專利名稱：一種從粉煤灰生產(chǎn)高純氧化鋁并聯(lián)產(chǎn)硅酸鹽的工藝方法
技術領域：
本發(fā)明公開了屬于粉煤灰資源化利用技術領域的一種從粉煤灰生產(chǎn)高純氧化鋁并聯(lián)產(chǎn)硅酸鹽的エ藝方法。
背景技術：
粉煤灰是粉煤燃燒后在煙氣中收集下來的細灰，主要成分為硅鋁酸鹽，其中三氧化ニ鋁和ニ氧化硅的含量占其重量的759Γ90%，因此是較大的硅和鋁的來源。2010年我國全年粉煤灰產(chǎn)生量約5億噸，按30%的含量計算，該年我國所產(chǎn)生的粉煤灰中氧化鋁含量約為I. 5億噸。而2010年我國氧化鋁的總產(chǎn)量才2994萬噸，全世界(包括我國)總產(chǎn)量才8628萬噸。此外，某些來源的粉煤灰含有較高濃度的氧化鐵以及鎵、鍺等稀散、稀缺金屬元素，我國西南地區(qū)的坑口電廠以及浙江的某些石煤電廠產(chǎn)生的粉煤灰中還含有較高濃度的 鈾或釷。雖然我國很多地區(qū)將粉煤灰用于建材，但目前粉煤灰的總堆積存量已達到數(shù)十億噸，放射性超標的粉煤灰目前還沒有消耗的途徑。存留的粉煤灰污染空氣、水體與土壌，是對環(huán)境的巨大威脅；此外，放射性粉煤灰中的放射性元素，也是居民健康的隱患。總的說來，一方面，由于產(chǎn)生量大，粉煤灰成為我國大宗エ業(yè)廢物的最大単一來源；另一方面，粉煤灰中資源豐富，目前處置粉煤灰的方式是ー種嚴重的資源浪費，因為根據(jù)粉煤灰的組成不同，可以用來制取白炭黒、氧化鋁、鐵礦粉、鎵、鍺等產(chǎn)品，形成新的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，其中最重要的產(chǎn)品是氧化鋁。但粉煤灰中的氧化鋁以莫來石及剛玉等礦相存在，難以回收。放射性粉煤灰所含的鈾等是重要的能源和國防戰(zhàn)略資源。我國能源需求日益旺盛，鈾的缺乏對核能高速發(fā)展的制約，已經(jīng)開始顯現(xiàn)出來，因此回收放射性粉煤灰中的鈾等戰(zhàn)略元素，對我國核能發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。目前公開的粉煤灰資源化利用技術，基本上可以總結(jié)為以下幾類(1).石灰石燒結(jié)法即用石灰石為添加剤，和粉煤灰一起焙燒，然后用水或者氫氧化鈉溶液將氧化鋁浸出，例如中國專利CN201110287177. O (
公開日期2012-02-15)； (2) ·堿石灰燒結(jié)法即同時用石灰石和碳酸鈉為添加剤，和粉煤灰一起焙燒，然后用水或者氫氧化鈉溶液將氧化鋁浸出，例如中國專利CN201010573688. 4 (
公開日期2011-03-30) ； (3)兩步堿溶法即先在較低溫度下用氫氧化鈉溶液脫去一部分硅，然后在高溫下用濃氫氧化鈉溶液溶出氧化鋁，如中國專利CN101966999A (
公開日期2011-02-09); (4)預脫硅-堿石灰燒結(jié)法，即先用氫氧化鈉溶液于100 140°C預脫硅，然后用碳酸鈉-石灰石燒結(jié)，用水溶出氧化鋁，如中國專利CN101284668 (
公開日期2008-10-15); (5)硫酸銨法，即用硫酸銨為焙燒添加劑，然后用水溶出鋁；(6).酸浸法將粉煤灰用機械法等作一定的處理，用硫酸或者鹽酸在高溫高壓等條件下直接浸出三氧化ニ鋁，例如中國專利CN102101689A (
公開日期2011-06-22)、中國專利 CN102101686A (
公開日期 2011-06-22)。目前已公開的方法有各自的優(yōu)勢，但也存在各自不同的問題。如石灰石燒結(jié)法和堿石灰燒結(jié)法都存在大幅度増加固體廢物量的缺陷，石灰石燒結(jié)法和堿石灰燒結(jié)法每生產(chǎn)I噸氧化鋁(約消耗2. 5高鋁粉煤灰)，產(chǎn)生約9噸廢渣，預脫硅-堿石灰燒結(jié)法產(chǎn)生約4噸的廢渣；此外，都存在焙燒溫度高，能耗高等缺點。粉煤灰中氧化鋁的主要存在礦相是莫來石和剛玉。兩者都是在酸或者堿性條件下比較穩(wěn)定的物質(zhì)。單純的機械活化的方法很難改變其礦相，因此公開的酸法對氧化鋁的浸出率都比較低。此外，公開的酸法方法大多使用高溫高壓，在此類條件下操作濃酸或者濃堿會有很大的危險性，對容器的要求也很高。其它方法，雖然有固體廢渣相對較少的優(yōu)點，但都只針對粉煤灰中的鋁，而把其它有用資源都棄之不顧，形成了嚴重的資源浪費，也抬高了綜合運行成本。綜上所述，現(xiàn)在已經(jīng)公開的、資源化利用粉煤灰的專利技術，都存在各自的缺點，如能耗高、操作條件苛刻，流程復雜，綜合成本高等問題，而且都存在尾渣的處理和二次污染等問題，此外，皆不適用于含鈾、釷的高放射性粉煤灰。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種從粉煤灰生產(chǎn)高純氧化鋁并聯(lián)產(chǎn)硅酸鹽的エ藝方法一種從粉煤灰生產(chǎn)高純氧化鋁并聯(lián)產(chǎn)硅酸鹽的エ藝方法，包括步驟如下(I)焙燒將粉煤灰和硫酸銨球磨至100目以下，混合均勻，用混合物質(zhì)量的O 20%水調(diào)制成漿；漿料于200 500° C焙燒I 6小時，冷卻至室溫；(2)浸取用水或者稀硫酸浸取焙燒后的熟料，攪拌下浸出氧化鋁，浸出時間為30分鐘 2小時，浸出溫度為50 100° C ;過濾，余渣用50 100° C的水洗滌廣2次，洗漆后的水過濾后和浸出濾液合并，合并后為浸出母液；(3)濃縮和結(jié)晶浸出母液在加熱條件下濃縮，然后將溫度降低至O 20° C結(jié)晶，得到硫酸鋁銨晶體，所得硫酸鋁銨晶體經(jīng)過I 2次重結(jié)晶，進ー步純化；得到的硫酸鋁銨晶體在10 60° C下空氣干燥；浸出母液濃縮后，回用于焙燒漿料配制或者熟料浸出；(4)生產(chǎn)氧化鋁硫酸鋁銨晶體在200 900°C區(qū)間分段加熱，經(jīng)過脫水、脫氨和脫硫，最后得到氧化鋁；反應過程中生成的氨氣和三氧化硫，用水吸收后又生成硫酸銨，用于焙燒漿料配制；(5)萃取分離用含I 5%叔胺-煤油溶液萃取分離步驟(3)中浸出母液的鈾、釷、鐵或鈦金屬離子；分步反萃，即得到鈾、釷、鐵或鈦的化合物；當浸出母液中鐵的濃度超過I克/升時，先脫鐵，然后再回用或者進ー步萃取分離鈾、釷或鈦等金屬離子；(6)回收硅將步驟(2)中的余渣，用質(zhì)量濃度為10 35%的氫氧化鈉溶液，于120 180°C下堿溶非晶態(tài)氧化硅；浸取時間I 5小時；脫硅液經(jīng)碳分以后，得到的硅酸用于白炭黑制備。步驟(I)中硫酸銨的添加量為硫酸銨與粉煤灰中Al2O3的摩爾比大于或等于6。步驟(2)中按熟料中的粉煤灰與水的質(zhì)量比為1:5 80配料。步驟(6)中余渣與氫氧化鈉溶液的質(zhì)量比為I '2 10。步驟(5)只在原料為放射性粉煤灰時進行，為非放射性粉煤灰時省去。本發(fā)明的有益效果為(I)焙燒溫度較低，在300 500° C范圍內(nèi)，節(jié)約能源；(2)加入焙燒添加劑時，僅從粉煤灰中氧化鋁的含量就可以計算出，不需要復雜的配料調(diào)整過程；(3)熟料中的鋁可以直接進入水溶液，不需要酸堿溶液，既節(jié)約了成本，又減少了危險；
(4)溶出液中雜質(zhì)種類和含量少；(5)氧化鋁產(chǎn)品純度高，容易達到冶金級水平；(6)多種產(chǎn)品聯(lián)產(chǎn)，對粉煤灰中氧化鋁的含量無特別要求；(7)可用于含鈾、釷的放射性粉煤灰資源化；(8)尾渣量少，不到原灰的25%，達到固體廢物大幅度減量的目的。


圖I為粉煤灰資源化利用エ藝流程圖。
具體實施例方式實施例一從高鋁粉煤灰中回收氧化鋁和氧化硅來自內(nèi)蒙一處火電廠的高鋁粉煤灰，其化學組成如表I所示。表I高鋁粉煤灰化學組成
權利要求
1.一種從粉煤灰生產(chǎn)高純氧化鋁并聯(lián)產(chǎn)硅酸鹽的エ藝方法，其特征在于，包括步驟如下 (1)焙燒將粉煤灰和硫酸銨球磨至100目以下，混合均勻，用混合物質(zhì)量的O 20%水調(diào)制成漿；漿料于300 500° C焙燒I 6小時，冷卻至室溫； (2)浸取用水或者稀硫酸浸取焙燒后的熟料，攪拌下浸出氧化鋁，浸出時間為30分鐘 2小時，浸出溫度為50 100° C ;過濾，余渣用50 100° C的水洗滌廣2次，洗滌后的水過濾后和浸出濾液合并，合并后為浸出母液； (3)濃縮和結(jié)晶浸出母液在加熱條件下濃縮，然后將溫度降低至O 20°C結(jié)晶，得到硫酸鋁銨晶體，所得硫酸鋁銨晶體經(jīng)過I 2次重結(jié)晶，進ー步純化；得到的硫酸鋁銨晶體在10 60° C下空氣干燥；浸出母液濃縮后，回用于焙燒漿料配制或者熟料浸出； (4)生產(chǎn)氧化鋁硫酸鋁銨晶體在200 900°C區(qū)間分段加熱，經(jīng)過脫水、脫氨和脫硫，最后得到氧化鋁；反應過程中生成的氨氣和三氧化硫，用水吸收后又生成硫酸銨，回用于焙燒漿料配制； (5)萃取分離用含I 5%叔胺-煤油溶液萃取分離步驟(3)中浸出母液的鈾、釷、鐵或鈦金屬離子；分步反萃，即得到鈾、釷、鐵或鈦的化合物；當浸出母液中鐵的濃度超過I克/升時，先脫鐵，然后再回用或者進ー步萃取分離鈾、釷或鈦等金屬離子； (6)回收硅將步驟(2)中的余渣，用質(zhì)量濃度為10 35%的氫氧化鈉溶液，于120 180°C下堿溶非晶態(tài)氧化硅；浸取時間I 5小時；脫硅液經(jīng)碳分以后，得到的硅酸用于白炭黑制備。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種從粉煤灰生產(chǎn)高純氧化鋁并聯(lián)產(chǎn)硅酸鹽的エ藝方法，其特征在于，步驟(I)中硫酸銨的添加量為硫酸銨與粉煤灰中Al2O3的摩爾比大于或等于6。
3.根據(jù)權利要求I所述的ー種從粉煤灰生產(chǎn)高純氧化鋁并聯(lián)產(chǎn)硅酸鹽的エ藝方法，其特征在于，步驟(2)中按熟料中的粉煤灰與水的質(zhì)量比為1:5 80配料。
4.根據(jù)權利要求I所述的ー種從粉煤灰生產(chǎn)高純氧化鋁并聯(lián)產(chǎn)硅酸鹽的エ藝方法，其特征在于，步驟(6)中余渣與氫氧化鈉溶液的質(zhì)量比為I :2 10。
5.根據(jù)權利要求I所述的ー種從粉煤灰生產(chǎn)高純氧化鋁并聯(lián)產(chǎn)硅酸鹽的エ藝方法，其特征在于，步驟(5)只在原料為放射性粉煤灰時進行，為非放射性粉煤灰時省去。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于粉煤灰資源化利用技術領域的一種從粉煤灰生產(chǎn)高純氧化鋁并聯(lián)產(chǎn)硅酸鹽的工藝方法。本發(fā)明所指粉煤灰，包含高放射性粉煤灰。本發(fā)明回收粉煤灰中的氧化鋁、大部分氧化硅、以及高放射性粉煤灰中的鈾、釷等元素，從而實現(xiàn)工業(yè)廢物的大幅減量化、無害化與資源化。本發(fā)明產(chǎn)生的尾渣量不到原粉煤灰重量的25%，且所生產(chǎn)的氧化鋁和硅酸鹽純度高。本發(fā)明的使用范圍涵蓋所有類型的粉煤灰，包括高放射性粉煤灰。本發(fā)明的工藝流程很容易工業(yè)化。
文檔編號C01B33/12GK102689915SQ20121018559
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權日2012年6月6日
發(fā)明者孟京美, 徐輝, 梁振凱, 王毅 申請人:清華大學