CN1226190C

CN1226190C - 一种综合利用煤矸石生产氧化铝和电解铝的方法

Info

Publication number: CN1226190C
Application number: CN 02107204
Authority: CN
Inventors: 康仁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2022-03-07
Also published as: CN1443712A

Abstract

本发明公开了一种综合利用煤矸石生产氧化铝和电解铝的方法，其技术方案是把现有的煤矸石发电工艺、电解铝工艺以及改进了的粉煤灰制成Al₂O₃工艺结合起来，矸石电厂生产的电作为电解铝和其它动力用电的能源，所产生的粉煤灰作为生产Al₂O₃的原料，Al₂O₃又是电解铝的原料。具有总工艺流程短、设备投资低、经济效益高、工艺可靠、可行性强等优点，符合贫矿生产和废物利用制铝的国情和大方向，煤矸石和粉煤灰的利用有利于环境保护。

Description

一种综合利用煤矸石生产氧化铝和电解铝的方法

技术领域：

本发明属于化工和冶金工业领域，涉及综合利用煤矸石生产氧化铝和电解铝的生产工艺。

背景技术：

目前世界上生产氧化铝的方法基本上是采用铝土富矿通过生产Al(OH)₃中间步骤生产Al₂O₃的方法，此方法称为碱法工艺，主要有拜耳法、烧结法和二者相结合的联合法。由于铝土矿资源减少，七十年代开始进行利用煤矸石生产Al₂O₃的试验，尔后逐渐出现酸法生产Al₂O₃的技术以及熟料自粉化法提取Al(OH)₃再深加工制造Al₂O₃的技术。对于低品位矿石的炼铝工艺，采用酸法生产氧化铝的方法，其优点是能处理广泛分布的铝硅酸盐矿物(即贫铝矿石资源)，但该法存在分离硅渣、除铁净化、酸回收及采用耐酸设备等方面的困难，而且酸法工艺消耗大量硫酸，经济效益差。因而国内亦有采用铵明钒热解生产工艺，以及盐析法即采用热硫酸和硫铵处理的工艺。以上方法均是单纯生产氧化铝的工艺，因此工艺流程长，固定资产投资大，能耗高，经济效益低。

随着循环流化床锅炉的广泛使用，采用煤矸石发电的工艺已很成熟，矸石发电已经用于生产。但随之产生的含40％Al₂O₃的粉煤灰却白白倒掉了，而且对环境造成了污染；而专门制造Al₂O₃的厂家仍从煤矸石开始，经粉碎--成球--煅烧--再粉碎等一系列过程制造“粉煤灰”。因而，发电和生产Al₂O₃的成本都很高，致使利用煤矸石生产Al₂O₃的经济效益太差，无法实现工业化生产。至今生产Al₂O₃多用富矿生产，这样，一方面富矿越来越少，另一方面象煤矸石这样的贫矿和“垃圾”越来越多，而Al₂O₃和金属铝的用量越来越大。因此，采用新的工艺路线，实现煤矸石的综合利用就显得非常重要了。

发明内容：

本发明的目的是提供一种以煤矸石为原料，最终产品为金属铝，技术上先进、经济上可行、符合国情和环保要求的生产工艺。

本发明的技术方案是：把现有的煤矸石发电工艺、电解铝工艺以及改进了的粉煤灰制成Al₂O₃工艺结合起来，矸石电厂生产的电作为电解铝和其它动力用电的能源，所产生的粉煤灰作为生产Al₂O₃的原料，Al₂O₃又是电解铝的原料，这样进入本***的主要原料是煤矸石，经过各种工艺过程，从本***出来的主要产品是氢氧化铝、氧化铝和电解铝。

本发明的有益技术效果是：通过三个工艺的科学配置，前面工艺的产品是后面工艺的原料和能源，减少了总工艺流程和设备投资，提高了经济效益，使综合利用煤矸石生产氧化铝和电解铝成为可能；矸石发电和电解铝工艺已是应用于生产的成熟技术，改进的氧化铝生产技术与之结合使经济效益大大提高。综合评价：本发明工艺可靠，可行性强；符合贫矿生产和废物利用制铝的国情和大方向，煤矸石和粉煤灰的利用有利于环境保护。

附图说明：

附图1为本发明工艺流程方框图。

附图2为本发明工艺流程示意图。

具体实施方式：

结合附图实施例说明本发明原理和工艺流程如下：

本发明技术方案由煤矸石发电工艺、粉煤灰制成Al₂O₃工艺和电解铝生产工艺组成。矸石电厂生产的电作为电解铝和其它动力用电的能源，所产生的粉煤灰作为生产Al₂O₃的原料，Al₂O₃又是电解铝的原料，这样进入本***的主要原料是煤矸石，经过各种工艺过程，从本***出来的主要产品是氢氧化铝、氧化铝和电解铝。

(一)煤矸石发电：煤矸石或含铝劣质煤经破碎送入发电厂循环流化床锅炉燃烧，产生的蒸汽推动发电机运转发电，电力送往电解铝工艺和全***用电。矸石电厂应并入当地电网，以利调节负荷。电厂蒸汽供本***用；产生的粉煤灰送入氧化铝工艺流程作为主要原料。

(二)氧化铝制造：氧化铝生产设备由浸取罐、板框压滤机、碳化塔、煅烧炉及石灰窑等组成。

(1)、粉煤灰送入浸取罐，在浸取罐中加入适量石灰乳和纯碱，使氢氧化钠含量控制在3-5％，正常生产后加入碳酸钠母液，同时补加部分纯碱，使氢氧化钠含量控制在上述范围内；温度控制在80℃左右，常压。

主要反应如下：

生成NaAlO₂液。

(2)、将(a)产物用板框过滤机过滤(或加一增稠器，先增稠再过滤)，渣子主要含SiO₂和CaCO₃，清液为粗NaAlO₂液。渣可制水泥。(成份见附表1)

(3)、在粗NaAlO₂液中加入少量石灰乳，用0.5--0.6MPa的蒸汽加压蒸煮，使溶液中的SiO₂以硅铝酸钠淅出，用板框压滤机分离除去，清液进入精NaAlO₂液罐。

(4)、将精NaAlO₂液打入碳化塔，由石灰窑经空压机送入CO₂气，(浓度20％-25％)，反应生成Na₂CO₃和Al(OH)₃沉淀，用板框压滤机(或离心机)分离，母液含Na₂CO₃3-4％，返回浸取罐重新利用。生成的Al(OH)₃送入库中备用。

反应式为：

(5)、将Al(OH)₃送入外热式转炉煅烧(550℃)生成Al₂O₃，

反应式：

Al₂O₃即为生产电解铝、特种氧化铝的原料。

本发明对Al₂O₃生产工艺做了比较大的改变，主要有三个方面：

(1)在现行工艺流程中，制“粉煤灰”的过程很长，主要有原料(煤矸石、石灰石、煤)粉碎、成球、干燥、煅烧、烧成物粉碎等，所用设备庞大笨重，固定资产投资大能耗高。本发明上述工艺过程被发电厂循环流化床锅炉代替，对生产Al₂O₃而言不仅大大降低了固定资产投资(约降低60％以上)，而且做到了主要原料“零成本”(即不计费)。

(2)在现行工艺流程中，石灰石与煤矸石一起煅烧，本发明为另建石灰窑制取CaO和Ca(OH)₂，通过加入石灰乳制取NaAlO₂，这样工艺过程容易控制，纯碱消耗少(因排渣减少，带走的纯碱减少)。

(3)在现行工艺流程中，由NaAlO₂生产Al(OH)₃采用改变工艺条件使Al(OH)₃析出的办法，本发明采用碳化反应，用石灰窑附产的CO₂与NaAlO₂反应生成Al(OH)₃沉淀。CO₂浓度可达25％以上，这样反应速度快，粉煤灰中Al₂O₃收率高，纯碱可回收80％以上。

(三)电解铝：

将矸石发电产生的电能和氧化铝制造产生的Al₂O₃送至电解铝厂生产金属铝。

用本法生产的Al₂O₃经过深加工还可以制造价值更高的特种氧化铝、结晶氯化铝和聚合氯化铝等产品。

本发明的主要技术效果：

按照本工艺进行煤矸石综合利用，技术效果、经济效益和社会效益十分显著，分述如下：

1、煤矸石中一般含有15％的可燃物，按现行工艺煅烧时不仅这部分热能不能利用，还得再加入部分燃料，能源消耗很大。采用本生产工艺煤矸石中的热能可转换为电能，实现热能综合利用(煤矸石成份见附表1)；矸石中的SiO₂以渣取出，可以作为水泥原料，达到真正的煤矸石综合利用。

2、用本工艺组织生产可实现较高的经济效益。经测算，每吨铝比现行工艺成本降低5000余元，建一个10万吨铝厂，年增加经济效益可达5亿元。用矸石电站取代原工艺中的许多笨重设备，可大大减少固定资产投资(约60％)，对于制造Al₂O₃来讲，原料粉煤灰可以不计成本，使Al₂O₃的生产成本下降40--50％。

3、用本工艺组织生产可极大地减少环境污染。现在很多煤矿矸石堆积成山，长年自燃，粉尘和放出的SO₂、CO等有害气体严重污染了环境。用本工艺建一个10万吨的铝厂每年可吃掉70余万吨的煤矸石。并将电厂排放的粉煤灰变废为宝。

4、由于金属铝及其合金具有特殊的物理化学性质，在国民经济各部门得到了广泛的应用，供不应求。但是，按现有工艺提炼铝的原料--含铝富矿越来越少，远不能适应国民经济发展的需要。本发明工艺的开发成功，必将极大地扩大制铝工业的原料来源，为生产Al₂O₃和金属铝提供了丰富的原料资源，极大地促进制铝工业的发展。

附表1：

乌海地区各种物料组成成份

物料名称	nnn	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	R₂O	备注
物料名称	nnn	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	R₂O	备注	煤矸石	16.6	41.5	38.3	0.7	0.2	0.44	0.56
粉煤灰		49.2	40.3	6.0	2.6	0.3		两水公司	煤矸石	16.6	41.5	38.3	0.7	0.2	0.44	0.56
粉煤灰		49.2	40.3	6.0	2.6	0.3		两水公司	一般煤灰		48.0	38.0	5.0	3.5	0.5
矸石由灰	3.5	52.0	35.0	3.5	0.7	0.7		老石旦矿	一般煤灰		48.0	38.0	5.0	3.5	0.5
矸石由灰	3.5	52.0	35.0	3.5	0.7	0.7		老石旦矿	粘上	10.0	54.0	14.0	5.5	8	3
硅渣		91.08	4.28	0.18	4.5				粘上	10.0	54.0	14.0	5.5	8	3

Claims

1.一种综合利用煤矸石生产氧化铝和电解铝的方法，其特征在于：该方法是把现有的煤矸石发电工艺、电解铝工艺以及改进了的粉煤灰制成Al₂O₃的工艺结合起来，矸石电厂生产的电作为电解铝和其它动力用电的能源，所产生的粉煤灰作为生产Al₂O₃的原料，Al₂O₃又是电解铝的原料；所述粉煤灰制成Al₂O₃的生产设备包括：浸取罐、板框压滤机、碳化塔、煅烧炉、石灰窑；生产工艺包括：

A.将粉煤灰送入浸取罐，在浸取罐中加入适量石灰乳和纯碱，使氢氧化钠含量控制在3-5％，正常生产后加入碳酸钠母液，同时补加部分纯碱，使氢氧化钠含量控制在上述范围内，温度控制在80℃，常压，经过反应生成NaAlO₂和CaCO₃；

B.将所述A步骤的产物用板框过滤机过滤，或加一增稠器，先增稠再过滤，渣子主要含SiO₂和CaCO₃，清液为粗NaAlO₂液，渣可制水泥；

C.在粗液NaAlO₂中加入石灰乳，用0.5--0.6MPa的蒸汽加压蒸煮，使溶液中的SiO₂以硅铝酸钠淅出，用板框压滤机分离除去，清液进入精NaAlO₂液罐；

D.将所述精NaAlO₂液打入碳化塔，由石灰窑经空压机送入浓度为20-25％的CO₂气，反应生成Na₂CO₃和Al(OH)₃沉淀，用板框压滤机或离心机分离，母液含Na₂CO₃ 3-4％，返回浸取罐重新利用，生成的Al(OH)₃送入库中备用；

E.将Al(OH)₃送入外热式转炉煅烧，温度550℃，生成Al₂O₃。