙醇助剂利用硫酸铵法提取粉煤灰中氧化铝的方法 |
CN110004292A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-12 | 湖南雅城新材料有限公司 | 一种废弃硫酸锰溶液净化降低钙镁含量的工艺 |
CN110734081A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-01-31 | 江苏九九铝业有限公司 | 一种氧化铝生产中使用的氧化剂 |
CN110747347A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-02-04 | 东北大学 | 利用粉煤灰回收铁的方法及利用粉煤灰提取铝的方法 |
CN114314622A (zh) * | 2020-09-30 | 2022-04-12 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种无焙烧、强化酸浸煤矸石生产冶金级氧化铝的方法 |
-
2014
- 2014-12-26 CN CN201410823508.1A patent/CN104649306A/zh active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106495193A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-03-15 | 航天推进技术研究院 | 基于乙醇助剂利用硫酸铵法提取粉煤灰中氧化铝的方法 |
CN110004292A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-12 | 湖南雅城新材料有限公司 | 一种废弃硫酸锰溶液净化降低钙镁含量的工艺 |
CN110004292B (zh) * | 2019-04-19 | 2020-12-29 | 湖南雅城新材料有限公司 | 一种废弃硫酸锰溶液净化降低钙镁含量的工艺 |
CN110734081A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-01-31 | 江苏九九铝业有限公司 | 一种氧化铝生产中使用的氧化剂 |
CN110747347A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-02-04 | 东北大学 | 利用粉煤灰回收铁的方法及利用粉煤灰提取铝的方法 |
CN114314622A (zh) * | 2020-09-30 | 2022-04-12 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种无焙烧、强化酸浸煤矸石生产冶金级氧化铝的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102583468B (zh) | 基于硫酸铵活化工艺从粉煤灰中提取氧化铝的方法 | |
CN108480360B (zh) | 回转窑熔融法飞灰全资源回收利用及尾气超净排放方法 | |
CN105214457B (zh) | 一种烟道气脱硫脱硝工艺及设备 | |
CN104649306A (zh) | 一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法 | |
CN102502527B (zh) | 硫酸亚铁掺烧硫铁矿制硫酸联产铁精粉的方法 | |
CN100534587C (zh) | 烧结烟气湿法脱硫除尘工艺 | |
CN102502744B (zh) | 结晶铝盐的免结渣型、多级差温流化焙烧***及方法 | |
CN102442650B (zh) | 一种磷石膏生产硫酸联产电石的方法 | |
CN106477609B (zh) | 粉煤灰硫酸熟化生产氧化铝的方法 | |
CN104180381A (zh) | 一种脱硫降温增效与余热回收利用的***及方法 | |
CN105385844B (zh) | 一种焙烧脱氟装置及工艺 | |
CN111410446B (zh) | 一种回转窑资源化处理铝工业固废的方法及生产*** | |
CN109573955B (zh) | 一种硫酸盐炭热还原制备硫磺并回收脱硫剂的装置及工艺 | |
CN104211031A (zh) | 用于从窑法磷酸工艺水化吸磷后的烟气中回收氟的设备及工艺 | |
CN105331803B (zh) | 一种焙烧脱氟装置及工艺 | |
CN105986126A (zh) | 一种钒渣高效氯化提钒的***及方法 | |
CN111498811B (zh) | 一种石膏煅烧协同co耦合炭热还原的工艺及装置 | |
CN103408047B (zh) | 高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺 | |
CN212222804U (zh) | 一种回转窑资源化处理铝工业固废的生产*** | |
CN105727727A (zh) | 钒渣焙烧尾气的处理方法 | |
US11292718B2 (en) | Process for preparing sulfur from reduction of sulfate/ nitrate by iron-carbon and recovering desulfurization/ denitration agents | |
CN109205909B (zh) | 燃煤电站锅炉烟气脱硫废水的处理***及方法 | |
CN104150515B (zh) | 基于硫酸铵法从粉煤灰中提取氧化铝的方法 | |
CN101780374B (zh) | 燃煤锅炉烟气同步除尘脱硫及其粉煤灰的综合利用 | |
CN202369408U (zh) | 结晶铝盐的免结渣型、多级差温流化焙烧*** |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150527 |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |