專利名稱：粉煤灰中提取氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉煤灰綜合利用工藝，具體為一種粉煤灰中提取氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法。
背景技術(shù)：
我國火電廠眾多，每年要產(chǎn)生大量的粉煤灰。一個百萬電廠每天向自然界排放粉煤灰的量就達到2500噸以上，給環(huán)境保護帶來很大壓力?，F(xiàn)在處理粉煤灰的方法主要是制磚或水泥，但是由于它富含氧化鋁、二氧化硅等多種物質(zhì)，具有十分廣闊的綜合利用前景。目前從粉煤灰中提取氧化鋁等物質(zhì)的工藝主要有酸法和堿法兩大類，但是由于粉煤灰是一種潛在火山灰反應(yīng)性的混合材料，其結(jié)構(gòu)聚合度大，鍵能高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，一般情況下很難與酸堿直接反應(yīng)。采用酸法的工藝過程，大都以硫酸或鹽酸為生產(chǎn)介質(zhì)，存在著不易反應(yīng)，提取率低，資源利用效率低的問題。使用硫酸作為生產(chǎn)介質(zhì)時，會產(chǎn)生近4倍于氧化鋁產(chǎn)量的硫酸銨副產(chǎn)品；使用鹽酸作為生產(chǎn)介質(zhì)時，由于鹽酸沸點低，在高溫的反應(yīng)過程中會釋放出大量的氯化氫氣體，極易對環(huán)境造成污染。在使用堿法工藝生產(chǎn)氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)水泥過程中，雖然可以把粉煤灰全部利用，但是要大量使用石灰石，其與粉煤灰高溫?zé)?。中間消耗大量能源，還要產(chǎn)生氧化鋁產(chǎn)量5倍以上的低價值的水泥熟料。現(xiàn)有報道中也有利用硫酸銨處理煤矸石的記載，但是本發(fā)明所要處理的粉煤灰和煤矸石相比，化學(xué)性質(zhì)和處理工藝有明顯區(qū)別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝復(fù)雜，副產(chǎn)物多，提取率低，容易污染環(huán)境的問題而提供了一種粉煤灰中提取氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法。
本發(fā)明是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，粉煤灰中提取氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，有以下步驟1、將粉煤灰磨細至400～500目，進行機械磁力除鐵，然后在600～700℃下焙燒活化，時間為1～2小時。如果粉煤灰粒度太粗，反應(yīng)不完全，有效提取率較低；如果粉煤灰粒度太細會造成過濾困難。
2、按要求把活化后的粉煤灰與硫酸銨混合配料，按照粉煤灰中氧化鋁與硫酸銨的重量比為1∶5～6，攪拌均勻，進入反應(yīng)器，在360～460℃下進行固相反應(yīng)，時間為1～3小時。
如果反應(yīng)溫度過高，就會放出硫酸煙氣，影響環(huán)境。粉煤灰中氧化鋁的含量根據(jù)煤質(zhì)有所不同。
在反應(yīng)階段，粉煤灰中的氧化鋁、氧化鐵與硫酸銨反應(yīng)生成可溶性硫酸鹽并釋放出氨氣，氨氣回收備用。本步驟涉及的方程為3、在上述反應(yīng)物中加水，在常壓沸騰狀態(tài)下攪拌浸取20～40分鐘，過濾。濾液(硫酸鋁和硫酸鐵溶液)用于生產(chǎn)氧化鋁和氫氧化鐵，濾渣用于制造白炭黑。
4、在上步驟得到的濾液中按比例加入氨氣(氨水)，以粉煤灰中氧化鋁反應(yīng)量與氨氣(氨水)摩爾比為1∶7～8，形成氫氧化鋁和氫氧化鐵混合沉淀和硫酸銨溶液，固液分離后，對液體進行蒸發(fā)濃縮烘干。
本步驟涉及的方程為5、固體部分用氫氧化鈉溶液將氫氧化鋁沉淀融解，形成鋁酸鈉溶液和氫氧化鐵沉淀混合物，堿溶工序在常壓、60～90℃下進行。用于堿溶的堿液初始濃度控制在[Na2O]＝140～170g/L范圍內(nèi)。攪拌反應(yīng)，待氫氧化鋁完全溶解后，煮沸1～5分鐘，以利于氫氧化鐵沉淀。因氫氧化鐵不與堿反應(yīng)，仍以沉淀形式存在于鋁酸納液體中，經(jīng)過過濾分離，達到除鐵目的。濾渣經(jīng)洗滌后，用于生產(chǎn)高純度氧化鐵。洗液和濾液合并，去二氧化碳分解工序制取氫氧化鋁，本步驟涉及的方程為6、過濾除鐵后，鋁酸鈉溶液進行加種碳分，對形成的氫氧化鋁煅燒制取Al2O3。
本步驟涉及的方程為
7、在步驟3中，過濾后得到的濾渣中，按照濾渣干物質(zhì)加入3～5倍重量的水，按SiO2/Na2O＝3.4～4加入氫氧化鈉溶液，在0.2～0.3Mpa壓力下，反應(yīng)40～60分鐘，濾去雜質(zhì)，得高模數(shù)硅酸鈉液體(水玻璃)，在水玻璃中加入分散劑和表面活性劑，充分?jǐn)嚢韬?，在攪拌狀態(tài)下按要求加入硫酸調(diào)整PH值，得超細(納米)二氧化硅沉淀，固液分離后，將固體清洗干燥破碎后即為納米級白炭黑。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，除小部分殘渣外，基本上將粉煤灰中有提取和利用價值的所有元素全部轉(zhuǎn)化為高附加值的冶金、化工材料，粉煤灰中氧化鋁提取率達到85％以上，白炭黑提取率達到90％以上，顆粒度均勻，活性高。
本發(fā)明采用硫酸銨為循環(huán)介質(zhì)提取氧化鋁，既克服了酸法(硫酸、鹽酸)工藝對設(shè)備腐蝕帶來的危害和環(huán)境保護問題，又提高了氧化鋁的提取率。因硫酸銨不與硅起反應(yīng)，在制取氧化鋁過程中省去了繁雜的脫硅工序。在提取鋁的過程中已經(jīng)將二氧化硅充分激活，使得后續(xù)生產(chǎn)白炭黑工序十分簡單。


圖1為粉煤灰中提取氧化鋁工藝流程2為白炭黑工藝流程圖
具體實施例方式
實施例1粉煤灰中提取氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，有以下步驟1、將粉煤灰磨細至400目，進行機械磁力除鐵，然后在600℃下焙燒活化，時間為1小時。
2、按要求把活化后的粉煤灰與硫酸銨混合配料，按照粉煤灰中氧化鋁與硫酸銨的重量比為1∶5，攪拌均勻，進入反應(yīng)器，在360℃下進行固相反應(yīng)，時間為1小時。
3、在上述反應(yīng)物中加水，在常壓沸騰狀態(tài)下攪拌浸取20分鐘，過濾。
4、在上步驟得到的濾液中按比例加入氨氣(氨水)，以粉煤灰中氧化鋁反應(yīng)量與氨氣(氨水)摩爾比為1∶7，形成氫氧化鋁和氫氧化鐵混合沉淀和硫酸銨溶液，固液分離后，對液體進行蒸發(fā)濃縮烘干。浸取液中如有硫酸鋁結(jié)晶析出，應(yīng)加溫使之溶解后，再進行氨解。在保證完全反應(yīng)的情況下，氨水(氨氣)的加入量不宜太大，否則在后續(xù)工序中將有氨味逸出。對氨解所得到的氫氧化鋁、氫氧化鐵混合沉淀進行過濾和兩次洗滌，濾餅進入堿溶工序，濾液和洗液合并進入硫酸銨濃縮結(jié)晶工序。
5、固體部分用氫氧化鈉溶液將氫氧化鋁沉淀融解，形成鋁酸鈉溶液和氫氧化鐵沉淀混合物，堿溶工序在常壓、60℃下進行。用于堿溶的堿液初始濃度為[Na2O]＝140g/L，攪拌反應(yīng)30分鐘，待氫氧化鋁完全溶解后，煮沸1～5分鐘，以利于氫氧化鐵沉淀。因氫氧化鐵不與堿反應(yīng)，仍以沉淀形式存在于鋁酸鈉液體中，經(jīng)過過濾分離，達到除鐵目的。濾渣經(jīng)洗滌后，用于生產(chǎn)高純度氧化鐵。洗液和濾液合并，去二氧化碳分解工序制取氫氧化鋁，6、過濾除鐵后，鋁酸鈉溶液進行加種碳分，對形成的氫氧化鋁煅燒制取Al2O3。分解、段燒制取砂狀α-Al2O3的工序按拜爾法工藝進行，7、在步驟3中，過濾后得到的濾渣中，按照濾渣干物質(zhì)加入3倍重量的水，按SiO2/Na2O＝3.4加入氫氧化鈉溶液，在0.2Mpa壓力下，反應(yīng)40分鐘，濾去雜質(zhì)，得高模數(shù)硅酸鈉液體(水玻璃)，對濾渣進行兩次洗滌后，棄去。濾液和洗液合并待用。此時，溶液中的SiO2含量應(yīng)在5～10％之間。
在水玻璃中按照水玻璃液體與20％NaCl液體體積比100∶5加入20％NaCl液體；按水玻璃液體與正丁醇體積比10000∶35加入正丁醇，充分?jǐn)嚢韬?，在攪拌狀態(tài)下加入20％的硫酸調(diào)整PH值為8，室溫下靜置3小時，然后升溫至70度，攪拌，再加入20％的硫酸調(diào)整PH值6，熟化20分鐘，過濾、洗滌、閃蒸，即得高活性白炭黑成品。
實施例2粉煤灰中提取氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，有以下步驟1、將粉煤灰磨細至500目，進行機械磁力除鐵，然后在700℃下焙燒活化，時間為2小時。
2、按要求把活化后的粉煤灰與硫酸銨混合配料，按照粉煤灰中氧化鋁與硫酸銨的重量比為1∶6，攪拌均勻，進入反應(yīng)器，在460℃下進行固相反應(yīng)，時間為3小時。
3、在上述反應(yīng)物中加水，在常壓沸騰狀態(tài)下攪拌浸取40分鐘，過濾。
4、在上步驟得到的濾液中按比例加入氨氣(氨水)，以粉煤灰中氧化鋁反應(yīng)量與氨氣(氨水)摩爾比為1∶8，形成氫氧化鋁和氫氧化鐵混合沉淀和硫酸銨溶液，固液分離后，對液體進行蒸發(fā)濃縮烘干。
5、固體部分用氫氧化鈉溶液將氫氧化鋁沉淀融解，形成鋁酸鈉溶液和氫氧化鐵沉淀混合物，堿溶工序在常壓、90℃下進行。用于堿溶的堿液初始濃度為[Na2O]＝170g/L，攪拌反應(yīng)30分鐘，待氫氧化鋁完全溶解后，煮沸1～5分鐘，以利于氫氧化鐵沉淀。因氫氧化鐵不與堿反應(yīng)，仍以沉淀形式存在于鋁酸鈉液體中，經(jīng)過過濾分離，達到除鐵目的。濾渣經(jīng)洗滌后，用于生產(chǎn)高純度氧化鐵。洗液和濾液合并，去二氧化碳分解工序制取氫氧化鋁，
6、過濾除鐵后，鋁酸鈉溶液進行加種碳分，對形成的氫氧化鋁煅燒制取Al2O3。
7、在步驟3中，過濾后得到的濾渣中，按照濾渣干物質(zhì)加入3～5倍重量的水，按(重量比)SiO2/Na2O＝4加入氫氧化鈉溶液，在0.3Mpa壓力下，反應(yīng)60分鐘，濾去雜質(zhì)，得高模數(shù)硅酸鈉液體(水玻璃)，對濾渣進行兩次洗滌后，棄去。濾液和洗液合并待用。此時，溶液中的SiO2含量應(yīng)在5～10％之間。
在水玻璃中按照水玻璃液體與20％NaCl液體體積比100∶8加入20％NaCl液體；按水玻璃液體與正丁醇體積比10000∶40加入正丁醇，充分?jǐn)嚢韬螅跀嚢锠顟B(tài)下加入40％的硫酸調(diào)整PH值為9，室溫下靜置5小時，然后升溫至80度，攪拌，再加入40％的硫酸調(diào)整PH值7，熟化40分鐘，過濾、洗滌、閃蒸，即得高活性白炭黑成品。
實施例3粉煤灰中提取氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，有以下步驟1、將粉煤灰磨細至450目，進行機械磁力除鐵，然后在650℃下焙燒活化，時間為1.5小時。
2、按要求把活化后的粉煤灰與硫酸銨混合配料，按照粉煤灰中氧化鋁與硫酸銨的重量比為1∶5.5，攪拌均勻，進入反應(yīng)器，在410℃下進行固相反應(yīng)，時間為2小時。
3、在上述反應(yīng)物中加水，在常壓沸騰狀態(tài)下攪拌浸取30分鐘，過濾。
4、在上步驟得到的濾液中按比例加入氨氣(氨水)，以粉煤灰中氧化鋁反應(yīng)量與氨氣(氨水)摩爾比為1∶7.5，形成氫氧化鋁和氫氧化鐵混合沉淀和硫酸銨溶液，固液分離后，對液體進行蒸發(fā)濃縮烘干。
5、固體部分用氫氧化鈉溶液將氫氧化鋁沉淀融解，形成鋁酸鈉溶液和氫氧化鐵沉淀混合物，堿溶工序在常壓、75℃下進行。用于堿溶的堿液初始濃度為[Na2O]＝150g/L，攪拌反應(yīng)30分鐘，待氫氧化鋁完全溶解后，煮沸1～5分鐘，以利于氫氧化鐵沉淀。因氫氧化鐵不與堿反應(yīng)，仍以沉淀形式存在于鋁酸鈉液體中，經(jīng)過過濾分離，達到除鐵目的。濾渣經(jīng)洗滌后，用于生產(chǎn)高純度氧化鐵。洗液和濾液合并，去二氧化碳分解工序制取氫氧化鋁，6、過濾除鐵后，鋁酸鈉溶液進行加種碳分，對形成的氫氧化鋁煅燒制取Al2O3。
7、在步驟3中，過濾后得到的濾渣中，按照濾渣干物質(zhì)加入4倍重量的水，按(重量比)SiO2/Na2O＝3.6加入氫氧化鈉溶液，在0.25Mpa壓力下，反應(yīng)50分鐘，濾去雜質(zhì)，得高模數(shù)硅酸鈉液體(水玻璃)，對濾渣進行兩次洗滌后，棄去。濾液和洗液合并待用。此時，溶液中的SiO2含量應(yīng)在5～10％之間。
在水玻璃中按照水玻璃液體與20％NaCl液體體積比100∶6加入20％NaCl液體；按水玻璃液體與正丁醇體積比10000∶37加入正丁醇，充分?jǐn)嚢韬?，在攪拌狀態(tài)下加入30％的硫酸調(diào)整PH值為8.5，室溫下靜置4小時，然后升溫至75度，攪拌，再加入30％的硫酸調(diào)整PH值6.5，熟化30分鐘，過濾、洗滌、閃蒸，即得高活性白炭黑成品。
權(quán)利要求
1.一種粉煤灰中提取氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，其特征在于包括以下步驟，一、將粉煤灰磨細至400～500目，進行機械磁力除鐵，然后在600～700℃下焙燒活化，時間為1～2小時；二、按要求把活化后的粉煤灰與硫酸銨混合配料，按照粉煤灰中氧化鋁與硫酸銨的重量比為1∶5～6，攪拌均勻，進入反應(yīng)器，在360～460℃下進行固相反應(yīng)，時間為1～3小時；三、在上述反應(yīng)物中加水，在常壓沸騰狀態(tài)下攪拌浸取20～40分鐘，過濾；四、在上步驟得到的濾液中按比例加入氨氣，以粉煤灰中氧化鋁反應(yīng)量與氨氣摩爾比為1∶7～8，形成氫氧化鋁和氫氧化鐵混合沉淀和硫酸銨溶液，固液分離后，對液體進行蒸發(fā)濃縮烘干；五、固體部分用氫氧化鈉溶液將氫氧化鋁沉淀融解，形成鋁酸鈉溶液和氫氧化鐵沉淀混合物，堿溶工序在常壓、60～90℃下進行，用于堿溶的堿液初始濃度控制在[Na2O]＝140～170g/L范圍內(nèi)，六、過濾除鐵后，制取Al2O3的工序按拜爾法工藝進行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰中提取氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，其特征在于在步驟三中，過濾后得到的濾渣中，按照濾渣干物質(zhì)加入3～5倍重量的水，按SiO2/Na2O＝3.4～4加入氫氧化鈉溶液，在0.2～0.3Mpa壓力下，反應(yīng)40～60分鐘，濾去雜質(zhì)，得高模數(shù)硅酸鈉液體，在水玻璃中加入分散劑和表面活性劑，充分?jǐn)嚢韬?，在攪拌狀態(tài)下按要求加入硫酸調(diào)整PH值，得超細二氧化硅沉淀，固液分離后，將固體清洗干燥破碎后即為白炭黑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的粉煤灰中提取氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法，其特征在于氨氣可以用氨水代替。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種粉煤灰綜合利用工藝，具體為一種粉煤灰中提取氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法。解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝復(fù)雜，副產(chǎn)物多，提取率低，容易污染環(huán)境的問題。步驟包括將粉煤灰磨粉，活化后加入硫酸銨，再在反應(yīng)物中加入水，過濾，在濾液中加入氨氣，得到氫氧化鋁和氫氧化鐵混合沉淀，最后用氫氧化鈉溶液將氫氧化鋁沉淀融解后再通過加種碳分得到純氫氧化鋁，最后燒制的Al
文檔編號C01B33/00GK1868884SQ200610012780
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者李禹 申請人:李禹