CN109516484B - 一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法 - Google Patents

一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法，包括依次进行的以下步骤：生料配置、熟料烧结、熟料溶出、赤泥分离与洗涤、赤泥脱碱、粗液脱硅、晶种的制备、***碳酸化分解、氢氧化铝分离与洗涤、氢氧化铝的焙烧和母液蒸发，所述方法以碳分为主以晶种为辅助，通过调节温度和转速控制氢氧化铝的粒度；所述生料配置中，使用煤矸石提供铝源，并提供内燃温度；使用电石泥作为钙源；赤泥脱碱和粗液脱硅时，使用电石泥代替石灰乳作为钙源；赤泥的洗涤液、脱碱赤泥的洗涤液、氢氧化铝的洗涤液均用于下次熟料溶出时调整反应体系的苛性比。该方法能有效提高现有资源的利用率，并降低生产成本。

Description

一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法
技术领域
本发明一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法，属于氧化铝制备领域。
背景技术
氧化铝是一种高硬度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，在高温下可电离的离子晶体，常用于制造耐火材料。氧化铝在我国是极为紧俏的工业产品，我国氧化铝生产的增长远不能满足我国市场需求的增长，目前生产氧化铝的原料铝钒土的分布非常不平衡，且矿藏98％都是硬水铝石，杂质含量高，矿石难以溶解，生产难度大，成本高。目前无论采用酸浸法、还是烧结法，由粉煤灰提取Al2O3都存在着生产成本高、过程复杂等问题。能源费用占氧化铝总成本的50%，严重影响了企业的经济效益。尤其在我国加入WTO后受国外优质氧化铝的冲击，我国的氧化铝工业面临着巨大挑战，迫使我们必须强化烧结法技术。
电石泥是电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣，可以作消石灰的代用品，广泛用在建筑、化工、冶金、农业等行业。电石泥中含水量超过50%，呈厚浆状，贮存、运输均很困难，给用户使用带来很大不便。
煤炭燃烧过程产生大量粉煤灰，大部分粉煤灰堆存，不仅占用大量土地资源，而且对环境污染严重。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，其主要成分是Al2O3、SiO2，我国国有煤矿现有矸石山1500余座，堆积量30亿吨以上。煤矸石弃置不用，占用大片土地，其中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体；还会自燃发生火灾。
利用粉煤灰、煤矸石、电石泥为原料制备氧化铝，不仅能带来巨大的经济效益，降低生产成本，而且缓解了资源紧张和粉煤灰带来的环境污染压力。
目前，从粉煤灰里提取氧化铝生产工艺主要分为酸法和碱法。酸法分为硫酸浸出法、盐酸浸出法、氟氨助溶法，酸法的一些共性问题，预处理阶段铝铁分离工序复杂，酸渣酸气不易处理，对设备要求较为严格，不利于进行大规模的工业化生产。碱法分为石灰石烧结法和碱石灰烧结法，石灰石烧结法烧结温度高，在1300-1400℃，能耗高，成本大，同时产生的赤泥量大，带来新的污染；碱石灰烧结法，对粉煤灰含铝量要求较高，工艺复杂，脱硅阶段溶出温度高，能耗大，成本大。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，所要解决的技术问题是提供一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法，该方法能有效提高现有资源的利用率，并降低生产成本。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法，包括依次进行的以下步骤：生料配置、熟料烧结、熟料溶出、赤泥分离与洗涤、赤泥脱碱、粗液脱硅、晶种的制备、***碳酸化分解、氢氧化铝分离与洗涤、氢氧化铝的焙烧和母液蒸发，所述方法以碳分为主以晶种为辅助，通过调节温度和转速控制氢氧化铝的粒度；所述生料配置中，使用煤矸石提供铝源，并提供内燃动力；使用电石泥作为钙源；赤泥脱碱和粗液脱硅时，使用电石泥代替石灰乳作为钙源；赤泥的洗涤液、脱碱赤泥的洗涤液、氢氧化铝的洗涤液均用于下次熟料溶出时调整反应体系的苛性比。
优选的，一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法，包括以下依次进行的步骤：
生料配置：将原料粉煤灰、煤矸石、电石泥和纯碱，粉碎至160目以下，原料中化学成分按照摩尔比为Na2O/(Al2O3+ Fe2O3)＝1，1≤CaO/SiO2≤1.5，CaO/TiO2＝1进行配料，其中粉煤灰和煤矸石的配入质量比为3-4，生料浆的固液比为5:1，搅拌均匀，制得生料；
熟料烧结：将上述生料在850℃-950℃下煅烧1小时，冷却至室温，将其破碎粉磨至80目以下，制得熟料；
熟料溶出与分离：将制得的熟料用水溶解，过滤后得到铝酸钠溶液；
赤泥分离及洗涤：快速的对溶出的熟料进行过滤，分离得到赤泥，然后对赤泥再进行洗涤，再过滤，将过滤后的洗液收集，用于下一次熟料的溶出；
赤泥脱碱：赤泥中的电石泥掺入量为20%，液固比为5，在温度80-90℃下搅拌4-6小时，洗涤4-5次，过滤后得到的赤泥的Na20浓度达到2.44-2.72g/L，过滤所得的溶液收集，用于下一次熟料的溶出；
粗液脱硅：将过滤后的富含铝酸钠的溶液，在80-90℃下，转速在50rpm搅拌条件下，用有效钙含量在7-8g/L的电石泥溶液配合脱硅剂进行脱硅1小时；然后在70-80℃下，转速在30rpm搅拌条件下，脱硅1小时；保温在50-60℃下，转速在15rpm搅拌条件下，脱硅1小时，得到溶液中SiO2含量在0.01-0.03%；
晶种的制备：初始温度90-95℃，转速60rpm搅拌条件下，将脱硅后的***通入38%的二氧化碳气体，通气速率为2m3/s，通气2小时；然后温度降低至60-65℃，转速调至30rpm，再通CO2气体1小时；温度降低至45-55℃转速调至15rpm，再通CO2气体1小时，过滤，得到晶种氢氧化铝；
***碳酸化分解：温度在75-85℃，转速60rpm搅拌条件下，将脱硅后的***通入38%的二氧化碳气体，通气速率为2m3/s，加入晶种氢氧化铝，种子量为70-80g/l，反应时间为3-4小时，然后调节转速为40rpm，搅拌1-1.5小时，碳酸化得到氢氧化铝；
氢氧化铝分离与洗涤：将碳化后的液体进行过滤，过滤液体用于母液蒸发，对氢氧化铝再进行3-5次洗涤，将洗涤液收集用于下一次熟料的溶出；
氢氧化铝的焙烧：将氢氧化铝在1200-1250℃下煅烧，得到氧化铝；
母液蒸发：将***碳酸化分解得到的碳分解母液进行蒸发，蒸发后所得的碱用于配制生料。
所述赤泥可与脱硫石膏、粉煤灰按一定比例混合做免烧砖。
所述赤泥可直接用于生产水泥。
所述电石泥含水率为15%-30％，有效氧化钙含量在70％-75%。
所述生料配置中的纯碱来自铝酸钠溶液碳酸化分解后的母液经过蒸发器所得的碱粉。
本发明相较于现有技术的有益效果为：
（1）本发明提供的粉煤灰提取氧化铝的方法可以处理A/S小于1的粉煤灰，对粉煤灰铝含量要求比较宽松。
（2）降低了烧结温度，加宽了烧结温度范围，烧结温度在850-950℃范围内。
（3）赤泥产生量少，低钙比配方相对传统碱石灰法，赤泥分离后赤泥可减少30％~50％。
（4）整个生产原料采用工业固废，纯碱循环使用，水循环使用，窑炉产生的CO2脱硫除尘后于用碳酸化分解，生产过程无废水废气排放。
（5）脱碱后的赤泥Na20浓度达到2.44-2.72g/L，可以达到水泥的使用指标，避免碱-集料反应，可以用于水泥的使用，或者赤泥与脱硫石膏、粉煤灰按一定比例混合制作免烧砖。
（6）在粉煤灰生产氧化铝的过程中使用电石泥取代了原料的石灰石，使用电石泥取代了赤泥脱碱和铝酸钠溶液脱硅所用的石灰乳。节省了石灰石的开采，节约了资源。
（7）煤矸石起到内燃作用，同时提供铝源，提高了铝硅键的活性，利于硅铝键的断裂，节省能耗，生产一吨氧化铝可以节约50-70％内燃煤。
（8）通过调整反应温度及铝酸钠溶液的浓度，降低了脱硅中的碱含量的同时，还避免了高温高压脱硅，从而降低了生产成本。
（9）本工艺的氢氧化铝析出环节采用晶种辅助碳分，通过控制温度和转速调节产品粒度，缩短了氢氧化铝的提取时间，增加了氢氧化铝的粒度种类。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例，凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例1
一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法，包括以下依次进行的步骤：
原料1粉煤灰的化学成分如下：
Figure 161480DEST_PATH_IMAGE001
原料1煤矸石的化学成分如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
生料配置：称取粉煤灰100份，煤矸石30份，电石泥100份，纯碱100份，粉碎至160目，按照固液比为5:1进行配料，搅拌均匀，制得生料；
将生料在850℃下煅烧1小时，冷却至室温，将其破碎粉磨至80目，制得熟料；
将制得的熟料用水溶解，85℃下搅拌溶出30分钟，经计算氧化铝的溶出率在90％；
过滤后的赤泥进行洗涤，再过滤，将过滤后的洗液收集，用于下一次熟料的溶出；
将过滤后的铝酸钠溶液，按照有效氧化钙钙含量在8g/L加入到脱硅液中，配合脱硅剂进行脱硅；在80℃下，搅拌反应3小时，过滤得到***；
温度在控制在75℃，转速60rpm搅拌条件下，将脱硅后的***通入38%的二氧化碳气体，通气速率为2m3/s，加入晶种（浓度为70g/l），反应时间为3小时，碳酸化得到氢氧化铝；
对氢氧化铝再进行洗涤，将洗涤液收集用于下一次熟料的溶出；将氢氧化铝1200℃焙烧，得到氧化铝。
实施例2
原料2粉煤灰的化学成分如下：
Figure 427421DEST_PATH_IMAGE003
原料2煤矸石的化学成分如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法，包括以下依次进行的步骤：
生料配置：称取粉煤灰110份，煤矸石35份，电石泥105份，纯碱105份，粉碎至160目，按照固液比为5:1进行配料，搅拌均匀，制得生料；
将生料在880℃下煅烧1小时，冷却至室温，将其破碎粉磨至80目，制得熟料；
将制得的熟料用水溶解，85℃下搅拌溶出30分钟，经计算氧化铝的溶出率在92％；
过滤后的赤泥进行洗涤，再过滤，将过滤后的洗液收集，用于下一次熟料的溶出；
将过滤后的铝酸钠溶液，按照有效氧化钙钙含量在8g/L加入到脱硅液中，配合脱硅剂进行脱硅；
在80℃下，搅拌反应3小时，过滤得到***；温度控制在80℃，转速60rpm搅拌条件下，将脱硅后的***通入38%的二氧化碳气体，通气速率为2m3/s，加入晶种（浓度为70g/l），反应时间为3小时，碳酸化得到氢氧化铝；
对氢氧化铝再进行洗涤，将洗涤液收集用于下一次熟料的溶出；将氢氧化铝1200℃焙烧，得到氧化铝。
实施例3
原料3粉煤灰的化学成分如下：
Figure 36519DEST_PATH_IMAGE005
原料2煤矸石的化学成分如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法，包括以下依次行的步骤：
生料配置，称取粉煤灰108份，煤矸石33份，电石泥110份，纯碱106份，粉碎至160目，按照固液比为5:1进行配料，搅拌均匀，制得生料；
将生料在950℃下煅烧1小时，冷却至室温，将其破碎粉磨至80目，制得熟料；
将制得的熟料用水溶解，85℃下搅拌溶出30分钟，经计算氧化铝的溶出率在89％；
过滤后的赤泥进行洗涤，再过滤，将过滤后的洗液收集，用于下一次熟料的溶出；
将过滤后的铝酸钠溶液，按照有效氧化钙钙含量在8g/L加入到脱硅液中，配合脱硅剂进行脱硅；在80℃下，搅拌反应3小时，过滤得到***；
温度控制在85℃，转速60rpm搅拌条件下，将脱硅后的***通入38%的二氧化碳气体，通气速率为2m3/s，加入晶种（浓度为70g/l），反应时间为3小时，碳酸化得到氢氧化铝；
对氢氧化铝再进行洗涤，将洗涤液收集用于下一次熟料的溶出；将氢氧化铝1200℃焙烧，得到氧化铝。
本发明不会限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽范围。

Claims (4)

1.一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法，包括依次进行的以下步骤：生料配置、熟料烧结、熟料溶出、赤泥分离与洗涤、赤泥脱碱、粗液脱硅、晶种的制备、***碳酸化分解、氢氧化铝分离与洗涤、氢氧化铝的焙烧和母液蒸发，其特征在于：
生料配置：将原料粉煤灰、煤矸石、电石泥和纯碱，粉碎至100-160目以下，原料中化学成分按照摩尔比为Na2O/(Al2O3+ Fe2O3)＝1，1≤CaO/SiO2≤1.5，CaO/TiO2＝1进行配料，其中粉煤灰和煤矸石的配入质量比为3-4，生料浆的固液比为5:1，搅拌均匀，制得生料；所述生料配置中，使用粉煤灰和煤矸石提供铝源，煤矸石提供内燃动力，使用电石泥作为钙源；
赤泥脱碱：赤泥中的电石泥掺入量为20%，液固比为5，温度在80-90℃下搅拌4-6小时，洗涤4-5次，过滤后得到的赤泥的Na2O浓度达到2.44-2.72g/L；过滤所得的溶液收集，用于下一次熟料的溶出；
粗液脱硅：将过滤后的富含铝酸钠的溶液，在80-90℃下，转速在50rpm搅拌条件下，用有效钙含量在7-8g/L的电石泥溶液配合脱硅剂进行脱硅1小时；然后在70-80℃下，转速在30rpm搅拌条件下，脱硅1小时；保温在50-60℃下，转速在15rpm搅拌条件下，脱硅1小时，得到溶液中SiO2含量在0.01-0.03%；
赤泥脱碱和粗液脱硅时，使用电石泥代替石灰乳作为钙源；
晶种的制备：初始温度90-95℃，转速60rpm搅拌条件下，将脱硅后的***通入38%的二氧化碳气体，通气速率为2m3/s，通气2小时；然后温度降低至60-65℃，转速调至30rpm，再通CO2气体1小时；温度降低至45-55℃转速调至15rpm，再通CO2气体1小时，过滤，得到晶种氢氧化铝；
***碳酸化分解：温度在75-85℃，转速60rpm搅拌条件下，将脱硅后的***通入38%的二氧化碳气体，通气速率为2m3/s，加入晶种氢氧化铝，种子量为70-80g/l，反应时间为3-4小时，然后调节转速为40rpm，搅拌1-1.5小时，碳酸化得到氢氧化铝；所述方法以碳分为主、以晶种为辅助，通过调节温度和转速控制生产的氢氧化铝的粒度；
赤泥的洗涤液、脱碱赤泥的洗涤液、氢氧化铝的洗涤液均用于下次熟料溶出时调整反应体系的苛性比。
2.根据权利要求1所述的一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法，其特征在于，包括以下进行的具体步骤：
熟料烧结：将上述生料在850℃-950℃下煅烧1-1.5小时，冷却至室温，破碎粉磨至80-100目以下，制得熟料；
熟料溶出与分离：将制得的熟料用水溶解，过滤后得到铝酸钠溶液；
赤泥分离及洗涤：快速的对溶出的熟料进行过滤，分离得到赤泥，然后对赤泥再进行洗涤，再过滤，将过滤后的洗液收集，用于下一次熟料的溶出；
氢氧化铝分离与洗涤：将碳化后的液体进行过滤，过滤液体用于母液蒸发，对氢氧化铝再进行3-5次洗涤，将洗涤液收集用于下一次熟料的溶出；
氢氧化铝的焙烧：将氢氧化铝在1200-1250℃下煅烧，得到氧化铝；
母液蒸发：将***碳酸化分解得到的碳分解母液进行蒸发，蒸发后所得的碱用于配制生料。
3.根据权利要求1或2所述的一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法，其特征在于，所述电石泥含水率为15%-30％，有效氧化钙含量在70％-75%。
4.根据权利要求1或2所述的一种用电石泥粉煤灰和煤矸石烧结法生产氧化铝的方法，其特征在于，所述生料配置中的纯碱来自铝酸钠溶液碳酸化分解后的母液经过蒸发器所得的碱粉。
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