CN1226190C - 一种综合利用煤矸石生产氧化铝和电解铝的方法 - Google Patents
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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
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:
(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 |
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 | |
粘上 | 10.0 | 54.0 | 14.0 | 5.5 | 8 | 3 | ||
硅渣 | 91.08 | 4.28 | 0.18 | 4.5 |
Claims (1)
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。
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