專利名稱：一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，涉及一種綜合利用粉煤灰資源生產(chǎn)冶金級氧化鋁或者非冶金級氧化鋁的工藝方法。
背景技術(shù)：
粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收集的細粉狀物料。粉煤灰的礦物成分和化學成分和煤的來源有關(guān)，其物相組成以玻璃體為主，同時含有莫來石、石英、赤鐵礦、磁鐵礦、硬石膏、磷酸三鈣及黃長石等的粉狀物料；化學成分主要為Al203、Si02、Fe203、Ca0、Mg0等，同時還含有少量的稀有元素。粉煤灰堆存要占用大量的土地，并且對周邊環(huán)境也會造成一定程度的污染。因此，對粉煤灰的綜合利用進行研究，變廢為寶，對環(huán)境保護和提高資源利用率， 建設(shè)環(huán)保節(jié)約型社會都具有重大意義。粉煤灰中SiA和Al2O3含量合計超過80%以上，其中Al2O3質(zhì)量分數(shù)一般為22% 40%，尤其是少部分高鋁粉煤灰中的Al2O3含量通?？蛇_50%左右；同時，由于我國鋁土礦資源相對不足，我國氧化鋁工業(yè)受鋁土礦資源的制約越來越明顯，因此綜合利用粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)開發(fā)也越來越受到重視。從粉煤灰提取氧化鋁(氫氧化鋁)或鋁鹽的工藝歸納起來可分為酸法、堿法以及酸堿混合法。這些工藝方法在工藝路線上各有其特點。酸法是指以酸性物料處理粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法。酸法較有代表性的方法是硫酸浸取法。該方法的技術(shù)路線為首先用一定濃度及體積的NH4F作為助溶劑對粉煤灰進行浸泡，然后用一定濃度和體積的在一定溫度下浸出粉煤灰，粉煤灰中的鋁以Al2(SO4)3 的形式被從粉煤灰中浸出，除去雜質(zhì)狗后加入(NH4) 2S04與之反應生成NH4Al (SO4) 2 · 12H20, 最后在950°C左右加熱NH4Al (SO4)2 ·12Η20就可得到Α1203。當然，也可以用鹽酸替代硫酸去浸出粉煤灰。對堿法的研究較為深入。具有代表性的方法是石灰石燒結(jié)法和堿石灰燒結(jié)法。堿石灰燒結(jié)法是將粉煤灰和石灰、碳酸鈉經(jīng)高溫燒結(jié)，Al2O3與碳酸鈉燒結(jié)成可溶性的鋁酸鈉，SiO2與石灰燒結(jié)成不溶性的2Ca0 · Si02。熟料經(jīng)破碎、浸出、分離、一段脫硅、 二段脫硅、碳酸分解等工序得到Al (OH)3，最后煅燒得Al2O3產(chǎn)品。石灰石燒結(jié)法是將粉煤灰與石灰石混合進行燒結(jié)使粉煤灰中的Al2O3與CaO結(jié)合， 生成在堿溶液具有可溶性的化合物一招酸鈣(12Ca0 · 7A1203)，而使粉煤灰中的SW2與CaO 生成不溶性的穩(wěn)定化合物一娃酸鈣(2Ca0 ·Ξ 02)。粉煤灰與石灰石的燒結(jié)熟料在冷卻過程中，由于熟料中的硅酸二鈣發(fā)生相變，體積膨脹10%(比重由3. 4變?yōu)?. 1)，熟料自行粉碎為細粉，可省去磨細工序。然后用碳酸鈉溶液對自粉化后的熟料進行溶出，鋁酸鈣分解，Al2O3 以NaAW2的形式轉(zhuǎn)入溶液，而2Ca0 · SiO2及4CaO · Al2O3 · Fe2O3等不溶物以固體形式殘留得以分離。溶出后的溶出漿液進行分離，分離出的殘渣(硅鈣渣)經(jīng)洗滌后用于制取硅酸鹽水泥。分離硅鈣渣后的溶液(粗液)，經(jīng)脫硅后，用煙氣中CO2進行碳酸化分解析出Al(OH)3 沉淀，煅燒后生成氧化鋁。
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混合法就是先用Na2CO3以一定比例和粉煤灰混合焙燒，然后用稀鹽酸(或者稀硫酸)進行溶解，生成硅膠和AlCl3或者[Al2(SO4)3]溶液，將硅膠過濾用于進一步制備白炭黑，對濾液進行除雜后加入NaOH進行中和，溶液達到一定PH值后沉淀出Al (OH) 3，最后鍛燒 Al (OH)3 得到 Al2O3。上述幾種方法各有其優(yōu)缺點。酸法工藝不需要進行溶液脫硅，生產(chǎn)的Al2O3純度較高，整個工藝過程中的成渣量少；堿法工藝相對較為簡單，比較適合于大規(guī)模生產(chǎn)；而酸堿混合法在將粉煤灰中超過90%的Al2O3提出的同時，也將其中的大部分S^2提取出來，提出的SW2既可以制作硅膠，也能進一步制備白炭黑。由于粉煤灰化學及礦物組成的特點，上述方法均存在有一定的不足。酸法要用到KSO4或者HCl等酸性物料，對生產(chǎn)裝備的耐腐蝕性提出了較高的要求，為解決生產(chǎn)裝備的耐腐蝕性問題，不得不用到較昂貴的耐蝕材料；堿法由于其熟料量大，造成能耗過高，且氧化鋁提取后成渣量大。酸堿混合法的強酸、純堿(或者苛性堿)消耗量過大，且需要去除AlCl3溶液或者 Al2 (SO4) 3溶液中狗等雜質(zhì)，這些都是限制該技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的不利因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述已有技術(shù)在自粉煤灰中提取氧化鋁工藝方法中的不足，提出一種工藝靈活、技術(shù)成熟，生產(chǎn)的氧化鋁可以是冶金級氧化鋁，也可以是化學品氧化鋁，產(chǎn)品的質(zhì)量易于控制的粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法。本發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其生產(chǎn)過程的步驟包括
(1)將粉煤灰、石灰石粉或者石灰粉加入堿液，制成生料漿；或者將粉煤灰、石灰石(或者石灰)以及堿液磨制成生料漿；
(2)將生料漿燒制成熟料；
(3)將熟料進行堿浸出；
(4)將浸出液進行脫硅處理后，進行過濾分離；
(5)將過濾分離出的脫硅后液，進行碳酸化分解，得到氫氧化鋁；
(6)氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到氧化鋁產(chǎn)品。本發(fā)明的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(1)中粉煤灰的細度為-80目；石灰石粉或者石灰粉的細度為-80目。本發(fā)明的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(1)加入的堿液為碳酸鈉和蒸發(fā)后的碳酸化分解母液的混合液。本發(fā)明的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(1)的生料漿的混合過程，石灰石或者石灰的添加量由體系中SiO2的量確定，石灰石或者石灰的添加量按照CaO 和SiO2的摩爾比為0. 9 1. 7控制，碳酸鈉添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩爾比為 0.9 1.7控制。本發(fā)明的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(2)的生料漿燒制溫度為900 1380°C，燒制時間為10-120分鐘。本發(fā)明的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(3)的是用調(diào)整液在溫度40 105°C的條件下浸出熟料。
本發(fā)明的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(3)的浸出液進行脫硅處理后進行液固分離得到的固體殘渣返回步驟(1)作生料漿配制的原料。本發(fā)明的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(3)將熟料浸出后進行液固分離的固體殘渣，用作生產(chǎn)水泥的原料，或者經(jīng)脫堿后再用作生產(chǎn)水泥的原料。本發(fā)明的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(5)的碳酸化分解后的母液經(jīng)蒸發(fā)后返回步驟(1)，用于生料漿配制。本發(fā)明的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其浸出熟料用的調(diào)整液由浸出孰料、液固分離后固相殘渣的洗液調(diào)配而成。本發(fā)明的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，可用于處理不同來源不同的化學組成及礦物組成的粉煤灰原料生產(chǎn)氧化鋁，技術(shù)成熟可靠，和已有的酸法生產(chǎn)工藝相比，無需采用較昂貴的耐腐蝕設(shè)備；和已有的堿法生產(chǎn)工藝相比，物料流量小，固相殘渣量少，有利于環(huán)境保護。真正實現(xiàn)了粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁全流程的高產(chǎn)出率和低能源消耗，而提取氧化鋁后的固相殘渣易于實現(xiàn)無害化堆存，并且固相殘渣經(jīng)簡單處理后完全可實現(xiàn)大規(guī)模的資源化利用。
具體實施例方式一種利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的工藝方法，其生產(chǎn)過程的步驟包括1)將粉煤灰 (必要時磨細，細度最好為-80目)、磨細后的石灰石粉或者石灰粉(細度最好為-80目)，以及碳酸鈉和蒸發(fā)后的碳酸化分解母液按一定的比例混合制成生料漿；2)生料漿在一定的溫度條件下燒制成熟料；3)在一定條件下用含有碳酸鈉以及氫氧化鈉等的溶液對熟料進行浸出；4)對浸出液進行脫硅后再進行碳酸化分解，得到氫氧化鋁；5)氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到氧化鋁產(chǎn)品；6)在生產(chǎn)過程中，為了達到某種目的，可進行一定比例的化分解；7)脫硅過程中形成的固相產(chǎn)物可以返回生料漿配制階段作為配制生料漿的原料；8)碳酸化分解后的母液經(jīng)蒸發(fā)后返回，用于配制生料漿；9)浸出熟料用的調(diào)整液由浸出孰料、液固分離后固相殘渣的洗液調(diào)配而成。本發(fā)明的一種利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的工藝方法，將粉煤灰、磨細后的石灰石粉或者石灰粉以及碳酸鈉和蒸發(fā)后的碳酸化分解母液按一定的比例混合制成生料漿，石灰石或者石灰的添加量由體系中SiO2的量確定，石灰石或者石灰的添加量按照CaO和SiA的摩爾比為0. 9 1. 7控制，碳酸鈉(包括蒸發(fā)后的碳酸化分解母液中的Na2O)添加量按照Na2O (系統(tǒng)中的K2O也要按等摩爾的原則折合為Na2O)和Al2O3+ Fe2O3的摩爾比為0. 9 1. 7控制。本發(fā)明的一種利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的工藝方法，將生料漿在溫度為900 1380°C條件下燒制，得到合格熟料。本發(fā)明的一種利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的工藝方法，用調(diào)整液在溫度40 105°C的條件下浸出熟料，熟料的浸出可以邊磨邊浸出，也可以將熟料磨制后再浸出；
本發(fā)明的一種利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的工藝方法，浸出孰料后的料漿進行沉降分離或者過濾分離，分離出溶液和固體殘渣，固體殘渣經(jīng)過洗滌后可以用作生產(chǎn)水泥等的原料，也可以經(jīng)過脫堿后再用作生產(chǎn)水泥等的原料；
本發(fā)明的一種利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的工藝方法，浸出孰料后的料漿進行沉降分離或
5者過濾分離，分離出的溶液經(jīng)過脫硅后進行碳酸化分解，可以得到氫氧化鋁，經(jīng)焙燒后可以得到冶金級氧化鋁或者非冶金級氧化鋁；分離出的溶液也可以不經(jīng)過脫硅直接進行碳酸化分解，以得到非冶金用途的氫氧化鋁產(chǎn)品；脫硅過程中形成的固相產(chǎn)物可以返回生料漿配制階段作為配制生料漿的原料；
本發(fā)明的一種利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的工藝方法，碳酸化分解后的母液經(jīng)蒸發(fā)后返回，用于配制生料漿；
本發(fā)明的一種利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的工藝方法，浸出熟料用的調(diào)整液主要由浸出孰料后固相殘渣的洗液調(diào)配而成。實施例1
原料為某熱電廠的粉煤灰，主要化學成分為Al20338 %，Si&45.2%，將磨制后細度為-80目石灰石粉以及碳酸鈉和蒸發(fā)后的碳酸化分解母液按照CaO和SW2的摩爾比為1. 0 控制，碳酸鈉(包括蒸發(fā)后的碳酸化分解母液中的Na2O)添加量按照妝20和Al2O3+ Fe2O3的摩爾比為1. 1控制進行配料制備生料漿；將生料漿在溫度為1110°C條件下燒制，得到合格熟料；用調(diào)整液在80-90°C的條件下浸出熟料，孰料中氧化鋁浸出率可以達到68. 95%，孰料中氧化鈉浸出率可以達到69. 98%。熟料浸出液經(jīng)脫硅后進行碳酸化分解，得到氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到冶金級氧化鋁產(chǎn)品。實施例2
原料為某熱電廠的粉煤灰，主要化學成分為Al20342 %，Si0246 %，將磨制后細度為-80 目石灰石粉以及碳酸鈉和蒸發(fā)后的碳酸化分解母液按照CaO和SW2的摩爾比為1. 3控制， 碳酸鈉(包括蒸發(fā)后的碳酸化分解母液中的Na2O)添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩爾比為1. 0控制進行配料制備生料漿；將生料漿在溫度為1200°C條件下燒制，得到合格熟料；用調(diào)整液在80-90°C的條件下浸出熟料，孰料中氧化鋁浸出率可以達到78. 68%，孰料中氧化鈉浸出率可以達到83. 95%。熟料浸出液經(jīng)脫硅后進行碳酸化分解，得到氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到冶金級氧化鋁產(chǎn)品。實施例3
原料為某熱電廠的粉煤灰，主要化學成分為Al20346%，Si&44%，將磨制后細度為-80 目石灰石粉以及碳酸鈉和蒸發(fā)后的碳酸化分解母液按照CaO和SW2的摩爾比為1. 5控制， 碳酸鈉(包括蒸發(fā)后的碳酸化分解母液中的Na2O)添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩爾比為1. 2控制進行配料制備生料漿；將生料漿在溫度為1120°C條件下燒制，得到合格熟料；用調(diào)整液在80-90°C的條件下浸出熟料，孰料中氧化鋁浸出率可以達到84. 64%，孰料中氧化鈉浸出率可以達到92. 51%。熟料浸出液經(jīng)脫硅后進行碳酸化分解，得到氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到冶金級氧化鋁產(chǎn)品。實施例4
原料為某熱電廠的粉煤灰，主要化學成分為Al20351 %，Si0238 %，將磨制后細度為-80 目石灰石粉以及碳酸鈉和蒸發(fā)后的碳酸化分解母液按照CaO和SW2的摩爾比為1. 4控制， 碳酸鈉(包括蒸發(fā)后的碳酸化分解母液中的Na2O)添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩爾比為1. 05控制進行配料制備生料漿；將生料漿在溫度為1250°C條件下燒制，得到合格熟料； 用調(diào)整液在80-90°C的條件下浸出熟料，孰料中氧化鋁浸出率可以達到84. 17%，孰料中氧化鈉浸出率可以達到88. 21%。熟料浸出液經(jīng)脫硅后進行碳酸化分解，得到氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到冶金級氧化鋁產(chǎn)品。實施例5
原料為某熱電廠的粉煤灰，主要化學成分為Al20355 %，Si0236 %，將磨制后細度為-80 目石灰石粉以及碳酸鈉和蒸發(fā)后的碳酸化分解母液按照CaO和SW2的摩爾比為1. 6控制， 碳酸鈉(包括蒸發(fā)后的碳酸化分解母液中的Na2O)添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3的摩爾比為1. 0控制進行配料制備生料漿；將生料漿在溫度為1150°C條件下燒制，得到合格熟料；用調(diào)整液在80-90°C的條件下浸出熟料，孰料中氧化鋁浸出率可以達到86. 39%，孰料中氧化鈉浸出率可以達到94. 48%。熟料浸出液經(jīng)脫硅后進行碳酸化分解，得到氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到冶金級氧化鋁產(chǎn)品。實施例6
原料為某熱電廠的粉煤灰，主要化學成分為Al20353 %，Si0238 %，將磨制后細度為-80 目石灰石粉以及碳酸鈉和蒸發(fā)后的碳酸化分解母液按照CaO和SW2的摩爾比為1. 5控制， 碳酸鈉(包括蒸發(fā)后的碳酸化分解母液中的Na2O)添加量按照妝20和Al2O3+ Fe2O3的摩爾比為0. 98控制進行配料制備生料漿；將生料漿在溫度為1230°C條件下燒制，得到合格熟料；用調(diào)整液在80-90°C的條件下浸出熟料，孰料中氧化鋁浸出率可以達到84. 46%，孰料中氧化鈉浸出率可以達到92. 78%。熟料浸出液經(jīng)脫硅后進行碳酸化分解，控制碳酸化分解條件，得到擬薄水鋁石產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其生產(chǎn)過程的步驟包括(1)將粉煤灰、石灰石粉或者石灰粉加入堿液，制成生料漿；或者將粉煤灰、石灰石(或者石灰)以及堿液磨制成生料漿；(2)將生料漿燒制成熟料；(3)將熟料進行堿浸出；(4)將浸出液進行脫硅處理后，進行液固分離；(5)將液固分離出的脫硅后液，進行碳酸化分解，得到氫氧化鋁；(6)氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到氧化鋁產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(1)中粉煤灰的細度為-0. 18mm ；石灰石粉或者石灰粉的細度為_0. 18mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(1)加入的堿液為碳酸鈉和蒸發(fā)后的碳酸化分解母液的混合液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(1)的生料漿的混合過程，石灰石或者石灰的添加量由體系中SW2的量確定，石灰石或者石灰的添加量按照CaO和SiO2的摩爾比為0. 9 1. 7控制，碳酸鈉添加量按照Na2O和Al2O3+ Fe2O3 的摩爾比為0.9 1.7控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(2)的生料漿燒制溫度為900 1380°C，燒制時間為10-120分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(3)的是用調(diào)整液在溫度40 105°C的條件下浸出熟料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(3)的浸出液進行脫硅處理后進行液固分離的固體殘渣返回步驟(1)作生料漿配制的原料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(3)將熟料浸出后進行液固分離得到的的固體殘渣，用作生產(chǎn)水泥的原料，或者經(jīng)脫堿后再用作生產(chǎn)水泥的原料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(5)的碳酸化分解后的母液經(jīng)蒸發(fā)后返回步驟(1)，用于生料漿配制。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于其浸出熟料用的調(diào)整液由浸出孰料后，液固分離后固相殘渣的洗液調(diào)配而成。
全文摘要
一種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，涉及一種綜合利用粉煤灰資源生產(chǎn)冶金級氧化鋁或者非冶金級氧化鋁的工藝方法。其特征在于其生產(chǎn)過程的步驟包括(1)將粉煤灰、石灰石粉或者石灰粉加入堿液，制成生料漿；(2)將生料漿燒制成熟料；(3)將熟料進行堿浸出；(4)將浸出液進行脫硅處理后，進行液固分離；(5)將液固分離出的脫硅后液，進行碳酸化分解，得到氫氧化鋁；(6)氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到氧化鋁產(chǎn)品。本發(fā)明的方法，可用于處理不同來源不同的化學組成及礦物組成的粉煤灰原料生產(chǎn)氧化鋁，技術(shù)成熟可靠，和已有的酸法生產(chǎn)工藝相比，無需采用較昂貴的耐腐蝕設(shè)備；和已有的堿法生產(chǎn)工藝相比，物料流量小，固相殘渣量少，有利于環(huán)境保護。
文檔編號C01F7/02GK102351226SQ20111028717
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者尹中林, 李旺興, 楊志民 申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司