專利名稱：煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁及其廢渣生產(chǎn)水泥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提取氫氧化鋁或氧化鋁的方法，特別涉及一種從煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁的方法，本發(fā)明還涉及一種從煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁的廢渣生產(chǎn)水泥的方法。
背景技術(shù)：
煤矸石中提取氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)水泥國內(nèi)外已經(jīng)有不少專利。
國內(nèi)外從煤矸石中提取氧化鋁的方法可分為堿法和酸法兩大類。由于酸法在工業(yè)上存在腐蝕設(shè)備、酸不易回收、其他技術(shù)金屬雜質(zhì)不易去除等缺點，產(chǎn)業(yè)化推廣還是受到了限制。
堿法工藝大都是將純堿加入煤矸石進(jìn)行煅燒，最后浸出氧化鋁。由于氧化硅的干擾，堿法都存在堿耗大的問題使得煤矸石中提取氧化鋁的經(jīng)濟性變差。
石灰法是波蘭科學(xué)家發(fā)明的在粉煤灰中提取氧化鋁并聯(lián)產(chǎn)水泥的工藝，由于該法熟料煅燒溫度高，所以整個工藝能耗高。
和煤矸石一樣的其他含鋁高嶺石礦物中氧化鋁的提取同樣面臨上述問題，迫切需要新的工藝方法來解決氧化鋁提取過程中遇到的能耗高不經(jīng)濟等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種從煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁及其廢渣生產(chǎn)水泥的方法，該方法能降低傳統(tǒng)方法中提取氧化鋁的燒結(jié)溫度，使用該方法能夠降低成本、減少環(huán)境污染，本發(fā)明還可以將提鋁產(chǎn)生的廢渣煅燒成水泥。
本發(fā)明解決的技術(shù)問題的技術(shù)方案是包括如下步驟(1)、蒸養(yǎng)反應(yīng)將煤矸石進(jìn)行煅燒，煅燒后產(chǎn)生的偏高嶺石和石灰或電石渣混合加水后進(jìn)行蒸壓反應(yīng)，蒸壓反應(yīng)溫度為110-280℃，對應(yīng)的壓力為0.14-6.4MPa，反應(yīng)1-12小時，生成以水合硅鋁酸鈣和氫氧化鈣為主晶相的產(chǎn)物稱為蒸壓料；(2)、氧化鋁生產(chǎn)將蒸壓料在800-1000℃的溫度下煅燒0.5-4小時，蒸壓料中的水合硅鋁酸鈣礦物晶體分解，形成主晶相為12CaO·7Al2O3(C12A7)和2CaO·SiO2(C2S)的煅燒熟料；利用碳酸鈉溶液對煅燒熟料進(jìn)行浸取處理，利用石灰加入法進(jìn)行脫硅處理，利用碳化法獲得氫氧化鋁，并對碳酸鈉進(jìn)行回收再利用，氫氧化鋁煅燒為氧化鋁。
所述浸取溶出氧化鋁浸取溶出液是濃度為4-12％的碳酸鈉水溶液。
所述浸取溶出氧化鋁浸取溶出溫度為50-90℃，浸取溶出時間為15-45分鐘，固液比為1∶5-40。
所述脫硅處理按照30-50∶1的鈣硅比進(jìn)行。
所述碳化分解處理在40-60℃的溫度下進(jìn)行，碳分終點為pH＝8-10。
所述氫氧化鋁進(jìn)行煅燒，獲得冶金級氧化鋁，煅燒溫度為1100-1200℃。
所述廢渣為硅鈣渣。
所述水泥生產(chǎn)中的配料是由硅鈣渣、煤矸石和鐵粉組成，石灰石飽和系數(shù)為0.8-0.98，硅率為1.7-2.3，鋁率為1.0-1.6，煅燒工藝可以是濕法、半干法或干法生產(chǎn)，煅燒溫度為1300-1400℃。
本發(fā)明的有益效果是將煤矸石煅燒產(chǎn)生的熱量用于蒸壓工序和低溫熟料煅燒工序，將煤矸石煅燒后的偏高嶺石用于氧化鋁和水泥生產(chǎn)的原料，實現(xiàn)了固體廢棄物和能量的綜合利用，極大地降低氧化鋁和水泥的生產(chǎn)成本。
利用煤矸石煅燒后產(chǎn)生的偏高嶺石的活性和氧化鈣進(jìn)行蒸壓反應(yīng)，降低了熟料煅燒溫度，節(jié)約能源。
本發(fā)明包括四個工藝部分，其中第一部分為煤矸石粉碎煅燒工藝，第二部分為偏高嶺石和石灰的蒸壓與煅燒工藝，第三部分為氧化鋁生產(chǎn)工藝，第四部分為水泥生產(chǎn)工藝。其中，第一部分工藝為第二和第三部分提供原料和能量。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明首先以氧化鋁含量大于30％(重量百分比)的煤矸石粉碎煅燒為偏高嶺石后，和煅燒好的氧化鈣或電石渣按照1∶(1-3)的比例進(jìn)行球磨混合，按照固液比為1∶(0.1-1)的比例加水成型后送入蒸壓釜進(jìn)行蒸壓反應(yīng)，蒸壓反應(yīng)可以是蒸汽加熱，也可以是自蒸壓，蒸壓溫度110-280℃，對應(yīng)的最大壓力為0.14-6.4MPa。蒸壓時間為0.5-12小時，蒸壓過程中的熱能由煤矸石煅燒獲得，蒸壓之后獲得的產(chǎn)物為蒸壓料。
其次，將蒸壓料進(jìn)行煅燒處理，煅燒溫度為800-1000℃，煅燒時間0.5-12小時。煅燒設(shè)備可采用陶瓷生產(chǎn)工藝用的隧道窯，也可以采用化工生產(chǎn)用的回轉(zhuǎn)窯、水泥生產(chǎn)用的立窯或回轉(zhuǎn)窯等設(shè)備，煅燒過程中所需的能量由煤矸石煅燒獲得。
第三，將合格煅燒熟料進(jìn)行低濃度碳酸鈉溶液浸取。浸取溶出分為兩次，每次使用濃度為4-12％的碳酸鈉水溶液作為浸取溶出液。浸取溶出溫度為50-90℃，浸取溶出時間為15-45分鐘，固液比為1∶(5-40)。浸取溶出結(jié)束后，進(jìn)行固液分離，獲得鋁酸鈉粗液和以硅酸二鈣和碳酸鈣為主要成分的硅鈣渣。
第四，按照(30-50)∶1的鈣硅比進(jìn)行脫硅處理，獲得鋁酸鈉精液，繼而在40-60℃的溫度下進(jìn)行碳化分解處理，碳分終點為pH＝8-10。過濾后獲得氫氧化鋁，濾液經(jīng)過處理再生循環(huán)使用。碳化所用二氧化碳?xì)怏w可以從石灰爐中獲得，如采用電石渣，二氧化碳可以從熟料煅燒窯中獲得。
第五，將氫氧化鋁進(jìn)行煅燒，獲得冶金級氧化鋁。煅燒溫度為1100-1200℃，煅燒設(shè)備可采用傳統(tǒng)的氧化鋁煅燒設(shè)備，也可以采用流態(tài)化煅燒設(shè)備或先進(jìn)的沸騰煅燒設(shè)備。
第六，對硅鈣渣進(jìn)行必要的成分調(diào)整，加入調(diào)整原料(偏高嶺石或石灰或鐵粉)后，進(jìn)行濕法球磨混合。達(dá)到水泥生產(chǎn)的原料配比和均勻度后，送入濕法窯進(jìn)行水泥煅燒。石灰石飽和系數(shù)為0.8-0.98，硅率為1.7-2.3，鋁率為1.0-1.6，煅燒溫度為1300-1400℃。
水泥生產(chǎn)也可以采用半干法或干法工藝進(jìn)行生產(chǎn)。
工藝實施舉例1原料化學(xué)成分

工藝配比偏高嶺石/石灰＝1/2，加水固液比為1∶0.3，180℃蒸養(yǎng)4小時，950℃煅燒4小時，8％碳酸鈉溶液按照液固比5∶1在70℃浸取溶出35min，氧化鋁浸出率為80％，氧化鋁中氧化硅的含量低于0.3％，達(dá)到冶金級氧化鋁的成分要求。
提取氧化鋁后產(chǎn)生的硅鈣渣的化學(xué)組成為

水泥配料及熟料的化學(xué)組成

以上配料所得結(jié)果KH＝0.89，SM＝2.29，IM＝1.31均符合濕法窯煅燒水泥的要求。按上述配比獲得的水泥28天抗壓強度大于52.5MPa，抗折大于7MPa，達(dá)到52.5號水泥的強度等級。
工藝實施舉例2原料和配比和實施舉例1相同。210℃蒸養(yǎng)4小時，900℃煅燒4小時，10％碳酸鈉溶液按照液固比5∶1在75℃浸取溶出30min，氧化鋁浸出率為85％，氧化鋁中氧化硅的含量低于0.3％，達(dá)到冶金級氧化鋁的成分要求。
按照水泥配料要求，利用提取氧化鋁后產(chǎn)生的硅鈣渣、煤矸石煅燒后產(chǎn)生的偏高嶺石和鐵粉進(jìn)行配料，在1300-1400℃溫度下煅燒，獲得的水泥28天抗壓強度大于52.5MPa，抗折大于7MPa，達(dá)到52.5號水泥的強度等級。
工藝實施舉例3原料和配比和實施舉例1相同。140℃蒸養(yǎng)4小時，850℃煅燒4小時，9％碳酸鈉溶液按照液固比5∶1在80℃浸取溶出40min，氧化鋁浸出率為75％，氧化鋁中氧化硅的含量低于0.3％，達(dá)到冶金級氧化鋁的成分要求。
按照水泥配料要求，利用提取氧化鋁后產(chǎn)生的硅鈣渣、煤矸石煅燒后產(chǎn)生的偏高嶺石和鐵粉進(jìn)行配料，在1300-1400℃溫度下煅燒，獲得的水泥28天抗壓強度大于52.5MPa，抗折大于7MPa，達(dá)到52.5號水泥的強度等級。
工藝實施舉例4實施舉例1中原料石灰改為電石渣，化學(xué)組成配比相同。230℃蒸養(yǎng)4小時，960℃煅燒4小時，10％碳酸鈉溶液按照液固比5∶1在60℃浸取溶出40min，氧化鋁浸出率為91％，氧化鋁中氧化硅的含量低于0.3％，達(dá)到冶金級氧化鋁的成分要求。
按照水泥配料要求，利用提取氧化鋁后產(chǎn)生的硅鈣渣、煤矸石煅燒后產(chǎn)生的偏高嶺石和鐵粉進(jìn)行配料，在1300-1400℃溫度下煅燒，獲得的水泥28天抗壓強度大于52.5MPa，抗折大于7MPa，達(dá)到52.5號水泥的強度等級。
權(quán)利要求
1.一種煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁的方法，其特征是包括如下步驟(1)、蒸養(yǎng)反應(yīng)將煤矸石進(jìn)行700-900℃的溫度下煅燒，煅燒后產(chǎn)生的偏高嶺石和石灰或電石渣混合加水后進(jìn)行蒸壓反應(yīng)，蒸壓反應(yīng)溫度為110-280℃，對應(yīng)的壓力為0.14-6.4MPa，反應(yīng)1-12小時，生成以水合硅鋁酸鈣和氫氧化鈣為主晶相的產(chǎn)物稱為蒸壓料；(2)、氧化鋁生產(chǎn)將蒸壓料在800-1000℃的溫度下煅燒0.5-4小時，蒸壓料中的水合硅鋁酸鈣礦物晶體分解，形成主晶相為12CaO·7Al2O3(C12A7)和2CaO·SiO2(C2S)的煅燒熟料；利用碳酸鈉溶液對煅燒熟料進(jìn)行浸取處理，利用石灰加入法進(jìn)行脫硅處理，利用碳化法獲得氫氧化鋁，并對碳酸鈉進(jìn)行回收再利用，氫氧化鋁煅燒為氧化鋁。(3)、水泥生產(chǎn)上述步驟氧化鋁溶出后的硅鈣渣用作水泥的生產(chǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁的方法，其特征是所述浸取溶出氧化鋁浸取溶出液是濃度為4-12％的碳酸鈉水溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁的方法，其特征是所述浸取溶出氧化鋁浸取溶出溫度為50-90℃，浸取溶出時間為15-45分鐘，固液比為1∶5-40。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁的方法，其特征是所述脫硅處理按照30-50∶1的鈣硅比進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁的方法，其特征是所述碳化分解處理在40-60℃的溫度下進(jìn)行，碳分終點為pH＝8-10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁的方法，其特征是所述氫氧化鋁進(jìn)行煅燒，獲得冶金級氧化鋁，煅燒溫度為1100-1200℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁的方法，其特征是所述廢渣為硅鈣渣。
8.一種用權(quán)利要求1或7所述的煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁的廢渣生產(chǎn)水泥的方法，其特征是所述水泥生產(chǎn)中的配料是由硅鈣渣、煅燒煤矸石和鐵粉組成，石灰石飽和系數(shù)為0.8-0.98，硅率為1.7-2.3，鋁率為1.0-1.6，煅燒工藝可以是濕法、半干法或干法生產(chǎn)，煅燒溫度為1300-1400℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁及其廢渣生產(chǎn)水泥的方法，包括下述步驟將煤矸石進(jìn)行煅燒，煅燒后產(chǎn)生的偏高嶺石和石灰或電石渣混合加水后進(jìn)行蒸壓反應(yīng)，蒸壓反應(yīng)溫度為110－280℃，對應(yīng)壓力為0.14－6.4MPa，反應(yīng)1－12小時，生成以水合硅鋁酸鈣和氫氧化鈣為主晶相的產(chǎn)物稱為蒸壓料；將蒸壓料在800－1000℃的溫度下煅燒0.5－4小時，蒸壓料中的水合硅鋁酸鈣礦物晶體分解，形成主晶相為七鋁酸十二鈣和硅酸二鈣的煅燒熟料；利用碳酸鈉溶液對煅燒熟料進(jìn)行浸取處理，利用石灰加入法進(jìn)行脫硅處理，利用碳化法獲得氫氧化鋁，并對碳酸鈉進(jìn)行回收再利用，氫氧化鋁煅燒為氧化鋁。上述步驟氧化鋁溶出后的硅鈣渣用作水泥的生產(chǎn)。
文檔編號C04B7/24GK101028935SQ20071001730
公開日2007年9月5日 申請日期2007年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者趙鵬, 姜修道, 王尉和 申請人:長安大學(xué)