專利名稱：一種濕法從粉煤灰中提取氧化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種從粉煤灰提取氧化鋁的方法，特別涉及一種濕法從粉煤灰中回收氧化鋁的方法。
背景技術(shù)：
目前，氧化鋁的生產(chǎn)主要以鋁土礦為原料采用堿法生產(chǎn)，包括拜耳法、燒結(jié)法和聯(lián)合法。我國已經(jīng)成為氧化鋁生產(chǎn)大國，但是鋁土礦資源保障程度低，資源問題已經(jīng)成為我國氧化鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。粉煤灰是煤炭燃燒后產(chǎn)生的固體廢棄物之一，目前累計堆存量已經(jīng)達(dá)到20億噸。 開發(fā)利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁，對解決我國鋁土礦資源緊缺和燃煤環(huán)境污染問題無疑都具有重要的意義。以粉煤灰為原料提取氧化鋁的技術(shù)有系列專利申請。這些技術(shù)大致可分為兩類， 一類是堿法高溫焙燒活化，如內(nèi)蒙古蒙西高新技術(shù)集團有限公司發(fā)明的一種利用粉煤灰制備氧化鋁聯(lián)產(chǎn)水泥熟料的方法(專利號ZL03131079. 6)，燒結(jié)溫度在1300°C以上，因此能耗很高，而且在燒結(jié)時還需要添加大量的氧化鈣，致使提取氧化鋁后的殘渣量大。另一類是酸法高溫分解，如沈陽鋁鎂設(shè)計研究院發(fā)明的一種利用粉煤灰制備硫酸鋁的方法(專利申請?zhí)?00810011311. 2)，粉煤灰機械活化后，采用濃硫酸分解，分解溫度200°C左右。酸法處理粉煤灰的主要問題是介質(zhì)腐蝕性強，對設(shè)備材質(zhì)要求高，而且廢酸回收困難，容易造成二次污染。正是由于上述問題的存在，制約了粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。至今尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于粉煤灰堿法低溫制備氧化鋁系列化合物的文獻(xiàn)和授權(quán)專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服高溫?zé)Y(jié)法處理粉煤灰時高溫操作而導(dǎo)致的能耗高、操作困難以及酸法設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、存在二次污染隱患的缺陷，提供一種堿性介質(zhì)下低溫濕法從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁的新方法，氧化鋁溶出率高，殘渣量小，且殘渣有害雜質(zhì)含量低， 易實現(xiàn)廢棄物的資源化利用。本發(fā)明提供的從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其步驟如下(1)配料將粉煤灰、氧化鈣和質(zhì)量百分比濃度為30% -50%的NaOH堿溶液混合在一起加入到反應(yīng)器中，堿溶液與粉煤灰質(zhì)量配比(8-2 1，氧化鈣與粉煤灰的質(zhì)量比為(0. 35-0. 50) 1 ；(2)反應(yīng)將步驟⑴得到的物料在反應(yīng)器中進(jìn)行浸出反應(yīng)，溫度為180-300°C，浸出時間0. 2-10h，浸出壓力0. 4-6. 2MPa，浸出反應(yīng)完成后得到料漿；將此料漿過濾，得到含鋁酸鈉的堿液和脫鋁渣；(3)結(jié)晶含鋁酸鈉的堿液加入晶種在50_100°C下結(jié)晶，得到水合鋁酸鈉粗晶和結(jié)晶母液，結(jié)晶母液循環(huán)用于浸出反應(yīng)；(4)凈化和分解將步驟( 得到的水合鋁酸鈉粗晶用水或稀堿液溶解，然后經(jīng)脫硅、種子分解操作得到氫氧化鋁，再將得到的氫氧化鋁煅燒，便制得氧化鋁；(5)蒸發(fā)結(jié)晶將步驟(4)得到的種子分解母液蒸發(fā)到氧化鈉濃度為520_600g/L， 然后加入晶種在50-100°C下進(jìn)行結(jié)晶反應(yīng)，或加入到步驟( 所得鋁酸鈉溶液中一起進(jìn)行結(jié)晶反應(yīng)，結(jié)晶母液用于浸出反應(yīng)；鋁酸鈉結(jié)晶溶解后與步驟(4)所得脫硅鋁酸鈉溶液混合，進(jìn)行種子分解；(6)脫鈉將步驟⑵得到的脫鋁渣加入到稀堿溶液中，同時加入氧化鈣進(jìn)行脫鈉反應(yīng)，稀堿液濃度為0-80g/L，氧化鈣加入量為脫鋁渣質(zhì)量的0-30%，液固質(zhì)量比為 (6-10) 1，脫鈉溫度為80-180°C，反應(yīng)時間為0. 5-10h;(7)洗滌脫鈉渣用水進(jìn)行多次逆流洗滌，洗滌溫度為50_95°C，其洗滌液用于步驟C3)或步驟(5)中水合鋁酸鈉粗晶的溶解，洗滌后脫鈉渣用作生產(chǎn)建筑材料的原料；所述的堿溶液為NaOH水溶液；所述浸出反應(yīng)的浸出時間為0. 5-3h為佳；所述脫鈉反應(yīng)的堿液濃度為40_70g/L為佳；所述脫鈉反應(yīng)的反應(yīng)溫度為80_95°C為佳。本發(fā)明提供的回收粉煤灰中氧化鋁的方法具有如下明顯優(yōu)越性(1)本發(fā)明采用低溫堿法處理粉煤灰，浸出溫度為180-300°C，較高溫?zé)Y(jié)法降低 900-1000°C，使浸出過程在中低壓下進(jìn)行，可顯著降低能耗；較酸法大幅降低對設(shè)備的腐蝕性；(2)本發(fā)明浸出反應(yīng)氧化鋁溶出率高達(dá)95%以上，資源利用率高；(3)本發(fā)明中高濃堿液循環(huán)、凈化、分離等過程不存在大量的濃縮蒸發(fā)，大大降低了生產(chǎn)能耗，簡化了生產(chǎn)工藝，減少了設(shè)備投入，提高了工業(yè)可操作性，降低了生產(chǎn)成本；(4)本發(fā)明反應(yīng)條件溫和，工業(yè)可操作性強。


圖1給出了低溫濕法回收粉煤灰中的氧化鋁工藝路線圖。
具體實施例方式實施例1用本發(fā)明提供的低溫濕法回收粉煤灰中的氧化鋁，以內(nèi)蒙某地粉煤灰為例，該粉煤灰主要元素氧化物的百分含量如下Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO TiO2 Na2O H2O 灼減 A/S41. 41 39. 54 2. 40 3. 67 1. 38 0. 21 6. 1 2. 81 1. 05其回收步驟為將粉煤灰與質(zhì)量百分比為50%的NaOH溶液混合后置于反應(yīng)釜中，堿溶液與粉煤灰質(zhì)量配比為10. 3 1，氧化鈣添加量為粉煤灰質(zhì)量的50%，升溫至^0°C，在1.6ΜΙ^下反應(yīng)lh，得到含鋁酸鈉的堿液和脫鋁渣的混合反應(yīng)產(chǎn)物，待混合反應(yīng)產(chǎn)物冷卻到100°C后進(jìn)行過濾，分離得到含鋁酸鈉的堿溶液和脫鋁渣，此時脫鋁渣中A/S = 0. 23 (A為氧化鋁質(zhì)量百分比，S為氧化硅質(zhì)量百分比)，粉煤灰中氧化鋁的回收率為81. 82%。將得到的含鋁酸鈉堿溶液(過濾母液)放入結(jié)晶反應(yīng)器中，在50°C、添加5%晶種的情況下結(jié)晶6h，過濾得到的結(jié)晶母液苛性比升高到觀，水合鋁酸鈉晶體的苛性比為 1.35，然后對水合鋁酸鈉晶體進(jìn)行溶解、脫硅、種分、煅燒可制得砂狀氧化鋁。脫鋁渣加水在150°C下進(jìn)行脫堿，液固質(zhì)量比為10 1，不加氧化鈣，反應(yīng)10h，脫堿后固相經(jīng)逆流洗滌，洗滌溫度為90°C。殘渣中氧化鈉含量為0. 86%。實施例2將實施例1的粉煤灰與實施例1中的結(jié)晶母液混合后置于反應(yīng)釜中，母液與粉煤灰質(zhì)量配比為12. 98 1，氧化鈣添加量為粉煤灰質(zhì)量的35%，升溫至300°C，反應(yīng)池，得到含堿液、鋁酸鈉和脫鋁渣的混合反應(yīng)產(chǎn)物，待混合反應(yīng)產(chǎn)物冷卻到100°C后進(jìn)行抽濾，分離得到含鋁酸鈉的堿溶液和脫鋁渣，此時脫鋁渣中A/S = 0. 02 (A為氧化鋁質(zhì)量百分比，S為氧化硅質(zhì)量百分比)，粉煤灰中氧化鋁的回收率為98%。將得到的含鋁酸鈉堿溶液(過濾母液)放入結(jié)晶反應(yīng)器中，在100°C、添加8%晶種的情況下結(jié)晶10h，過濾得到的結(jié)晶母液苛性比升高到25，水合鋁酸鈉晶體的苛性比為 1.58，然后對水合鋁酸鈉晶體進(jìn)行溶解、脫硅、種分、煅燒可制得砂狀氧化鋁。脫鋁渣加入到40g/L的氫氧化鈉溶液中，在80°C下進(jìn)行脫堿，液固質(zhì)量比6 1， 加10%氧化鈣，反應(yīng)10h，脫堿后固相經(jīng)逆流洗滌，洗滌溫度為90°C。殘渣中氧化鈉含量為 0. 98%。實施例3將實施例1的粉煤灰與質(zhì)量百分比為30%的NaOH溶液混合后置于反應(yīng)釜中，堿溶液與粉煤灰質(zhì)量配比為17.45 1，氧化鈣添加量為粉煤灰質(zhì)量的60%，升溫至300°C， 在6. 2MPa下反應(yīng)0.證，得到含鋁酸鈉的堿液和脫鋁渣的混合反應(yīng)產(chǎn)物，待混合反應(yīng)產(chǎn)物冷卻到100°C后進(jìn)行抽濾，分離得到含鋁酸鈉的堿溶液和脫鋁渣，此時脫鋁渣中A/S = 0. 35 (A 為氧化鋁質(zhì)量百分比，S為氧化硅質(zhì)量百分比)，粉煤灰中氧化鋁的回收率為66. 67%。將得到的含鋁酸鈉堿溶液(過濾母液)放入結(jié)晶反應(yīng)器中，在60°C、添加5%晶種的情況下結(jié)晶池后，過濾得到的結(jié)晶母液苛性比升高到25，水合鋁酸鈉晶體的苛性比為 1.60，然后對水合鋁酸鈉晶體進(jìn)行溶解、脫硅、種分、煅燒可制得砂狀氧化鋁。脫鋁渣加入到60g/L的氫氧化鈉溶液中，在80°C下進(jìn)行脫堿，液固質(zhì)量比10 1， 加30%氧化鈣，反應(yīng)10h，脫堿后固相經(jīng)逆流洗滌，洗滌溫度為90°C。殘渣中氧化鈉含量為 0. 98%。實施例4用本發(fā)明的低溫濕法從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，以內(nèi)蒙另一地區(qū)粉煤灰為原料進(jìn)行氧化鋁的提取，該粉煤灰主要元素氧化物的百分含量如下Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO TiO2 Na2O H2O 灼減 A/S48. 02 36. 38 1. 05 2. 56 1. 40 0. 16 5. 9 2. 57 1. 32將粉煤灰與質(zhì)量百分比為45%的NaOH溶液混合后置于反應(yīng)釜中，堿溶液與粉煤灰質(zhì)量配比為8 1，氧化鈣添加量為粉煤灰質(zhì)量的40%，升溫至300°C，在3. IMPa下反應(yīng) 0. 5h，得到含鋁酸鈉的堿液和脫鋁渣的混合反應(yīng)產(chǎn)物，待混合反應(yīng)產(chǎn)物冷卻到100°C后，進(jìn)行抽濾，分離得到含鋁酸鈉的堿溶液和脫鋁渣，此時脫鋁渣中A/S = 0. 08 (A為氧化鋁質(zhì)量百分比，S為氧化硅質(zhì)量百分比)，粉煤灰中氧化鋁的回收率為93. 94%。將得到的含鋁酸鈉堿溶液(過濾母液)放入結(jié)晶反應(yīng)器中，在60°C、添加5%晶
5種的情況下結(jié)晶他后，過濾得到的結(jié)晶母液苛性比升高到沈，水合鋁酸鈉晶體的苛性比為 1.36，然后對水合鋁酸鈉晶體進(jìn)行溶解、脫硅、種分、煅燒可制得砂狀氧化鋁。脫鋁渣加水在180°C下進(jìn)行脫堿，液固質(zhì)量比10 1，不加氧化鈣，反應(yīng)0. 5h，脫堿后固相經(jīng)逆流洗滌，洗滌溫度為90°C。殘渣中氧化鈉含量為0. 93%。實施例5將實施例4的粉煤灰與實施例4結(jié)晶母液混合后置于反應(yīng)釜中，母液與粉煤灰質(zhì)量配比為25 1，氧化鈣添加量為粉煤灰質(zhì)量的35%，升溫至180°C，在0.4ΜΙ^下反應(yīng)10h， 得到含鋁酸鈉的堿液和脫鋁渣的混合反應(yīng)產(chǎn)物，待混合反應(yīng)產(chǎn)物冷卻到100°C后，進(jìn)行抽濾，分離得到含鋁酸鈉的堿溶液和脫鋁渣，此時脫鋁渣中A/S = 0. 07 (A為氧化鋁質(zhì)量百分比，S為氧化硅質(zhì)量百分比)，粉煤灰中氧化鋁的回收率為94. 66%。將得到的含鋁酸鈉堿溶液(過濾母液)放入結(jié)晶反應(yīng)器中，在60°C、添加5%晶種的情況下結(jié)晶他后，過濾得到的結(jié)晶母液苛性比升高到M，水合鋁酸鈉晶體的苛性比為 1.30，然后對水合鋁酸鈉晶體進(jìn)行溶解、脫硅、種分、煅燒可制得砂狀氧化鋁。脫鋁渣加入40g/L的氫氧化鈉溶液中，在150°C下進(jìn)行脫堿，液固質(zhì)量比10 1， 不加氧化鈣，反應(yīng)他，脫堿后固相經(jīng)逆流洗滌，洗滌溫度為90°C。殘渣中氧化鈉含量為 0. 89%。
權(quán)利要求
1.一種濕法從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，包括以下步驟(1)配料將粉煤灰、氧化鈣和質(zhì)量百分比濃度為30%-50%的NaOH堿溶液混合在一起加入到反應(yīng)器中，堿溶液與粉煤灰質(zhì)量配比(8-2 1，氧化鈣與粉煤灰的質(zhì)量比為 (0. 35-0. 50) 1 ；(2)反應(yīng)將步驟(1)得到的物料在反應(yīng)器中進(jìn)行浸出反應(yīng)，溫度為180-300°C，浸出時間0. 2-10h，浸出壓力0. 4-6. 2MPa，浸出反應(yīng)完成后得到料漿；將此料漿過濾，得到含鋁酸鈉的堿溶液和脫鋁渣；(3)結(jié)晶將步驟(2)得到的含鋁酸鈉的堿溶液冷卻，加入晶種在50-100°C下結(jié)晶，得到水合鋁酸鈉粗晶和結(jié)晶母液，結(jié)晶母液循環(huán)用于浸出反應(yīng)；(4)凈化和分解將步驟C3)得到的水合鋁酸鈉粗晶用水或稀堿液溶解，然后經(jīng)脫硅、 種子分解操作得到氫氧化鋁，再將得到的氫氧化鋁煅燒，便制得氧化鋁；(5)蒸發(fā)結(jié)晶將步驟(4)得到的種子分解母液蒸發(fā)到氧化鈉濃度為520-600g/L，然后加入晶種在50-100°C下進(jìn)行結(jié)晶反應(yīng)，或加入到步驟(2)所得鋁酸鈉溶液中一起進(jìn)行結(jié)晶反應(yīng)，結(jié)晶母液用于浸出反應(yīng)；鋁酸鈉結(jié)晶溶解后與步驟(4)所得脫硅鋁酸鈉溶液混合，進(jìn)行種子分解；(6)脫鈉將步驟( 得到的脫鋁渣加入到稀堿溶液中進(jìn)行脫鈉反應(yīng)，稀堿液濃度為0-80g/L，氧化鈣加入量為脫鋁渣質(zhì)量的0-30%，液固質(zhì)量比為(6-10) 1，反應(yīng)溫度 80-180°C，反應(yīng)時間 0. 5-10h ；(7)洗滌脫鈉渣用水進(jìn)行多次逆流洗滌，洗滌溫度為50-95°C，其洗滌液用于步驟(3) 或步驟(5)中水合鋁酸鈉粗晶的溶解，洗滌后脫鈉渣用作生產(chǎn)建筑材料的原料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，脫鈉反應(yīng)的反應(yīng)壓力為0-0.9MPa。
全文摘要
本發(fā)明提供一種濕法從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，包括步驟(1)將粉煤灰、氧化鈣和堿溶液混合、反應(yīng)，閃蒸后過濾，得到含鋁酸鈉的堿溶液和脫鋁渣；(2)將步驟(1)得到的堿溶液冷卻、結(jié)晶，得到水合鋁酸鈉粗晶和結(jié)晶母液；(3)將步驟(2)得到的結(jié)晶母液循環(huán)用于浸出反應(yīng)，水合鋁酸鈉粗晶用水或稀堿液溶解，經(jīng)脫硅、種子分解得到氫氧化鋁，氫氧化鋁煅燒便制得氧化鋁；(4)種子分解母液蒸發(fā)后與步驟(1)得到的堿溶液混合；(5)將步驟(1)得到的脫鋁渣在稀堿溶液中進(jìn)行水解脫鈉，過濾分離后脫鈉渣進(jìn)行多級逆流洗滌。該方法的溶出溫度和溶出壓力較低，且氧化鋁的溶出率可達(dá)到90％以上，脫鈉渣中氧化鈉含量小于1％。
文檔編號C01F7/02GK102476820SQ20101056557
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者張懿, 楊權(quán)成, 鄭詩禮, 馬淑花 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所