專利名稱：一種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的方法
一種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的方法技術領域：
本發(fā)明涉及煤系高嶺巖或煤矸石資源化高值綜合利用領域，尤其是涉及 一種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的工藝簡單的低能耗方法。背景技術：
采煤行業(yè)排出的煤矸石已被列為當今世界十大主要工業(yè)固體廢物。據(jù)《2007-2008年中國煤矸石工業(yè)分析及投資咨詢報告》介紹，我國煤矸石的 大規(guī)模利用目前主要集中于發(fā)電、建材、井下充填、復墾造田、筑路等，總 計利用和無害化處理煤矸石約占當年煤矸石排放量的50%,至2005年煤矸石 累計堆貯量30億噸，占中國工業(yè)固體廢物排放總量的40%以上。近幾年來我國鋁工業(yè)迅猛發(fā)展，產(chǎn)量持續(xù)增長，已占全球的10%，成為世 界第一大原鋁生產(chǎn)國；同時，我國還是僅次于美國的第二大鋁消費國，然而 我國鋁土資源只占世界鋁土礦儲量的2.3%，按此發(fā)展速度，我國鋁土礦資源 將很快面臨枯竭。因此開發(fā)鋁土礦接替資源在我國也是迫在眉急。我國的煤 矸石主要以高嶺巖系為主，煅燒后Al203含量可達4(F。，是十分寶貴的鋁資源。 利用煤系高嶺巖為原料，提取分離其中鋁質(zhì)組分制備氧化鋁的工藝主要 是利用酸、堿(或額外添加銨鹽等)與高溫處理的煤系高嶺巖反應制備相應 鋁鹽，然后經(jīng)提純、干燥、高溫分解等步驟制得氧化鋁。相關的發(fā)明專利和 專利申請為浙江大學發(fā)明的一種以煤系高嶺巖或粉煤灰為原料制備片狀氧 化鋁的方法(專利申請?zhí)枮?00710068433. 0),長安大學發(fā)明的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(專利申請?zhí)?00710017303. 4), 北京礦冶研究總院發(fā)明的一種從高硅含鋁礦物原料中酸法提取鋁的方法(專 利申請?zhí)?00610127316. 2)，山西大學發(fā)明的一種用煤矸石生產(chǎn)氧化鋁的方法(專利號ZL200510048215. 1)，郭長征發(fā)明的一種煤矸石利用新方法(專利號 ZL200510052016. 8)，寧夏大學發(fā)明的煤矸石生態(tài)化利用聯(lián)產(chǎn)氧化鋁\白炭黑\ 低灰碳的方法(專利申請?zhí)?00510088308. 7)，劉成長發(fā)明的一種利用煤奸石 生產(chǎn)鋁鹽和硅酸鹽工藝(專利號ZL00112070.0)，任忠勝發(fā)明的一種利用高嶺 土、煤系高嶺巖(土)作為原料生產(chǎn)超純氧化鋁的工藝(專詢申請?zhí)?00113876.6 )，王海舟發(fā)明的酸析法氧化鋁改進工藝(專利申請?zhí)?92109451. 5)，蘭州工業(yè)資源技術研究所發(fā)明的酸鹽聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁工藝(專利號ZL91111359. 2)。此外，還有一些利用煤系高嶺巖間接制備氧化鋁的方法，如康仁發(fā)明 的一種綜合利用煤矸石生產(chǎn)氧化鋁和電解鋁的方法(專利號ZL02107204. 3)， 內(nèi)蒙古蒙西高新技術集團有限公司發(fā)明的一種綜合利用煤矸石聯(lián)產(chǎn)電、鋁、 水泥生產(chǎn)工藝(專利號02116060.0)。就目前利用煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的工藝而言，為了提高反應 活性和增加提取率，普遍存在煅燒溫度高或煅燒時間長以及浸取溫度高與浸 取時間長的問題，高能耗與復雜的工藝條件增加了經(jīng)濟成本和工業(yè)化控制難 度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，利用煤系高嶺巖或煤矸石中內(nèi) 熱源(炭)對其中高嶺石煅燒性能的特殊影響，提供了一種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的工藝簡單的低能耗方法。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的(1) 煤系高嶺巖或煤矸石破碎、粉磨，經(jīng)550'C-70(TC下煅燒l分鐘-60 分鐘，然后用質(zhì)量百分濃度為15-25%的鹽酸在60°0100。C下浸取30分鐘-60 分鐘，固液過濾分離后得到含氯化鋁的溶液；其中，煅燒后的煤系高嶺巖或 煤矸石與質(zhì)量百分濃度為15-25%的鹽酸的質(zhì)量比為1: 4-1: 10;煅燒后的煤系高嶺巖或煤矸石中氧化鋁浸出率為85%-95%;所述的的煅燒溫度優(yōu)選550°C -650°C;所述的浸取用酸為稀鹽酸，優(yōu)先使用氯、堿工業(yè)的廢鹽酸，無雜質(zhì) 要求；(2) 在步驟(1)制得的含氯化鋁的溶液加入沉淀劑，反應溫度0°C-40 °C，反應壓力0. IMPa-O. 5Mpa，反應時間15分鐘_60分鐘，得到含結(jié)晶水的 氯化鋁晶體沉淀；采用的沉淀劑為氯化氫氣體或氯化氫與氯氣的混合氣體； 反應過程中保持溫度與壓力不變；(3) 將步驟(2)中制得的含水氯化鋁沉淀過濾分離，所得固體不需干 燥，常壓下直接于15(TC-25(TC分解處理制得細粉狀氧化鋁；所述的細粉狀氧 化鋁可以直接作為超細氧化鋁產(chǎn)品；(4) 將步驟(3)中沉淀過濾分離所得溶液和熱分解反應所得氣體冷卻 后用于步驟(1)中煅燒煤系高嶺巖或煤矸石的酸浸；(5) 將步驟(3)所得細粉狀氧化鋁預熱處理后經(jīng)100(TC-120(TC改性， 即可制得砂狀氧化鋁產(chǎn)品。本發(fā)明一種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的方法的積極效果是 (l)采用較低溫度和較短時間對煤系高嶺巖或煤矸石煅燒，并可利用氯、 堿工業(yè)的廢鹽酸在較低溫度下實現(xiàn)煅燒煤系高嶺巖或煤矸石的高效浸取，以及低溫制備超細氧化鋁，降低能耗20%-50%,節(jié)約了能源和資源；(2) 在15(TC-25(TC即可制得超細氧化鋁產(chǎn)品，工藝簡單，操作條件溫和；(3) 采用閉環(huán)操作，使中間溶液與氣體產(chǎn)物的利用率達100%，降低了廢 水、廢氣的排放。
圖1為由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的方法的工藝流程示意圖。具體實施方式
以下提供本發(fā)明一種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的方法的具體實 施方式。圖1為為由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的方法的工藝流程示意圖。 在圖1中，煤系高嶺巖或煤矸石經(jīng)破碎、粉磨處理后，進入煅燒爐活化，活 化后的物料在浸取器中與稀鹽酸反應，反應物經(jīng)過濾器分離，分離所得溶液 在析晶分離器中經(jīng)沉淀劑作用實現(xiàn)氯化鋁析晶與分離，所得氯化鋁沉淀不需 干燥，直接在低溫分解爐中分解制得細粉狀氧化鋁產(chǎn)品1，所得細粉狀氧化鋁經(jīng)預熱處理后在高溫改性爐中加工，即得砂狀氧化鋁產(chǎn)品2;低溫分解爐產(chǎn)生 的氣體經(jīng)冷凝塔處理與析晶分離器產(chǎn)生的酸性液體一同進入貯存器循環(huán)利 用。在此方法基礎上，再提出下述6個實施例，但本發(fā)明不限于所提供的實施例。 實施例l將碳質(zhì)量百分含量20%，氧化鋁質(zhì)量百分含量33. 18%的煤矸石破碎、粉 磨至全部小于120um，在55(TC下煅燒60分鐘，按固液質(zhì)量比1: 4加入濃 度25%的鹽酸，在100。C下浸取60分鐘，氧化鋁浸出率87.45%，過濾分離即 得氯化鋁溶液，濾液在0.5MPa， 4(TC條件下通入沉淀劑保持15分鐘，析晶分 離所得的含水氯化鋁直接在25(TC下分解制得細粉狀氧化鋁，所得細粉狀氧化 鋁預熱處理后經(jīng)120(TC改性即得砂狀氧化鋁。實施例2將碳質(zhì)量百分含量20%，氧化鋁質(zhì)量百分含量33. 18%的煤矸石破碎、粉 磨至全部小于75um。在70(TC下煅燒10分鐘，按固液質(zhì)量比1: IO加入濃 度15%的鹽酸，在6(TC下浸取30分鐘，氧化鋁浸出率92.71%，過濾分離即得 氯化鋁溶液，濾液在O. lMPa， (TC條件下通入沉淀劑保持60分鐘，析晶分離 所得的含水氯化鋁直接在15(TC下分解制得細粉狀氧化鋁，所得細粉狀氧化鋁 預熱處理后經(jīng)IOO(TC改性即得砂狀氧化鋁。實施例3將碳質(zhì)量百分含量20%，氧化鋁質(zhì)量百分含量33. 18%的煤矸石破碎、粉 磨至全部小于75tim，在60(TC下煅燒30分鐘，氧化鋁浸出率91. 30%,按固 液質(zhì)量比l: 8加入濃度20%的鹽酸，在95'C下浸取30分鐘，過濾分離即得 氯化鋁溶液，濾液在0. lMPa， (TC條件下通入沉淀劑保持60分鐘，析晶分離 所得的含水氯化鋁直接在25(TC下分解制得細粉狀氧化鋁，所得細粉狀氧化鋁 預熱處理后經(jīng)120(TC改性即得砂狀氧化鋁。實施例4將碳質(zhì)量百分含量40%，氧化鋁質(zhì)量百分含量27. 37%的煤矸石破碎、粉 磨至全部小于10iim，在65(TC下煅燒15分鐘，按固液質(zhì)量比1: 8加入濃度 20%的鹽酸，在95'C下浸取30分鐘，氧化鋁浸出率94. 15%，過濾分離即得氯 化鋁溶液，濾液在0.5MPa， 4(TC條件下通入沉淀劑保持15分鐘，析晶分離所 得的含水氯化鋁直接在15(TC下分解制得細粉狀氧化鋁，所得細粉狀氧化鋁預 熱處理后經(jīng)IIO(TC改性即得砂狀氧化鋁。實施例5將碳質(zhì)量百分含量10%，氧化鋁質(zhì)量百分含量37. 91%的煤矸石破碎、粉 磨至全部小于10ym，在70(TC下煅燒1分鐘，按固液質(zhì)量比1: 4加入濃度 25%的鹽酸，在6(TC下浸取30分鐘，氧化鋁浸出率90.23%，過濾分離即得氯 化鋁溶液，濾液在0.5MPa， 4(TC條件下通入沉淀劑保持15分鐘，析晶分離所 得的含水氯化鋁直接在25(TC下分解制得細粉狀氧化鋁，所得細粉狀氧化鋁預 熱處理后經(jīng)120(TC改性即得砂狀氧化鋁。實施例6將碳質(zhì)量百分含量20%，氧化鋁質(zhì)量百分含量33. 18%的煤矸石破碎、粉 磨至全部小于75um。在70(TC下煅燒10分鐘，按固液質(zhì)量比1: 10加入濃 度15%的鹽酸，在6(TC下浸取30分鐘，氧化鋁浸出率92.71%，過濾分離即得 氯化鋁溶液，濾液在O. lMPa， (TC條件下通入沉淀劑保持60分鐘，析晶分離 所得的含水氯化鋁直接在20(TC下旋流均勻分解制得粒徑在分布在 26nm-100nm的超細氧化鋁產(chǎn)品。
權利要求
1.一種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的方法，其特征在于，低溫煅燒磨細的煤系高嶺巖或煤矸石，進行低溫短時稀鹽酸浸取，分步熱解制備氧化鋁產(chǎn)品，其步驟為(1)煤系高嶺巖或煤矸石破碎、粉磨，經(jīng)550℃-700℃下煅燒1分鐘-60分鐘，然后用質(zhì)量百分濃度為15-25％的鹽酸在60℃-100℃下浸取30分鐘-60分鐘，固液過濾分離后得到含氯化鋁的溶液；其中，煅燒后的煤系高嶺巖或煤矸石與質(zhì)量百分濃度為15-25％的鹽酸的質(zhì)量比為1∶4-1∶10；煅燒后的煤系高嶺巖或煤矸石中氧化鋁浸出率為85％-95％；(2)在步驟(1)制得的含氯化鋁的溶液加入沉淀劑，反應溫度0℃-40℃，反應壓力0.1MPa-0.5Mpa，反應時間15分鐘-60分鐘，得到含結(jié)晶水的氯化鋁晶體沉淀；采用的沉淀劑為氯化氫氣體或氯化氫與氯氣的混合氣體；反應過程中保持溫度與壓力不變；(3)將步驟(2)中制得的含水氯化鋁沉淀過濾分離，所得固體不需干燥，常壓下直接于150℃-250℃分解處理制得細粉狀氧化鋁；(4)將步驟(3)中沉淀過濾分離所得溶液和熱分解反應所得氣體冷卻后用于步驟(1)中煅燒煤系高嶺巖或煤矸石的酸浸；(5)將步驟(3)所得細粉狀氧化鋁預熱處理后經(jīng)1000℃-1200℃改性，即可制得砂狀氧化鋁產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的方法， 其特征在于，在步驟(1)中，所述的煅燒溫度優(yōu)選550°C-650°C;所述的浸 取用酸為稀鹽酸，優(yōu)先使用氯、堿工業(yè)的廢鹽酸。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的方法， 其特征在于，在步驟(3)中，所述的細粉狀氧化鋁可以直接作為超細氧化鋁廣叫o
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工藝簡單、能耗低的由煤系高嶺巖或煤矸石為原料制備氧化鋁的方法；利用煤系高嶺巖或煤矸石中內(nèi)熱源(炭)對其中高嶺石煅燒性能的特殊影響，通過粉碎、低溫煅燒、鹽酸浸取、過濾、提純、分步熱解制得氧化鋁。本發(fā)明的優(yōu)點為，克服了現(xiàn)有技術煅燒溫度高或煅燒時間長以及浸取溫度高與浸取時間長的問題，降低了工藝能耗；提純分離的含水氯化鋁中間產(chǎn)物不需要干燥，采用分步熱解的方法直接制得氧化鋁，簡化了工藝，提高了可操作性。
文檔編號C01F7/00GK101234774SQ20081003421
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月4日 優(yōu)先權日2008年3月4日
發(fā)明者喬秀臣, 于建國, 鵬 司, 周華梅, 宋興福, 妍 羅, 艷 陳 申請人:華東理工大學