專利名稱：硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋁工業(yè)領域，尤其是一種酸法提取氧化鋁的工藝。
背景技術(shù)：
目前世界上每年生產(chǎn)7000多萬噸氧化鋁，各氧化鋁廠幾乎全部采用鋁土礦為原料。我國是世界上最大的氧化鋁生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約3000萬噸氧化鋁，約占世界總產(chǎn)量的 40%。但是我國鋁土礦資源相對貧乏，鋁土礦儲量僅占世界總儲量的6%左右，礦石品位較低，礦石類型主要以難處理的一水硬鋁石為主，處理工藝復雜、能耗高，生產(chǎn)成本也較高。由于我國鋁土礦資源嚴重不足，只能依靠從國外進口礦石解決原料問題，我國年進口鋁土礦礦石約3000萬噸，占國內(nèi)鋁土礦使用量的50%左右。礦石資源不足，嚴重制約了我國氧化鋁工業(yè)的發(fā)展，尋找新的可替代的非鋁土礦資源作為氧化鋁工業(yè)原料，研究生產(chǎn)氧化鋁新的工藝技術(shù)成為我國鋁工業(yè)發(fā)展的當務之急。我國煤炭資源非常豐富，煤炭產(chǎn)量占世界第一，每年產(chǎn)出20多億噸煤，煤炭大部分用于火電廠發(fā)電，煤炭燃燒后將排出大量粉煤灰，我國每年大約排放高鋁粉煤灰(指粉煤灰中Al2O3彡38%)1億噸以上。經(jīng)研究分析，高鋁粉煤灰主要由氧化鋁、氧化硅組成，2種成分的含量約占80%，另含鐵、鎂、鈦、鈣等其他成分，有的粉煤灰中還含有豐富的鎵等稀貴金屬，是綜合利用提取冶金級氧化鋁和金屬鎵的原料，具有極高的工業(yè)利用價值。我國北方地區(qū)的粉煤灰中氧化鋁含量普遍高于南方地區(qū)，如山西、陜西、內(nèi)蒙、寧夏、等地部分礦區(qū)產(chǎn)出的粉煤灰中氧化鋁含量通常在40%左右，屬于高鋁粉煤灰，內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)粉煤灰中氧化鋁含量有的高達45 50%，這與國外三水鋁土礦中的氧化鋁含量相當，從化學成分分析，完全可以作為提取冶金級氧化鋁的原料之一。目前粉煤灰通常是火電廠排出的廢棄物，主要作為一種工業(yè)廢渣堆存，這既占用了大量土地，而且嚴重污染了環(huán)境，為維護灰渣堆場的安全運行，還需要對灰渣堆場進行維護，這就增加了電廠的生產(chǎn)成本。沿海地區(qū)由于人口稠密、工業(yè)發(fā)達，有時將粉煤灰用于筑路、制磚等建筑材料，這僅屬于粉煤灰低檔次、低附加值的應用，而經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)或西部地區(qū)，粉煤灰仍主要作為工業(yè)廢渣堆存?？傮w來說，我國及世界發(fā)達國家對粉煤灰綜合利用課題仍處于試驗研究階段，正在尋找其合理利用的途徑。近年來，針對我國鋁土礦資源嚴重不足的現(xiàn)狀，我國許多科研部門及大專院校，積極開展非鋁土礦資源生產(chǎn)冶金級氧化鋁研究，重點是研究高鋁粉煤灰綜合利用生產(chǎn)冶金級氧化鋁。各研究單位根據(jù)各自的研究成果，提出了一些處理高鋁粉煤灰的新工藝方法，主要研究方向如下
(1)堿法是高鋁粉煤灰綜合利用研究的主流方法。它主要借鑒現(xiàn)有氧化鋁行業(yè)成熟的燒結(jié)法生產(chǎn)工藝，利用燒結(jié)法工藝可以處理低品位、低鋁硅比礦石的特點，將高鋁粉煤灰、 石灰石(或石灰)、堿按一定的配比，制備成生料漿進行燒結(jié)，燒結(jié)熟料經(jīng)溶出、脫硅、分解、 焙燒而得到冶金級氧化鋁產(chǎn)品。此法的優(yōu)點是工藝技術(shù)成熟，能得到合格的氧化鋁產(chǎn)品。但此法的缺點很多，主要是石灰配量巨大、赤泥量大、鋁酸鈉溶液的濃度低、生產(chǎn)能耗高，其投資和成本高，此方法其技術(shù)上可行但經(jīng)濟上不合理。(2)鹽酸法采用鹽酸與高鋁粉煤灰按比例配料，在一定的溫度及壓力條件下溶出粉煤灰中的氧化鋁，得到氯化鋁溶液，氯化鋁溶液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、焙燒得到氧化鋁產(chǎn)品，其優(yōu)點是流程簡單、渣量小、生產(chǎn)成本低。缺點是氯化鋁溶液除鐵及除雜較難、鹽酸在80 160°C溫度下對設備的腐蝕很嚴重，一些工藝及材料問題需進一步研究解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，它生產(chǎn)成本低，能得到滿足國家標準要求的冶金級氧化鋁，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，將高鋁粉煤灰與稀硫酸混合，制備成原礦漿A ；采用連續(xù)溶出的方式在中壓條件下從原礦漿A中溶出得到料漿；將溶出的料漿采用沉降槽分離，并進行反向洗滌，洗滌完成后的沉降槽底流用壓濾機過濾，濾餅為洗干凈的酸渣B，沉降槽的溢流為硫酸鋁粗液C，將酸渣B送入酸渣堆場；將硫酸鋁粗液C通過控制過濾進行凈化，并通過樹脂吸附脫鐵后，得到純凈的硫酸鋁溶液D ；將純凈的硫酸鋁溶液D送入蒸發(fā)工序中進行蒸發(fā)，去純凈的硫酸鋁溶液D中的水分， 使純凈的硫酸鋁溶液D中的硫酸鋁E以Al2 (SO4) 3 · ηΗ20形式結(jié)晶析出；將硫酸鋁E送往硫酸鋁焙燒工序，硫酸鋁E經(jīng)過焙燒后分解得到氧化鋁F及SO3氣體G。與高鋁粉煤灰進行混合的稀硫酸濃度為25 40%。從原礦漿A中溶出酸渣B的溶出溫度為150 180°C，溶出時間為60 90min，溶出壓力為0. 8 1. Ompa，氧化鋁溶出率為85 95%，溶出配料比采用氧化鋁溶出化學反應理論計算量為1.0值。在溶出過程中保持對原礦漿A進行攪拌。酸渣B進行一次分離，并進行4 5次反向洗滌，分離及洗滌后沉降槽底流固含 250 450g/l，濾餅含水率彡35%，每噸酸渣的洗水量為1. 5 2. 5t。析出的硫酸鋁E經(jīng)液固分離后濾餅的含水率小于6%。將硫酸鋁E在焙燒后得到的SO3氣體G返回制酸工序中制成濃度為25 40%的稀硫酸。在將高鋁粉煤灰與稀硫酸混合前，先采用磁選機對高鋁粉煤灰進行除鐵處理，再將脫鐵后的高鋁粉煤灰與稀硫酸混合后，制備成原礦漿A，并送往中壓溶出工序。硫酸鋁E的焙燒溫度為800 1100°C。由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用硫酸法來處理高鋁粉煤灰，使高鋁粉煤灰中的氧化鋁溶出，并通過分離、洗滌、過濾、焙燒等工序來得到滿足國家標準要求的冶金級氧化鋁，使粉煤灰得到合理利用，并且成本低廉，經(jīng)濟合理，而且對設備的影響小。本發(fā)明方法簡單，容易實施，使用效果好。


附圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明的實施例1 硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，將Al2O3質(zhì)量百分比含量為30%的高鋁粉煤灰采用磁選機對粉煤灰進行除鐵，將脫鐵后的高鋁粉煤灰與濃度為40%的稀硫酸混合，溶出配料比采用氧化鋁溶出化學反應理論計算量為1. 0值的配比進行混合，制備成原礦漿A ；用溶出進料泵將原礦漿A送入溶出裝置中，采用套管預熱、 壓煮器(溶出裝置主要由套管預熱器、壓煮器、自蒸發(fā)器組成，其材質(zhì)采用鉛合金，鉛合金材料在此溫度范圍可以耐硫酸腐蝕)保溫溶出的連續(xù)溶出方式，保持溶出壓力為0. 9MPa，在 160°C下保溫停留1. 5小時進行溶出，同時，為了提高溶出效果，還在壓煮器內(nèi)配備攪拌裝置，使其在溶出過程中保持對原礦漿A進行攪拌，從原礦漿A中溶出得到料漿，其中氧化鋁的溶出率為95% ；將溶出的料漿采用沉降槽進行一次分離，再進行4次反向洗滌，分離及洗滌后沉降槽底流的固含量為400g/L，洗滌完成后的沉降槽底流用壓濾機過濾，濾餅為洗干凈的酸渣B，濾餅含水率為30%(每噸酸渣的洗水量為2. 0t)，沉降槽的溢流為硫酸鋁粗液C， 將酸渣B送入酸渣堆場；將剩下的硫酸鋁粗液C通過控制過濾進行凈化，并通過樹脂吸附脫鐵后，得到純凈的硫酸鋁溶液D ；將純凈的硫酸鋁溶液D送入蒸發(fā)工序中，采用4效強制循環(huán)蒸發(fā)器進行蒸發(fā)，去純凈的硫酸鋁溶液D中的水分，使純凈的硫酸鋁溶液D中的硫酸鋁E 以Al2 (SO4) 3 · IiH2O形式結(jié)晶析出，析出的硫酸鋁E經(jīng)液固分離后濾餅的含水率為4% ；將硫酸鋁E送往硫酸鋁焙燒工序，采用回轉(zhuǎn)窯進行焙燒，焙燒溫度為950°C，使其硫酸鋁E分解得到氧化鋁F及SO3氣體G，將SO3氣體G返回制酸工序中制成濃度為40%的稀硫酸，將其作為返回中壓溶出工序的配料來循環(huán)使用。本發(fā)明的實施例2 硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，將Al2O3質(zhì)量百分比含量為42%的高鋁粉煤灰采用磁選機對粉煤灰進行除鐵，將脫鐵后的高鋁粉煤灰與濃度為32%的稀硫酸混合，溶出配料比采用氧化鋁溶出化學反應理論計算量為1. 0值的配比進行混合，制備成原礦漿A ；用溶出進料泵將原礦漿A送入溶出裝置中，采用套管預熱、 壓煮器保溫溶出的連續(xù)溶出方式，保持溶出壓力為1. OMPa，在180°C下保溫停留2. 0小時進行溶出，從原礦漿A中溶出得到料漿，其中氧化鋁的溶出率為85% ；將溶出的料漿采用沉降槽進行一次分離，再進行5次反向洗滌，分離及洗滌后沉降槽底流的固含量為300g/L，洗滌完成后的沉降槽底流用壓濾機過濾，濾餅為洗干凈的酸渣B，濾餅含水率為35% (每噸酸渣的洗水量為2. 5t)，沉降槽的溢流為硫酸鋁粗液C，將酸渣B送入酸渣堆場；將剩下的硫酸鋁粗液C通過控制過濾進行凈化，并通過樹脂吸附脫鐵后，得到純凈的硫酸鋁溶液D ；將純凈的硫酸鋁溶液D送入蒸發(fā)工序中，采用2效強制循環(huán)蒸發(fā)器進行蒸發(fā)，去純凈的硫酸鋁溶液 D中的水分，使純凈的硫酸鋁溶液D中的硫酸鋁E以Al2 (SO4)3 · IiH2O形式結(jié)晶析出，析出的硫酸鋁E經(jīng)液固分離后濾餅的含水率為6% ；將硫酸鋁E送往硫酸鋁焙燒工序，采用回轉(zhuǎn)窯進行焙燒，焙燒溫度為1100°C，使其硫酸鋁E分解得到氧化鋁F及SO3氣體G，將SO3氣體 G返回制酸工序中制成濃度為32%的稀硫酸，將其作為返回中壓溶出工序的配料來循環(huán)使用。根據(jù)煤炭產(chǎn)地的不同，高鋁粉煤灰中通常含有1 3%的氧化鐵(Fe2O3),由于氧化鐵在高溫下易于與硫酸反應形成硫酸鐵溶于溶液中，給后序的硫酸鋁溶液凈化增加負擔， 故應盡可能在原料準備工序?qū)⑵涑?，因此通過采用磁選機對粉煤灰進行除鐵，可以脫除粉煤灰中70 80%的氧化鐵，為后續(xù)的凈化加工減輕負擔。由于生產(chǎn)過程中高鋁粉煤灰含有的其他金屬參與化學反應，以及酸渣會將少量硫酸帶進酸渣堆場，生產(chǎn)中硫酸每循環(huán)一次需要消耗少量硫酸，故生產(chǎn)過程中需要補充少量新酸，預計酸消耗為每噸氧化鋁消耗硫酸 40 70kg。
權(quán)利要求
1.一種硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，其特征在于將高鋁粉煤灰與稀硫酸混合，制備成原礦漿A ；采用連續(xù)溶出的方式在中壓條件下將原礦漿A溶出得到料漿；將溶出的料漿采用沉降槽分離，并進行反向洗滌，洗滌完成后的沉降槽底流用壓濾機過濾，濾餅為洗干凈的酸渣B，沉降槽的溢流為硫酸鋁粗液C，將酸渣B送入酸渣堆場；將硫酸鋁粗液C通過控制過濾進行凈化，并通過脫鐵后，得到純凈的硫酸鋁溶液D ；將純凈的硫酸鋁溶液D送入蒸發(fā)工序中進行蒸發(fā)，去純凈的硫酸鋁溶液D中的水分，使純凈的硫酸鋁溶液 D中的硫酸鋁E以Al2 (SO4) 3 · ηΗ20形式結(jié)晶析出；將硫酸鋁E送往硫酸鋁焙燒工序，硫酸鋁E經(jīng)過焙燒后分解得到氧化鋁F及SO3氣體G。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，其特征在于與高鋁粉煤灰進行混合的稀硫酸濃度為25 40%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，其特征在于從原礦漿A中溶出酸渣B的溶出溫度為150 180°C，溶出時間為60 90min，溶出壓力為0. 8 1. Ompa，氧化鋁溶出率為85 95%，溶出配料比采用氧化鋁溶出化學反應理論計算量為1.0值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，其特征在于在溶出過程中保持對原礦漿A進行攪拌。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，其特征在于酸渣B進行一次分離，并進行4 5次反向洗滌，分離及洗滌后沉降槽底流固含250 450g/l，濾餅含水率彡35%，每噸酸渣的洗水量為1. 5 2. 5t。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，其特征在于析出的硫酸鋁E經(jīng)液固分離后濾餅的含水率小于6%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，其特征在于將硫酸鋁E在焙燒后得到的SO3氣體G返回制酸工序中制成濃度為25 40%的稀硫酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，其特征在于在將高鋁粉煤灰與稀硫酸混合前，先采用磁選機對高鋁粉煤灰進行除鐵處理，再將脫鐵后的高鋁粉煤灰與稀硫酸混合后制備成原礦漿A，并送往中壓溶出工序。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，其特征在于硫酸鋁E的焙燒溫度為800 1100°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級氧化鋁的工藝，將高鋁粉煤灰與稀硫酸混合，制備成原礦漿A；將原礦漿A溶出得到酸渣B及硫酸鋁粗液C；將硫酸鋁粗液C通過控制過濾進行凈化并脫鐵后，得到純凈的硫酸鋁溶液D；將純凈的硫酸鋁溶液D送入蒸發(fā)工序中進行蒸發(fā)，去純凈的硫酸鋁溶液D中的水分，使純凈的硫酸鋁溶液D中的硫酸鋁析出；再將硫酸鋁E送往硫酸鋁焙燒工序，硫酸鋁E經(jīng)過焙燒后分解得到氧化鋁F及SO3氣體G。本發(fā)明采用硫酸法來處理高鋁粉煤灰，使高鋁粉煤灰中的氧化鋁溶出，并通過分離、洗滌、過濾、焙燒等工序來得到滿足國家標準要求的冶金級氧化鋁，使粉煤灰得到合理利用，并且成本低廉，經(jīng)濟合理，而且對設備的影響小。
文檔編號C01F7/02GK102398913SQ20101028102
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者陳德 申請人:貴陽鋁鎂設計研究院有限公司