CN105776268A - 一种以粉煤灰为原料的干法烧成方法 - Google Patents

一种以粉煤灰为原料的干法烧成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种以粉煤灰为原料的干法烧成方法，包括以下步骤：用石灰石粉、粉煤灰、纯碱及蒸发回收的循环碱液进行配料，将配好的料进入混料机进行充分混合；干燥后进入回转窑进行烧结，将熟料粉加水或调整液进行溶出，溶出得到的渣充分洗涤后进行脱碱，溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后脱硅，经种分分解，分解得到Al(OH)3，然后焙烧得到氧化铝；将得到的种分母液分两步进行蒸发和排盐。本发明在氧化铝传统烧结法技术的基础上，采用干法烧成技术，通过在脱硅、分解、蒸发、熟料先干磨再溶出等方面的技术整合，从整个流程上实现了粉煤灰的干法烧成。

Description

一种以粉煤灰为原料的干法烧成方法
技术领域
本发明属于冶炼领域，具体涉及一种球团法冶炼铝土矿的方法。
背景技术
由于特殊的成矿背景，在我国内蒙古中西部的部分煤炭资源中，赋存大量勃姆石和高岭石等含铝矿物。此煤炭资源主要分布于准格尔煤田、卓资山煤田及大青山煤田，其中氧化铝含量达到9～13％。发电后产生的粉煤灰中氧化铝含量可达40～50％，是一种非传统的铝土矿资源。每年仅内蒙古鄂尔多斯地区高铝煤炭产量就达到1.2亿吨，其中部分煤炭用于发电后产生近3000万吨高铝粉煤灰，其中内蒙古中西部地区约1400万吨，集中堆存在呼和浩特、鄂尔多斯，具有较高经济开发价值的含铝资源。
粉煤灰提取氧化铝的工艺路线目前主要有碱法、酸法、酸碱联合法和气体氯化法。碱法主要包括石灰石烧结法，碱石灰烧结法，预脱硅+碱石灰烧结法等；酸法主要包括：硫酸法、盐酸法、硝酸法、氢氟酸法等。
而目前我国国内的工艺路线主要有：石灰石烧结法，预脱硅碱石灰烧结法，酸法，硫酸铵烧结法。以上几种方案从工艺方面比较，均能实现粉煤灰中的氧化铝和二氧化硅分别提取利用。石灰石烧结法存在产品单一、能耗较高、渣量大等缺点。预脱硅碱石灰烧结法按照“先硅后铝”的生产工艺，主要的化学消耗材料如碳酸钠和氢氧化钠基本实现了循环利用，但生产成本较高。酸法和硫酸铵法是按照“先铝后硅”的生产工艺，可实现硫酸铵和盐酸的循环利用，得到的产品为氧化铝、硅副产品等，生产中产生的废渣仅为预脱硅碱石灰烧结法的50％，渣量相对较少。但酸法设备投资很高，且生产维护费用也很高，而且生产过程还会造成较大的环境压力。硫酸铵法虽然克服了设备的相对腐蚀及对环境造成的压力，但在规模化生产情况下，设备的大型化还存在困难，生产工艺也需要进一步探索，工艺的可靠性还不是很确定。目前我国能够实现连续化工业生产的粉煤灰提取氧化铝的工艺只有碱石灰烧结法，但由于成本居高，亏损严重。
如何有效利用粉煤灰，解决我国铝土矿资源的不足及工业固废利用，是本领域企业面对的挑战和机遇。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种粉煤灰的综合利用方法，结合干法烧结、全种分和高浓度碱液蒸发技术，实现粉煤灰的干法烧成，获得氧化铝、液碱等多种产物。
实现本发明目的的技术方案为：
一种粉煤灰的干法烧成技术，包括以下步骤：
(1)用石灰石粉、粉煤灰、纯碱及蒸发回收的循环碱液进行配料，配料比例为粉煤灰35～45％、石灰石26～35％、纯碱5～15％，水分为12～21％，碱比为1，钙比为1。
(2)将配好的料进入混料机进行充分混合；
(3)将混成料进入干燥器进行干燥，干燥完成的物料进入回转窑进行烧结，烧结温度控制在950～1350℃，烧结得到的熟料用冷却机进行冷却，然后采用立磨进行干磨，磨细到-0.074mm占90％以上的熟料粉末(粒度小于0.074mm的颗粒占90％以上)；
(4)将熟料粉加水或调整液进行溶出，液固比为3～4:1，溶出时间为15～20分钟，温度为75℃。
(5)将步骤(4)得到的熟料粉的渣用80～95℃热水进行充分洗涤后进行脱碱，洗涤后的水为调整液；脱碱温度160～200℃，时间1小时，液固比3～5:1，脱碱完的渣进行充分洗涤后得到副产品硅酸钙，可以用于建材和土壤调理。
(6)将步骤(4)溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后脱硅，脱硅温度160～180℃，时间1～2小时，
(7)将步骤(6)脱硅得到的溶液加氢氧化铝晶种进行种分分解，分解得到Al(OH)3，然后焙烧得到氧化铝；
(8)将步骤(7)得到的种分母液分两步进行蒸发和排盐，第一步蒸发到碱液浓度为Na2O280～300g/L，然后再进行第二步蒸发，得到碱液浓度为Na2O500～600g/L；将步骤(5)得到的脱碱液也同样进行两步蒸发得到碱液浓度为Na2O500～600g/L，作为液碱副产品用于氧化铝行业原料。
(9)将第二步蒸发后的种分母液进行加种子降温结晶，得到铝酸钠晶体，铝酸钠晶体再加入到步骤(6)中进行溶解循环。结晶条件为：首温80～110℃，末温40～50℃，时间6～8小时。
(10)将步骤(9)得到的母液与步骤(8)得到的盐和步骤(6)得到的硅渣进行混合，然后作为配料碱液返回到步骤(1)中，实现碱液循环。
其中，所述步骤(1)中的粉煤灰为发电后产生的粉煤灰，其中氧化铝含量为40～50％；所述石灰石为粒度为-0.074mm的颗粒占85％以上的石灰石粉末。
其中所述步骤(1)配料所控制的条件为，碱液浓度为Na2O500～600g/L，αk＝12～30。
其中，所述步骤(2)混矿采用的装置为立式强力混料机，属于干法混料技术，混料均匀度可达98％以上。
进一步地，所述步骤(3)中，干燥用烟气为烧结窑的烟气，温度为1000～1100℃。
优选地，熟料粉的渣用80～95℃热水进行5～7次反向洗涤，洗涤后进行脱碱；所述步骤(5)中，脱碱完的渣用水进行充分洗涤，洗涤排出的水用于配制脱碱液。
用洗涤排出的水与渣配制的脱碱液中，Na2O为80～100g/L。
其中，所述步骤(6)中，加入脱硅种子进行脱硅。脱硅条件为：种子量40～60g/L，脱硅种子为脱硅步骤产生的晶体(在刚投产的时候没有种子)。
其中，所述步骤(6)中，脱硅溶液的苛性化指数αk控制为1.4～1.8，AL2O3浓度控制为120～160g/L。
进一步地，所述步骤(9)中，向种分母液中加种子降温结晶，种子量10～40g/L，所述种子为种分产生的铝酸钠晶体。
本发明与现有技术相比优点在于：
(1)本发明在氧化铝传统烧结法技术的基础上，采用干法烧成技术，通过在脱硅、分解、蒸发、熟料先干磨再溶出等方面的技术整合，从整个流程上实现了粉煤灰的干法烧成。
(2)本发明在传统烧结法技术的基础上，发明了全种分工艺技术，使烧结法工艺流程缩减了三分之一以上，综合计算种分分解率提高到90％以上，氧化铝的总回收率达到90％以上，降低了操作难度，减少设备及人员投入，降低了能耗。
(3)本发明方法实现了粉煤灰的高效综合利用，通过控制配料配方、烧成条件和脱碱条件能够生产出不同规格的硅酸钙副产品，容重可以控制在300～800kg/m3，分别适用于建材和土壤调理，既可以保证其轻质特性，又可以保证降低运输成本。
(4)本发明可以将部分廉价的工业纯碱转化为附加值高的液碱，进一步降到了本技术的主产品的成本，经济效益明显。
附图说明
图1：干法烧成粉煤灰生产氧化铝的流程图。
具体实施方式
现以以下最佳实施例来说明本发明，但不以此来限制本发明的范围。
下面将通过不同实施例来描述本发明。本发明不局限于这些实施例中，可以在前述化学成分与制造方法范围内加以调整实施。
实施例1
本实施例采用的原料粉煤灰为内蒙古鄂尔多斯地区某电厂产出的高铝粉煤灰，其成分如表1所示。石灰石采用呼和浩特地区所产石灰石，其成分如表2。
表1：粉煤灰成分
表2：石灰石成分
成分 AL2O3 SiO2 Fe2O3 MgO K2O CaO 灼减 总量
石灰石 0.57 1.32 0.31 1.56 0.19 51.98 54.93 100
首先将成分如表2的石灰石破碎至2～5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-0.074mm占85％以上。然后加入成分如表1的粉煤灰及纯碱粉进行充分混合，配料比例为粉煤灰35质量份、石灰石26质量份、纯碱5质量份，然后加入经过二次蒸发得到的循环碱液，其浓度为Na2O530g/L，αk＝14。得到的配料中水分26％，碱比为1，钙比为1。
将配好的料加入立式强力混料机进行充分混合，混合均匀度达到98％以上。
将混成料进入干燥器进行干燥，干燥用烟气为烧结窑的烟气，温度为1000～1100℃，干燥完成的物料进入回转窑进行烧结，烧结温度控制在950～1050℃，烧结熟料用冷却机进行冷却。然后熟料采用立磨进行干磨，磨细到-0.074mm占90％以上的熟料粉末。
将磨制好的熟料粉加调整液在溶出槽内进行溶出，液固比为4:1，配制的熟料粉混合液的溶出条件为：碱液浓度Na2O50g/L，αk＝1.2，溶出时间20分钟，温度为75℃。
将溶出后的熟料粉的渣用90℃热水进行充分洗涤后加入脱碱渣洗液进行脱碱(洗涤排出的水作为调整液)，脱碱混合物中Na2O90g/L，脱碱温度200℃，时间1小时，液固比4:1，脱碱完的渣进行充分洗涤后得到副产品硅酸钙(洗涤后的脱碱渣洗液返回脱碱步骤使用)，容重测定为310kg/m3，用于制作轻质建材。
脱碱后得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，用一段种分蒸发母液调整αk为1.5，AL2O3浓度控制为140g/L，加入脱硅种子(即脱硅产生的晶体)在脱硅机内进行脱硅。脱硅条件为：种子量60g/L，温度160℃，时间1小时，脱硅完成后，浆液用叶滤机进行精制，***进行种分分解，脱硅渣用于回头配料。
脱硅得到的***加氢氧化铝晶种进行种分分解，分解得到Al(OH)3，然后焙烧得到氧化铝。
分解得到的种分母液分两步进行蒸发和排盐，第一步用常规六效降膜蒸发器蒸发到碱液浓度为Na2O280～300g/L，然后再用镍材蒸发器进行第二步蒸发，得到碱液浓度为Na2O530g/L。将溶出渣脱碱得到的脱碱液也同样进行两步蒸发得到碱液浓度为Na2O550g/L，作为一种液碱副产品用于氧化铝行业作为原料。
将第二步蒸发后的种分母液进行加种子降温结晶，得到铝酸钠晶体，铝酸钠晶体再加入到溶出粗液中进行溶解循环。结晶条件为：首温80℃，末温50℃，种子量20g/L，时间6小时。
将结晶得到的循环母液与蒸发排出盐和脱硅得到的硅渣进行混合，然后作为配料碱液返回进行配料，实现碱液循环。将种分分解步骤和两步蒸发排盐步骤得到的分解循环母液综合计算，种分分解率可以达到90％以上。
实施例2
首先将成分如表2的石灰石破碎至2～5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-0.074mm占85％以上。然后加入成分如表1的粉煤灰及纯碱粉进行充分混合，其中粉煤灰40份、石灰石30份、纯碱10份，然后加入碱液，浓度为Na2O550g/L，αk＝20。配料控制指标，水分25％，碱比为1，钙比为1。
将配好的料连同碱液一起加入强力混料机进行充分混合，混合均匀度要求大于98％以上。
将混成料进入干燥器进行干燥，干燥用烟气为烧结窑的烟气，温度为1000～1100℃，干燥完成的物料进入回转窑进行烧结，烧结温度控制在1150～1250℃，烧结熟料用冷却机进行冷却。然后熟料采用立磨进行干磨，磨细到-0.074mm占90％以上的熟料粉末。
将磨制好的熟料粉加调整液在溶出槽内进行溶出，溶出条件为：碱液浓度Na2O50g/L，αk＝1.2，液固比为4:1，溶出时间为15分钟，温度为75℃。
将溶出后的渣进行充分洗涤后加入脱碱渣洗液进行脱碱，洗液液成分Na2O90g/L，温度180℃，时间1小时，液固比4:1，脱碱完的渣进行充分洗涤后得到副产品硅酸钙，容重测定为450kg/m3用于制作建材。
溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，用一段种分蒸发母液调整αk为1.5，AL2O3浓度控制为140g/L，加入脱硅种子在脱硅机内进行脱硅。脱硅条件为：种子量60g/L，温度160℃，时间1小时，脱硅完成后，浆液用叶滤机进行精制，***进行种分分解，脱硅渣与循环母液混合回头配料。
重复实例1中的分解、蒸发结晶方式，实现工艺循环。将种分分解步骤和两步蒸发排盐步骤得到的分解循环母液综合计算，种分分解率可以达到90％以上。
实施例3
首先将成分如表2的石灰石破碎至2～5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-0.074mm占85％以上。然后加入成分如表1的粉煤灰及纯碱粉进行充分混合，其中粉煤灰45质量份、石灰石35质量份、纯碱15质量份，然后加入碱液，浓度为Na2O600g/L，αk＝30。配料控制指标，水分23％。，碱比为1，钙比为1。
将配好的料连同碱液一起加入强力混料机进行充分混合，混合均匀度要求大于98％以上。
将混成料进入干燥器进行干燥，干燥用烟气为烧结窑的烟气，温度为1000～1100℃，干燥完成的物料进入回转窑进行烧结，烧结温度控制在1300～1350℃，烧结熟料用冷却机进行冷却。然后熟料采用立磨进行干磨，磨细到-0.074mm占90％以上的熟料粉末。
将磨制好的熟料粉加调整液在溶出槽内进行溶出，溶出条件为：碱液浓度Na2O50g/L，αk＝1.2，液固比为3.5:1，溶出时间为20分钟，温度为75℃。
将溶出后的渣进行充分洗涤后加入脱碱渣洗液进行脱碱，洗液液成分Na2O90g/L，温度160℃，时间1小时，液固比4:1，脱碱完的渣进行充分洗涤后得到副产品硅酸钙，容重测定为760kg/m3，用于制作建材和土壤调理剂。
溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，用一段种分蒸发母液调整αk为1.5，AL2O3浓度控制为140g/L，加入脱硅种子在脱硅机内进行脱硅。脱硅条件为：种子量60g/L，温度160℃，时间1小时，脱硅完成后，浆液用叶滤机进行精制，***进行种分分解，脱硅渣与循环母液混合回头配料。
重复实例1中的分解、蒸发结晶方式，实现工艺循环。
本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种以粉煤灰为原料的干法烧成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用石灰石粉、粉煤灰、纯碱及蒸发回收的循环碱液进行配料，配料比例为粉煤灰35～45质量份、石灰石26～35质量份、纯碱5～15质量份，配料中水分12～21％；
(2)将配好的料进入混料机进行充分混合；
(3)将混成料进入干燥器进行干燥，干燥完成的物料进入回转窑进行烧结，烧结温度控制在950～1350℃，烧结得到的熟料用冷却机进行冷却，然后采用立磨进行干磨，磨细到-0.074mm占90％以上的熟料粉末；
(4)将熟料粉加水或调整液进行溶出，液固比为3～4:1，溶出时间为15～20分钟，温度为75℃。
(5)将步骤(4)溶出后的熟料粉的渣用80～95℃热水进行充分洗涤后进行脱碱，洗涤后的水为调整液；脱碱条件为：脱碱温度160～200℃，时间1小时，液固比3～5:1，脱碱完的渣进行充分洗涤后得到副产品硅酸钙；
(6)将步骤(4)熟料粉溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后脱硅，脱硅温度160～180℃，时间1～2小时；
(7)将步骤(6)脱硅得到的溶液加氢氧化铝晶种进行种分分解，分解得到Al(OH)3，然后焙烧得到氧化铝；
(8)将步骤(7)得到的种分母液分两步进行蒸发和排盐，第一步蒸发到碱液浓度为Na2O280～300g/L，然后再进行第二步蒸发，得到碱液浓度为Na2O500～600g/L；将步骤(5)得到的脱碱液也同样进行两步蒸发得到碱液浓度为Na2O500～600g/L，作为液碱副产品用于氧化铝行业原料；
(9)将第二步蒸发后的种分母液进行加种子降温结晶，得到铝酸钠晶体，铝酸钠晶体再加入到步骤(6)中进行溶解循环，结晶条件为：首温80～110℃，末温40～50℃，时间6～8小时；
(10)将步骤(9)得到的母液与步骤(8)得到的盐和步骤(6)得到的硅渣进行混合，然后作为配料碱液返回到步骤(1)中，实现碱液循环。
2.根据权利要求1所述的干法烧成方法，其特征在于：所述步骤(1)中的粉煤灰为发电后产生的粉煤灰，其中氧化铝含量为40～50％；所述石灰石为粒度为-0.074mm的颗粒占85％以上的石灰石粉末。
3.根据权利要求1所述的干法烧成方法，其特征在于：所述步骤(1)配料所控制的条件为，碱液浓度为Na2O500～600g/L，αk＝12～30。
4.根据权利要求1所述的干法烧成方法，其特征在于：所述步骤(2)混料采用的装置为立式强力混料机。
5.根据权利要求1所述的干法烧成方法，其特征在于：所述步骤(3)中，干燥用烟气为烧结窑的烟气，温度为1000～1100℃。
6.根据权利要求1所述的干法烧成方法，其特征在于：所述步骤(5)中，脱碱完的渣用水进行充分洗涤，洗涤排出的水用于配制脱碱液。
7.根据权利要求6所述的干法烧成方法，其特征在于：所述步骤(5)中，用所述洗涤排出的水与渣配制的脱碱液中，Na2O为80～100g/L。
8.根据权利要求1所述的干法烧成方法，其特征在于：所述步骤(6)中，加入脱硅种子进行脱硅。脱硅条件为：种子量40～60g/L，脱硅种子为脱硅步骤产生的晶体。
9.根据权利要求1～8任一所述的干法烧成方法，其特征在于：所述步骤(6)中，脱硅溶液的苛性化指数αk控制为1.4～1.8，AL2O3浓度控制为120～160g/L。
10.根据权利要求1～8任一所述的干法烧成方法，其特征在于：所述步骤(9)中，向蒸发后种分母液中加种子降温结晶，种子量10～40g/L，所述种子为种分产生的铝酸钠晶体。
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