專利名稱：利用煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和水泥工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用鋁硅酸鹽礦物的化工開發(fā)利用方法，特別是一種利用 煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和水泥的工藝方法。
背景技術(shù)：
據(jù)邊炳鑫、解強(qiáng)、趙有才在《煤系固體廢物資源化技術(shù)》(化學(xué)工業(yè)出版 社2005年5月第一版)一書中稱煤矸石作為煤炭生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物，產(chǎn)量約占煤炭開采 量的10-25%。截止到2004年，全國煤礦堆積貯存的煤矸石已達(dá)40億噸以上，占地近30 萬畝。隨著煤炭開采的增加，全國每年新增加的煤矸石有3億噸以上，除了綜合利用的近6 千萬噸外，其余近2. 4億噸煤矸石都被繼續(xù)堆積貯存。煤矸石的基本組成是鋁硅酸鹽，主要是氧化鋁和二氧化硅，兩組分合計(jì)約占煤 矸石總量的70-98 %，大部分在80%左右，其中氧化鋁約占15-45 %，二氧化硅一般占 40-65%，另含少量鐵、鈣、鎂等元素的氧化物，各組分的含量因煤矸石的產(chǎn)地而異。從工業(yè)廢棄物煤矸石中提取化工產(chǎn)品，變廢為寶，改善環(huán)境，是世界各國、更是我 國的重要產(chǎn)業(yè)政策。馮詩慶在1995年第4期《無機(jī)鹽工業(yè)》第22_24頁刊文《煤矸石制鋁鹽和白炭黑》 (對比文獻(xiàn)1)，提出用酸浸煤矸石與其中的氧化鋁組分發(fā)生反應(yīng)生成鋁鹽，然后加銨鹽反 應(yīng)生成氫氧化鋁和銨明礬。此對比文獻(xiàn)1采用酸法處理煤矸石工藝得到鋁鹽產(chǎn)品，氧化鋁 的提取率只有65%左右，而煤矸石中的另一種更主要的組分二氧化硅卻只是作為尾渣，經(jīng) 過活化劑改性反應(yīng)得到因?yàn)楹渌倭拷M分而純度不高的白炭黑，技術(shù)的經(jīng)濟(jì)價值不高。杜玉成等在1997年第5期《河北冶金》第28_31頁刊文《煤矸石制備氫氧化鋁、氧 化鋁及高純度α-氧化鋁微粉的研究》(對比文獻(xiàn)2)，提出對氧化鋁含量大于35%的煤矸 石，采用酸鹽聯(lián)合法先經(jīng)硫酸浸泡生成硫酸鋁，去除二氧化硅殘?jiān)?，再加硫酸銨和氨水鹽析 反應(yīng)得到氫氧化鋁，用去離子水洗滌除去氫氧化鋁上吸附的雜質(zhì)離子，然后經(jīng)焙燒得到氧 化鋁；用鹽酸浸泡煤矸石，去除二氧化硅殘?jiān)螅?jīng)氯化氫氣體鹽析除雜提純、再加氨水活 化、交聯(lián)劑高聚復(fù)合反應(yīng)生成鋁凝膠、1100-130(TC高溫煅燒轉(zhuǎn)型，得到高純度α-氧化鋁 微粉。此對比文獻(xiàn)2采用酸鹽聯(lián)合法工藝處理煤矸石，氧化鋁的提取率也只有75%左右，煤 矸石中另一更主要的組分二氧化硅并沒有被利用。劉小波、付勇堅(jiān)、肖秋國、鄧文在《自然資源學(xué)報(bào)》1998年13卷1期第77_80頁刊 文《煤矸石資源充分利用的新工藝》(對比文獻(xiàn)3)，提出將煤矸石、石灰石破碎后按一定比 例配料并混合球磨，得到的粉料與純堿制備的Na2CO3水溶液混練，制成煤矸石-石灰石-純 堿混合物料。該物料?；笕霠t燒結(jié)，所得到的燒結(jié)物料與外加的鐵礦石、石灰石粉料再 次混合共磨，然后以清水浸取，過濾分離后得到Na2O · Al2O3溶液和殘?jiān)⒍趸家?Na2O · Al2O3溶液中使之碳酸化分解，從而得到Al (OH) 3沉淀和Na2CO3稀溶液；將Al (OH) 3沉 淀干燥煅燒，最終得到工業(yè)氧化鋁。殘?jiān)?jīng)高溫直接煅燒后成為硅酸鹽水泥熟料。此對比 文獻(xiàn)3采用石灰石-純堿燒結(jié)法，煤矸石原料中氧化鋁的提取率有了較大提高，但也只能達(dá) 到80-85% ；同時，煤矸石中另一更主要的組分二氧化硅仍然沒有被高附加值利用，只是作 為殘?jiān)糜谏a(chǎn)水泥，二氧化硅組分的經(jīng)濟(jì)價值未得到充分利用。
綜上所述，對比文獻(xiàn)1、2、3存在下列不足1、均只對煤矸石中的氧化鋁組分進(jìn)行高附加值利用，對氧化鋁組分的提取率也只 能達(dá)到65-85%，因此資源的利用率都較低，只相當(dāng)于利用了煤矸石原料總量的20-30%左 右；當(dāng)原料煤矸石中氧化鋁含量較低時，原料煤矸石將不能利用。2、對煤矸石中的另一更主要的組分二氧化硅，對比文獻(xiàn)1中只是經(jīng)過活化劑改性 反應(yīng)得到純度不高的白炭黑，對比文獻(xiàn)2中予以棄用，對比文獻(xiàn)3中只是作為殘?jiān)糜谏a(chǎn) 低價值的水泥，二氧化硅組分沒有得到高附加值利用。3、在利用煤矸石過程中，對比文獻(xiàn)1和對比文獻(xiàn)2均出現(xiàn)了因?yàn)槟芎母?，產(chǎn)品生產(chǎn) 周期長，加之煤矸石原料利用率較低，使得單位產(chǎn)量產(chǎn)品成本增加，生產(chǎn)成本難以降低的問 題。4、對比文獻(xiàn)1和對比文獻(xiàn)2的工藝中都需要多次用水洗滌，而洗滌液又未能加以 回收利用，不僅耗費(fèi)了大量可貴的水資源，加上對比文獻(xiàn)2中煤矸石的主要成分二氧化硅 的棄用，均造成對環(huán)境的二次污染。由此可見，研究一種資源利用率高、資源利用附加值高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)過程中 沒有二次污染的煤矸石開發(fā)利用方法是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，開發(fā)一種資源利用率高、資源利 用附加值高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)過程又沒有二次污染的煤矸石開發(fā)利用方法，特別是一種利 用煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和水泥的工藝方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種利用煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和水泥的工藝方法， 其特征在于運(yùn)用純堿_燒堿聯(lián)合法原理，采用純堿和燒堿同時循環(huán)工藝，通過純堿堿融-燒 堿堿熔_水解_苛化_煅燒，實(shí)現(xiàn)提取煤矸石中氧化鋁的同時，其余組分全部轉(zhuǎn)化成水泥， 100%利用煤矸石，生產(chǎn)氫氧化鋁和水泥。


圖1為本發(fā)明的工藝原理示意圖；圖2為本發(fā)明具體實(shí)施的生產(chǎn)流程 示意圖。如圖1中所示1、純堿堿融將煤矸石-純堿混合料粉加熱進(jìn)行純堿堿融，得到熔融體熟料。熔融 體熟料輸入水淬工序。2、水淬將純堿堿融工序得到的熔融體熟料趁高溫迅速進(jìn)行水淬，得到固體細(xì)粒 料。細(xì)粒料輸入濕磨工序。3、濕磨將水淬工序得到的細(xì)粒料進(jìn)行濕磨，得到濃稠漿料。濃稠漿料輸入漿料溶
解工序。4、漿料溶解將濕磨工序得到的濃漿料進(jìn)行稀釋、溶解；溶解后，過濾，得到濾餅 和濾液。濾餅輸入燒堿堿熔工序，濾液輸入一次水解工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁。5、燒堿堿熔將漿料溶解工序得到的濾餅，加入燒堿溶液，加熱進(jìn)行堿熔，得到干 粉。干粉輸入干粉溶解工序。6、干粉溶解將燒堿堿熔工序得到的干粉進(jìn)行溶解。溶解后，過濾，得到濾餅和濾 液。濾餅中包含有部分氫氧化鋁，經(jīng)洗滌以后，輸入氫氧化鋁溶出工序；濾液輸入一次水解 工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁。7、氫氧化鋁溶出將干粉溶解工序得到的濾餅用燒堿溶液進(jìn)行溶解，使氫氧化鋁
6溶解進(jìn)入溶液。溶解后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅經(jīng)洗滌作為濾渣；濾液輸入一次水解
工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁。8、一次水解將漿料溶解工序、干粉溶解工序及氫氧化鋁溶出工序得到的濾液合 并，進(jìn)行稀釋水解。稀釋水解結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅經(jīng)洗滌為含有二氧化硅 的粗氫氧化鋁，輸入濾餅溶解工序；濾液為含有少量鋁酸鈉的硅酸鈉溶液，輸入第二蒸發(fā)工序。9、濾餅溶解將一次水解工序得到的濾餅，用燒堿溶液進(jìn)行溶解，得到含二氧化硅 的粗鋁酸鈉溶液。粗鋁酸鈉溶液輸入脫硅提純工序。10、脫硅提純將濾餅溶解工序得到的溶液，進(jìn)行脫硅處理。脫硅處理結(jié)束后，過 濾，得到濾餅脫硅渣和濾液。脫硅渣含有氧化鋁和二氧化硅，直接輸入燒堿堿熔工序，與漿 料溶解工序得到的濾餅一起，重新進(jìn)行燒堿堿熔；濾液為高純度鋁酸鈉溶液，輸入二次水解 工序生產(chǎn)氫氧化鋁。11、二次水解將脫硅提純工序得到的濾液，進(jìn)行稀釋水解。水解結(jié)束后，過濾，得 到濾餅和濾液。濾餅經(jīng)洗滌、烘干、粉碎后為產(chǎn)品氫氧化鋁；濾液為含有鋁酸鈉的氫氧化鈉 稀溶液，輸入第一蒸發(fā)工序。12、第一蒸發(fā)將二次水解工序得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到濃溶液。濃溶液輸 入濾餅溶解工序，代替燒堿溶液進(jìn)行濾餅溶解，實(shí)現(xiàn)部分燒堿循環(huán)。13、第二蒸發(fā)將一次水解工序得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到濃溶液。濃溶液輸 入苛化工序。14、苛化將第二蒸發(fā)工序得到的濾液，進(jìn)行苛化處理?？粱Y(jié)束后，過濾，得到濾 餅和濾液。濾餅輸入率值調(diào)整工序；濾液為含有氫氧化鈉的稀溶液，分別輸入配料干燥工序 和第三蒸發(fā)工序。15、配料干燥將苛化工序得到的濾液，取需要的量與煤矸石粉混合，得到混合漿 料；將混合漿料與含二氧化碳的煙道氣進(jìn)行混合干燥，氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸 鈉，得到煤矸石_純堿混合料粉，循環(huán)用于下一批純堿堿融，實(shí)現(xiàn)了純堿循環(huán)。16、第三蒸發(fā)將苛化工序得到的濾液用于配料干燥工序后剩余的溶液加熱蒸發(fā) 濃縮，得到濃溶液。濃溶液作為濃燒堿溶液，循環(huán)用于燒堿堿熔工序、氫氧化鋁溶出工序和 濾餅溶解工序，實(shí)現(xiàn)了全部燒堿循環(huán)。17、率值調(diào)整將苛化工序得到的濾餅加入率值調(diào)整原料，用水進(jìn)行洗滌。洗滌后， 過濾，得到濾餅和濾液。濾餅輸入煅燒工序；濾液并入洗滌液，集中循環(huán)利用。18、煅燒將率值調(diào)整工序得到的濾餅進(jìn)行煅燒，得到水泥熟料。水泥熟料輸入粉
碎工序。19、粉碎將煅燒工序得到的水泥熟料粉碎，得到產(chǎn)品水泥。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖2，本發(fā)明是這樣進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)的如圖2中所示，將純堿堿融工序和煅燒工序產(chǎn)生的高溫?zé)煹罋夂喜⒂贸乜諝膺M(jìn) 行換熱高溫?zé)煹罋饨?jīng)過空氣換熱，將常溫空氣加熱得到400-800°C的熱空氣，高溫?zé)煹罋?溫度降低，變?yōu)?00-600°C中溫?zé)煹罋?；中溫?zé)煹罋庠儆糜谂淞细稍锕ば?，得到煤矸?純 堿混合料粉，中溫?zé)煹罋鉁囟冉档偷?00°C以下。200°C以下的煙道氣經(jīng)過水洗、凈化處理 后，得到的常溫潔凈煙道氣直接排放。
400-800°C的熱空氣用于燒堿堿熔工藝的加熱濃縮和烘焙干燥；通過對煙道氣的換熱利用和凈化處理，實(shí)現(xiàn)了廢熱再利用和尾氣無污染排放。所述圖2中的煤矸石粉是指用粒度為40-200目的煤矸石粉作為原料煤矸石，其中
氧化鋁與二氧化硅含量均沒有限制。 所述圖2中的純堿堿融是指將40-200目的煤矸石粉與純堿粉按照質(zhì)量比煤矸 石粉純堿粉=1 0.41-2. 26進(jìn)行配料，具體用量按照摩爾比原料中的Al2O3 加入的 Na2CO3 = 1 1與原料中的SiO2 加入的Na2CO3=I 0. 2-2. 1之和計(jì)算，得到煤矸石-純 堿混合料粉，在1000-1350°C溫度下反應(yīng)30-45分鐘，保持出料溫度在1000°C以上，得到熔 融體熟料和1000°C以上的純堿堿融尾氣高溫?zé)煹罋?。熔融體熟料輸入水淬工序；高溫?zé)煹?氣輸入換熱工序。所述圖2中的水淬是指將純堿堿融工藝段生成的高溫熔融體熟料，從堿融爐出料 口自動流出，進(jìn)入盛有洗滌液的水淬池中驟然冷卻，高溫熟料碎裂成1-5毫米的細(xì)小顆粒。 水淬液輸入漿料溶解工序，溶解濕磨得到的漿料；1-5毫米的細(xì)小顆粒料輸入濕磨工序。所述圖2中的濕磨是指將水淬工藝段得到的細(xì)粒料從水淬池中取出，用洗滌液進(jìn) 行濕磨，磨到細(xì)度100目以上，得到濃稠漿料。濃稠漿料輸入漿料溶解工序。所述圖2中的漿料溶解是指將濕磨工藝段得到的濃稠漿料用水淬液和洗滌液進(jìn) 行稀釋。稀釋時，控制溶液中活性Na2O > 200克/升，在自然溫度下攪拌20-30分鐘，在2 小時內(nèi)盡快過濾。過濾后，得到濾餅和濾液。濾餅輸入燒堿堿熔工序；濾液輸入一次水解工 序。活性Na2O是指由Na2CO3轉(zhuǎn)化提供的Na2O ；活性Na2O質(zhì)量按照堿融時投入的Na2CO3 質(zhì)量，在Na2CO3轉(zhuǎn)化率70-75%之間取值計(jì)算，所取的數(shù)值可以包括70%或75%。所述圖2中的燒堿溶液是指質(zhì)量百分比濃度彡30%的NaOH溶液。所述圖2中的燒堿堿熔是指將經(jīng)漿料溶解工藝段得到的濾餅與燒堿溶液按照摩 爾比濾餅中的SiO2 加入的NaOH=I 1-1. 4進(jìn)行配料，用經(jīng)過高溫?zé)煹罋鈸Q熱得到的 400-800°C的熱空氣加熱反應(yīng)，直到物料變成干粉。干粉輸入干粉溶解工序。所述圖2中的干粉溶解是指將經(jīng)燒堿堿熔工藝段得到的干粉用洗滌液溶解。干粉 溶解時，控制溶解后溶液中Na2O > 250克/升。干粉溶解后，在4小時內(nèi)過濾。過濾后，得 到濾餅和濾液。濾餅用95°C熱水洗滌至PH= 11。洗滌液集中用于循環(huán)利用。洗滌后的濾 餅為含有氫氧化鋁的雜質(zhì)，輸入氫氧化鋁溶出工序；濾液輸入一次水解工序。所述圖2中的氫氧化鋁溶出是指將經(jīng)干粉溶解工藝段得到的濾餅，再用燒堿溶 液溶解。濾餅溶解時，加入的燒堿溶液量按照濾餅溶解后溶液中摩爾比Al2O3 Na2O = 1 1. 4-1. 6計(jì)算，控制溶液中Na2O濃度在230-250克/升之間，溫度110°C，溶解時間3小 時。濾餅溶解后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅用95°C熱水洗滌至PH= 11。洗滌液集中用 于循環(huán)利用。洗滌后的濾餅呈堿性，作為濾渣，其中含有大量的Fe203、Ca0、Ti02、Mg0等組分 和少量的Al (OH)3,輸入污水處理工序，用于對洗滌煙道氣后的污水進(jìn)行絮凝凈化處理。濾 液輸入一次水解工序。所述圖2中的一次水解是指將漿料溶解工藝段得到的濾液、干粉溶解工藝段得到 的濾液和氫氧化鋁溶出工藝段得到的濾液合并，用洗滌液進(jìn)行稀釋水解。稀釋水解時，控制 溶液中NaAlO2濃度< 0. 5M ；時間20-30分鐘。水解后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅用95°C熱水洗滌至PH = 9. 5-9. 8。洗滌液集中用于循環(huán)利用。洗滌后的濾餅為含有少量SiO2的粗 氫氧化鋁，輸入濾餅溶解工序；濾液為含有少量鋁酸鈉的硅酸鈉溶液，輸入第二蒸發(fā)工序。所述圖2中的濾餅溶解是指將一次水解工藝段得到的濾餅用燒堿溶液溶解，得到 粗鋁酸鈉溶液。濾餅溶解時，控制溶解后溶液中Al2O3 < 150克/升、Na2O < 210克/升，溶 解溫度110°C，溶解時間3小時。粗鋁酸鈉溶液輸入脫硅提純工序。所述圖2中的脫硅提純是指將濾餅溶解工藝段得到的粗鋁酸鈉溶液中添加含氧 化鈣的脫硅原料生石灰或熟石灰進(jìn)行脫硅處理。脫硅時，氧化鈣用量6-8克/升，溫度 100-105°C，時間1小時。脫硅提純后，過濾，得到脫硅渣和濾液。脫硅渣直接輸送到燒堿堿 熔工藝段，與漿料溶解工序得到的濾餅一起，重新進(jìn)行燒堿堿熔處理；濾液輸入二次水解工 序。所述圖2中的二次水解是指將脫硅提純工藝段得到的濾液，用95°C熱水進(jìn)行稀釋 水解。水解時，控制溶液中NaAlO2濃度< 0. 5M ；時間20-30分鐘。水解后過濾，得到濾餅和 濾液。濾餅用95°C熱水洗滌至PH = 7-8。洗滌液集中用于循環(huán)利用。洗滌后的濾餅為氫 氧化鋁，經(jīng)烘干、粉碎后為產(chǎn)品氫氧化鋁；濾液輸入第一蒸發(fā)工序。所述圖2中的第一蒸發(fā)是指將二次水解工藝段得到的濾液，加熱進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。 濃縮時，控制溶液中Na2O濃度達(dá)到310克/升為濃縮終點(diǎn)，得到含有鋁酸鈉的氫氧化鈉濃溶 液。濃溶液循環(huán)輸入濾餅溶解工段，用來代替燒堿溶液進(jìn)行濾餅溶解，實(shí)現(xiàn)部分燒堿循環(huán)。所述圖2中的第二蒸發(fā)是指將一次水解工藝段得到的濾液，加熱進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。 濃縮時，控制溶液中Na2O濃度達(dá)到150-250克/升為濃縮終點(diǎn)，得到含有少量鋁酸鈉的硅 酸鈉濃溶液。濃溶液輸入苛化工序。所述圖2中的苛化是指將第二蒸發(fā)工藝段得到的溶液，添加苛化原料生石灰或熟 石灰或乙炔工業(yè)的電石渣進(jìn)行苛化處理。加入苛化原料時，控制加入苛化原料后的混合物 料中質(zhì)量比SiO2 CaO = 1 2-3?？粱瘻囟?00_105°C，時間1. 5-2. 5小時。苛化結(jié)束 后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅輸入率值調(diào)整工序；濾液為氫氧化鈉溶液，輸入配料干燥工 序和第三蒸發(fā)工序。所述圖2中的配料干燥是指將苛化工藝段得到的濾液，根據(jù)純堿堿融工序配方計(jì) 算結(jié)果需要的碳酸鈉質(zhì)量，換算成氫氧化鈉質(zhì)量后，取需要體積的濾液與煤矸石粉混合，得 到混合漿料；將混合漿料與500-600°C的中溫?zé)煹罋膺M(jìn)行混合干燥，使氫氧化鈉與二氧化 碳反應(yīng)，生成碳酸鈉，得到煤矸石_純堿混合料粉，用于下一批的純堿堿融，實(shí)現(xiàn)了純堿循 環(huán)。配料干燥后的尾氣溫度降低到200°C以下，是含干燥尾塵的低溫?zé)煹罋?，?jīng)過水 洗、凈化處理后，得到的尾氣是常溫潔凈煙道氣。凈化后的尾氣直接排放。所述圖2中的第三蒸發(fā)是指將苛化工藝段得到的濾液用于配料干燥工序后剩余 的溶液，加熱進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。濃縮時，控制溶液中Na2O濃度達(dá)到310克/升為濃縮終點(diǎn)，得 到濃燒堿氫氧化鈉溶液，循環(huán)輸入到燒堿堿熔工段、氫氧化鋁溶出工段和濾餅溶解工段，用 來代替燒堿溶液使用，實(shí)現(xiàn)全部燒堿循環(huán)。所述圖2中的率值調(diào)整是指將苛化工藝段得到的濾餅，加入率值調(diào)整原料，并用 95°C熱水?dāng)嚢柘礈熘罰H = 9-10。洗滌后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅為水泥生料，輸入煅 燒工序；洗滌液集中用于循環(huán)利用。
加入的率值調(diào)整原料，除了污水處理工序得到的的廢渣，還可以是鋼廠的鋼渣粉、 黃磷工業(yè)的磷渣粉、磷酸工業(yè)的磷石膏粉、火電工業(yè)的粉煤灰、煤炭工業(yè)的煤矸石粉、氧化 鋁工業(yè)的尾礦粉和赤泥、銅鋅礦工業(yè)選礦的尾礦粉；加入的率值調(diào)整原料質(zhì)量根據(jù)加入率 值調(diào)整原料后的混合物料中質(zhì)量比Al2O3 Fe2O3=I 0.8-1. 7、SiO2 (Al203+Fe203)= 1 1. 7-2. 7,SiO2 CaO = 1 2-3、(CaO-1. 65A1203_0. 35Fe203) 2. 8Si02 = 0. 82-0. 94 計(jì)算確定。所述圖2中的煅燒是指將率值調(diào)整工藝段得到的濾餅，在1250-1500°C進(jìn)行煅燒 處理，得到水泥熟料和1000°c以上的煅燒尾氣高溫?zé)煹罋狻８邷責(zé)煹罋廨斎霌Q熱工序。所述圖2中的粉碎是指將煅燒工藝段得到的水泥熟料冷卻后進(jìn)行粉碎，粉碎到 200目，得到產(chǎn)品水泥。氫氧化鋁溶出工藝段濾餅洗滌后得到的濾渣，輸入污水處理工序，用于對洗滌低 溫?zé)煹罋夂蟮奈鬯M(jìn)行絮凝凈化處理。凈化處理后產(chǎn)生的廢渣輸入率值調(diào)整工序；污水凈 化處理后得到的清水循環(huán)用于后續(xù)的煙道氣洗滌，實(shí)現(xiàn)了洗滌廢水循環(huán)。下面是圖1、圖2中各工藝流程中的化學(xué)原理純堿堿融Na2C03+Si02— Na2O · Si02+C02 個Na2C03+Al203 — Na2O · A1203+C02 個Na2O · Al203+Na20 · SiO2 — Na2O · Al2O3 · 2Si02Na2C03+Fe203 — Na2O · Fe203+C02 個Na2O · Fe203+Al203 — Na2O · Al203+Fe203Ca0+Si02 — 2Ca0 ‘ SiO2CaCHAl2O3 — CaO · Al2O3CaCHFe2O3 — 2Ca0 · Fe2O3Na2C03+Si02+Ca0 — Na2O · CaO · Si02+C02 個CaCHNa2O · Al2O3 · 2Si02 — Na2O · Al203+2Ca0 · SiO2MgCHSiO2 — MgO · SiO2Mg0+Ca0+Fe203 — MgO · 2Ca0 · Fe2O3漿料溶解=Na2O· A1203+H20 — Al (OH) 3 I +NaOHNa2O · Fe203+H20 — Fe(OH)3 I +NaOHNa2O · Al2O3 · 2Si02+Na0H — Na2O · Al203+Na20 · Si02+H20燒堿堿熔Na20· Al2O3 · 2Si02+Na0H — Na2O · Al203+Na20 · Si02+H20Al (OH) 3+NaOH — Na2O · A1203+H20Fe (OH) 3+NaOH — Na2O · Fe203+H20干粉溶解=Na2O· A1203+H20 — Al (OH) 3 I +NaOHNa2O · Fe203+H20 — Fe (OH) 3 I +NaOH氫氧化鋁溶出A1(OH) 3+NaOH — Na2O · A1203+H20一次水解=Na2O · A1203+H20 — Al (OH) 3 I +NaOH濾餅溶解A1(OH) 3+NaOH — Na2O · A1203+H20脫硅提純=Na2O· Al203+Ca0+H20 — 3Ca0 · Al2O3 · 6H20 I +NaOHNa2O · Al203+Na20 · Si02+Ca0+H20 — 3Ca0 · Al2O3 · xSi02 · YH2O I +NaOH
二次水解=Na2O · A1203+H20 — Al (OH) 3 I +NaOH苛化CaCHH2O— Ca (OH) 2Ca (OH) 2+Na2C03 — CaCO3 I +H2OCa (OH) 2+Na20 · A1203+H20 — 3Ca0 · Al2O3 · 6H20 I +NaOH3Ca0 · Al2O3 · 6H20 I +Na2O · Si02+H20 — 3Ca0 · Al2O3 · XSiO2 · YH2O I +NaOHNa2O · Al203+Na20 · SiO2+H2O — Na2O · Al2O3 · 2Si02 · 2H20 ICa (OH) 2+Na20 · Al2O3 · 2Si02 · 2H20+Na0H— Na2O · 2Ca0 · 2Si02 · H2O I +Na2O · A1203+H20Na2O · 2Ca0 · 2Si02 · H2CHNaOH — Na2O · Si02+Ca (OH)2 I +H2OCa (OH) 2+Na20 · SiO2 — CaO · SiO2 · XH2O I +NaOH配料干燥Na0H+C02— Na2C03+H20煅燒Ca(OH)2 — Ca0+H20 Fe (OH) 3 — Fe203+H20 個CaCO3 — Ca0+C02 個3CaO · Al2O3 · 6H20 — 3CaO · A1203+H20 個CaO · SiO2 · XH2O — 2CaO · Si02+Si02+H20 個3CaO · Al2O3 · XSiO2 · YH2O — 3CaO · Al203+2Ca0 · Si02+Si02+H20 個CaO+SiO2 — 2CaO · SiO2CaO+CaO · SiO2 — 2CaO · SiO2CaCHFe2O3 — 2CaO · Fe2O3CaO+3CaO · Al2O3 — 5CaO · 3A1203CaO+2CaO · Fe203+5Ca0 · 3A1203 — 4CaO · Al2O3 · Fe2O3CaO+2CaO · SiO2 — 3CaO ‘ SiO2本發(fā)明經(jīng)過實(shí)際試用，收到了如下的效果1、煤矸石的資源利用率高。與對比文獻(xiàn)1、2、3相比較，本發(fā)明100%利用了煤矸 石，不僅提取了占煤矸石原料總量20%左右的氧化鋁，氧化鋁的提取率達(dá)到85%，而且同 時利用了煤矸石原料中剩余的所有組分，適用于各種煤矸石資源的開發(fā)。2、資源利用的附加值高。與對比文獻(xiàn)1、2、3相比較，運(yùn)用公知的酸溶和堿溶工藝， 通過對本發(fā)明得到的氫氧化鋁進(jìn)一步的深加工，很容易得到種類齊全、規(guī)格繁多的高附加 值的各種鋁鹽與氧化鋁、鋁酸鹽等化工產(chǎn)品。技術(shù)應(yīng)用的商業(yè)價值高。3、產(chǎn)品成本低。與對比文獻(xiàn)1、2、3相比較，本發(fā)明采用純堿循環(huán)與燒堿循環(huán)工藝， 工藝流程簡潔，產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，只要4-6小時；產(chǎn)品得率高；煙道氣中的二氧化碳、余熱、 洗滌液的回收利用，使所得到的氫氧化鋁成本比國內(nèi)外其他工藝方法生產(chǎn)的成本都大幅度 降低。4、清潔生產(chǎn)。與對比文獻(xiàn)1、2、3相比較，本發(fā)明的生產(chǎn)過程對環(huán)境沒有二次污染。5、產(chǎn)品質(zhì)量高。本發(fā)明得到的產(chǎn)品氫氧化鋁為高純度氫氧化鋁，可以進(jìn)一步生產(chǎn) 目前國內(nèi)無法生產(chǎn)的、電解鋁工業(yè)中最好的砂狀氧化鋁；由于是采用配方工藝濕法生產(chǎn)的 水泥，產(chǎn)品水泥的組成可以在率值調(diào)整工段通過準(zhǔn)確的配料控制獲得，水泥質(zhì)量比用煤矸 石作原料的其他工藝生產(chǎn)的水泥質(zhì)量高、質(zhì)量容易控制。
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本發(fā)明實(shí)施得到的氫氧化鋁、水泥產(chǎn)品以及由氫氧化鋁運(yùn)用公知的酸溶、堿溶工藝得到的各種鋁鹽、鋁酸鹽、氧化鋁產(chǎn)品，可以為油墨、造紙、印染、紡織、醫(yī)藥、油脂、催化 齊U、塑料、橡膠、日化、石油、建筑、電解鋁等行業(yè)使用。
權(quán)利要求
一種利用煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和水泥的工藝方法，特征在于運(yùn)用純堿-燒堿聯(lián)合法原理，采用純堿和燒堿同時循環(huán)工藝，通過純堿堿融-燒堿堿熔-水解-苛化-煅燒，實(shí)現(xiàn)提取煤矸石中氧化鋁的同時，其余組分全部轉(zhuǎn)化成水泥，100％利用煤矸石，生產(chǎn)氫氧化鋁和水泥(1)純堿堿融將煤矸石-純堿混合料粉加熱進(jìn)行純堿堿融，得到熔融體熟料；熔融體熟料輸入水淬工序；(2)水淬將純堿堿融工序得到的熔融體熟料趁高溫迅速進(jìn)行水淬，得到固體細(xì)粒料；細(xì)粒料輸入濕磨工序；(3)濕磨將水淬工序得到的細(xì)粒料進(jìn)行濕磨，得到濃漿料；濃漿料輸入漿料溶解工序；(4)漿料溶解將濕磨工序得到的濃漿料進(jìn)行稀釋、溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅輸入燒堿堿熔工序，濾液輸入一次水解工序；(5)燒堿堿熔將漿料溶解工序得到的濾餅，加入燒堿溶液，加熱進(jìn)行堿熔，得到干粉；干粉輸入干粉溶解工序；(6)干粉溶解將燒堿堿熔工序得到的干粉進(jìn)行溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌后，輸入氫氧化鋁溶出工序；濾液輸入一次水解工序；(7)氫氧化鋁溶出將干粉溶解工序得到的濾餅用燒堿溶液進(jìn)行溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌作為濾渣；濾液輸入一次水解工序；(8)一次水解將漿料溶解工序、干粉溶解工序及氫氧化鋁溶出工序得到的濾液合并，進(jìn)行稀釋水解；稀釋水解結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌輸入濾餅溶解工序；濾液輸入第二蒸發(fā)工序；(9)濾餅溶解將一次水解工序得到的濾餅，用燒堿溶液進(jìn)行溶解，得到溶液；溶液輸入脫硅提純工序；(10)脫硅提純將濾餅溶解工序得到的溶液，進(jìn)行脫硅處理；脫硅處理結(jié)束后，過濾，得到濾餅脫硅渣和濾液；脫硅渣直接輸入燒堿堿熔工序，與漿料溶解工序得到的濾餅一起，重新進(jìn)行燒堿堿熔；濾液輸入二次水解工序生產(chǎn)氫氧化鋁；(11)二次水解將脫硅提純工序得到的濾液，進(jìn)行稀釋水解；水解結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌、烘干、粉碎后為產(chǎn)品氫氧化鋁；濾液輸入第一蒸發(fā)工序；(12)第一蒸發(fā)將二次水解工序得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到濃溶液；濃溶液輸入濾餅溶解工序，代替燒堿溶液進(jìn)行濾餅溶解，實(shí)現(xiàn)部分燒堿循環(huán)；(13)第二蒸發(fā)將一次水解工序得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到濃溶液輸入苛化工序；(14)苛化將第二蒸發(fā)工序得到的濾液，進(jìn)行苛化處理；苛化結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅輸入率值調(diào)整工序；濾液分別輸入配料干燥工序和第三蒸發(fā)工序；(15)配料干燥將苛化工序得到的濾液，取需要的量與煤矸石粉混合，得到混合漿料；將混合漿料與煙道氣進(jìn)行混合干燥，得到煤矸石-純堿混合料粉，循環(huán)用于下一批純堿堿融，實(shí)現(xiàn)了純堿循環(huán)；(16)第三蒸發(fā)將苛化工序得到的濾液加熱蒸發(fā)濃縮，得到濃溶液；濃溶液作為濃燒堿溶液，循環(huán)用于燒堿堿熔工序、氫氧化鋁溶出工序和濾餅溶解工序，實(shí)現(xiàn)了全部燒堿循環(huán)；(17)率值調(diào)整將苛化工序得到的濾餅加入率值調(diào)整原料，用水進(jìn)行洗滌；洗滌后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅輸入煅燒工序；濾液并入洗滌液，集中循環(huán)利用；(18)煅燒將率值調(diào)整工序得到的濾餅進(jìn)行煅燒，得到水泥熟料；水泥熟料輸入粉碎工序；(19)粉碎將煅燒工序得到的水泥熟料粉碎，得到產(chǎn)品水泥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的純堿堿融將煤矸石_純堿混合 料粉加熱進(jìn)行純堿堿融，得到熔融體熟料，是指將40-200目的煤矸石粉與純堿粉按照 質(zhì)量比煤矸石粉純堿粉=1 0.41-2. 26進(jìn)行配料，得到煤矸石-純堿混合料粉，在 1000-1350°C溫度下反應(yīng)30-45分鐘，保持出料溫度在1000°C以上，得到熔融體熟料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的漿料溶解將濕磨工序得到的濃漿 料進(jìn)行稀釋、溶解；溶解后，過濾，是指將濕磨工藝段得到的濃漿料進(jìn)行稀釋；稀釋時，控制 溶液中活性Na20彡200克/升，在2小時內(nèi)過濾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的燒堿堿熔將漿料溶解工序得到的 濾餅，加入燒堿溶液，加熱進(jìn)行堿熔，得到干粉，是指將經(jīng)漿料溶解工藝段得到的濾餅與燒 堿溶液按照摩爾比濾餅中的Si02 加入的NaOH=l 1-1.4進(jìn)行配料，在400-8001加熱 反應(yīng)，直到物料變成干粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的干粉溶解將燒堿堿熔工序得到的 干粉進(jìn)行溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌，是指將經(jīng)燒堿堿熔工藝段得 到的干粉溶解；干粉溶解時，控制溶解后溶液中Na20 > 250克/升；干粉溶解后，在4小時 內(nèi)過濾；濾餅用水洗滌至PH = 11。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的氫氧化鋁溶出將干粉溶解工序得 到的濾餅用燒堿溶液進(jìn)行溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌，是指將經(jīng)干 粉溶解工藝段得到的濾餅，再用燒堿溶液溶解；濾餅溶解時，加入的燒堿溶液量按照濾餅溶 解后溶液中摩爾比A1203 Na20 = 1 1.4-1. 6計(jì)算，控制溶液中Na20濃度在230-250克 /升之間，溫度110°c，溶解時間3小時；濾餅溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅用水洗滌 至 PH = 11。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的濾餅溶解將一次水解工序得到的 濾餅，用燒堿溶液進(jìn)行溶解，是指將一次水解工藝段得到的濾餅用燒堿溶液溶解；濾餅溶解 時，控制溶解后溶液中A1203彡150克/升、Na20彡210克/升，溶解溫度110°C，溶解時間 3小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的第二蒸發(fā)將一次水解工序得到的 濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到濃溶液，是指將一次水解工藝段得到的濾液，加熱進(jìn)行蒸發(fā)濃縮； 濃縮時，控制溶液中Na20濃度達(dá)到150-250克/升為濃縮終點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的苛化將第二蒸發(fā)工序得到的濾 液，進(jìn)行苛化處理，是指將第二蒸發(fā)工藝段得到的溶液，添加苛化原料進(jìn)行苛化處理；加入 苛化原料時，控制加入苛化原料后的混合物料中質(zhì)量比Si02 CaO = 1 2-3;苛化溫度 100-105°C，時間 1. 5-2. 5 小時。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的率值調(diào)整將苛化工序得到的濾3餅加入率值調(diào)整原料，是指將上道苛化工藝段得到的濾餅，加入率值調(diào)整原料，并用水洗滌 至PH = 9-10 ；洗滌后，過濾，濾餅輸入煅燒工序；加入的率值調(diào)整原料質(zhì)量根據(jù)加入率值 調(diào)整原料后的混合物料中質(zhì)量比A1203 Fe203 = 1 0. 8-1.7、Si02 (Al203+Fe203)= 1 1.7-2. 7、Si02 CaO = 1 2-3、(Ca0_l. 65A1203_0. 35Fe203) 2. 8Si02 = 0. 82-0. 94 計(jì)算確定。
全文摘要
利用煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和水泥工藝方法。屬于鋁硅酸鹽礦物的化工開發(fā)利用方法。針對現(xiàn)有方法僅利用煤矸石中的氧化鋁組分，提取率也僅65-85％；棄用主要組分二氧化硅；耗能高，成本高；主要組分棄用和多次水洗滌而洗滌液又未加回收造成二次污染的問題，本發(fā)明運(yùn)用純堿-燒堿聯(lián)合法原理，采用純堿和燒堿同時循環(huán)工藝，通過純堿堿融-燒堿堿熔-水解-苛化-煅燒，實(shí)現(xiàn)提取煤矸石中85％的氧化鋁的同時，其余組分全部轉(zhuǎn)化成水泥，100％利用煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和水泥。工藝流程簡潔，產(chǎn)品質(zhì)量高、生產(chǎn)周期短；余熱及洗滌液的回收循環(huán)利用，使生產(chǎn)成本大幅度降低。產(chǎn)品適用于造紙、油墨、印染、醫(yī)藥、建筑等行業(yè)；延伸開發(fā)的產(chǎn)品還可用于石化、橡塑、電解鋁等行業(yè)。
文檔編號C04B7/14GK101870486SQ20091002642
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者劉慶玲 申請人:劉慶玲