本發(fā)明涉及有色金屬冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及利用高鋁粉煤灰制備氧化鋁和白炭黑的方法。該方法能有效處理氧化鋁含量在15%~50%、二氧化硅含量在30%-65%的粉煤灰。
背景技術(shù)：
目前全國(guó)火電廠(chǎng)每年粉煤灰的排放量達(dá)到數(shù)億噸，其中高鋁粉煤灰約1億t。這種粉煤灰中的鋁含量普遍高于35%，氧化硅的含量約為48%，還含有許多有價(jià)元素，如鐵、欽、釩、嫁、鍺、錮等，是一種極具開(kāi)發(fā)價(jià)值的豐富資源。有效回收這些物質(zhì)，既可以節(jié)約開(kāi)礦成本，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)約經(jīng)濟(jì)，又可以減少對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的破壞。實(shí)現(xiàn)粉煤灰的資源化綜合利用是一件利國(guó)利民、利在當(dāng)代、功在千秋的大好事，意義重大。
目前國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家、學(xué)者都在對(duì)粉煤灰的綜合利用方面做了很多的工作。但現(xiàn)有的粉煤灰的處理工藝都難以對(duì)粉煤灰進(jìn)行高效的、綜合回收利用。現(xiàn)今的粉煤灰處理的方案主要存在以下三個(gè)問(wèn)題：1、目前大部分粉煤灰浸出工藝都是直接配料燒結(jié)，以傳統(tǒng)的堿石灰燒結(jié)法處理鋁土礦的工藝處理粉煤灰，此種方法所需能耗高，且環(huán)境污染嚴(yán)重。2、此種方法只能回收氧化鋁，還會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢渣無(wú)法處理。3、此種方法成本較高，無(wú)法產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。
中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01410240169.4的發(fā)明公開(kāi)了一種從粉煤灰中提取復(fù)合氧化鋁的方法，該方法包括：不需要將粉煤灰中可用成分之一例如氧化鋁(Al2O3)、可用成分之一例如氧化硅(SiO2) 分別提取出來(lái)，僅將粉煤灰中的不用成分去除，或針對(duì)所需生產(chǎn)的鋁硅基合金成分添加一些可用成分的氧化物，即可得到含氧化鋁、氧化硅和其它可用成分的復(fù)合氧化鋁，復(fù)合氧化鋁可部分替代鋁電解槽的主要原料氧化鋁用于生產(chǎn)鋁硅基合金。粉煤灰可用成分和無(wú)用成分的劃分需根據(jù)粉煤灰的化學(xué)成分( 或幾種粉煤灰摻配后的粉煤灰化學(xué)成分) 和所生產(chǎn)的鋁硅基合金成分要求而定。其存在的不足是：生產(chǎn)流程長(zhǎng)，能耗高，所制得的最終產(chǎn)物價(jià)值低，不具有經(jīng)濟(jì)合理性。
中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01210317226.5的發(fā)明公開(kāi)了一種鹽酸處理粉煤灰制備氧化鋁的方法，其特征在于，包括以下步驟：將粉煤灰活化；將活化后的粉煤灰與15%~36%濃度的鹽酸混合，比例為鹽酸中的HCl 與粉煤灰中氧化鋁和氧化鐵的摩爾比為4~9，混合后的漿液送入反應(yīng)器中，加熱至90℃~230℃，反應(yīng)時(shí)間1h~8h；反應(yīng)降溫后固液分離，得到氯化鋁液體和高硅渣，蒸發(fā)濃縮或干燥后得到結(jié)晶氯化鋁；結(jié)晶氯化鋁分解得到粗γ-Al2O3和氯化氫氣體；粗γ-Al2O3經(jīng)拜耳法工藝制備冶金級(jí)氧化鋁，殘?jiān)鼮楦哞F渣，可以作為煉鐵原料。本發(fā)明不添加任何助劑，可使粉煤灰中氧化鋁有效浸出，氧化鋁的浸出率可達(dá)到85% 以上。其存在的不足是：反應(yīng)所需條件苛刻，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中難以精確控制反應(yīng)條件，無(wú)法達(dá)到理想的效果。生產(chǎn)工序繁瑣，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)周期太長(zhǎng)，效益低下。產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率低，達(dá)不到綜合回收利用的目的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明就是針對(duì)上述問(wèn)題，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效、經(jīng)濟(jì)、合理的粉煤灰綜合利用方法。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
本發(fā)明包括以下步驟：
步驟一：將粉煤灰用堿液（濃度為100g/l~120g/l）溶出，液固比為1.1~1.3：1，溶出溫度為90℃~100℃，溶出時(shí)間為40min~60min；
步驟二：用熱水稀釋步驟一反應(yīng)后所得溶液，水溫為60℃~80℃，熱水的添加量為堿液的0.8~1.0倍，攪拌10min~20min后，靜置5h，進(jìn)行固液分離；
步驟三：向步驟二得到的澄清的溶液倒入反應(yīng)釜內(nèi)，開(kāi)啟攪拌，不斷地通入二氧化碳，控制釜內(nèi)溫度不超過(guò)35℃，反應(yīng)時(shí)間為30min；
步驟四：將步驟三得到懸浮液用橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)行固液分離，抽濾機(jī)采用三段淋水洗，所得固相在130℃條件下烘干1h，細(xì)磨后即為白炭黑成品；
步驟五：將步驟二所得的固體，用硫酸浸出，硫酸濃度為40%，浸出溫度為60℃~80℃，浸出時(shí)間為30min，液固比為3:1。反應(yīng)完成后固液分離；
步驟六：將步驟五所得溶液加入冷水，調(diào)節(jié)pH值為5~6，控制溶液溫度降到40℃以下。再通入氨氣不斷攪拌，控制反應(yīng)時(shí)間為2h；
步驟七：反應(yīng)完成后靜置1h，將下面的沉淀直接用泵抽到橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)中洗滌，將洗滌水量調(diào)到最大保證洗掉產(chǎn)物上的附著物；
步驟八：將步驟七得到的固體產(chǎn)物送至回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫分解，根據(jù)所需不同產(chǎn)品的氧化鋁，調(diào)節(jié)分解溫度為900℃到1100℃，產(chǎn)品即為成品氧化鋁。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果。
（1）高效：采用本發(fā)明的一種粉煤灰綜合利用的方法能夠有效處理氧化鋁含量15%~50%、二氧化硅含量在30%-65%的粉煤灰。
（2）經(jīng)濟(jì)：采用本發(fā)明的一種粉煤灰綜合利用的方法能夠最大限度的對(duì)粉煤灰進(jìn)行綜合利用，得到最大的經(jīng)濟(jì)效益。
（3）合理：采用本發(fā)明的一種粉煤灰綜合利用的方法采用的濕法提取工藝，保證二氧化硅和氧化鋁的浸出率。
具體實(shí)施方式
選取三種不同品位的粉煤灰，分別用本發(fā)明方法處理。
實(shí)施例1：用本發(fā)明方法對(duì)內(nèi)蒙古某廠(chǎng)的粉煤灰進(jìn)行試驗(yàn)，該粉煤灰中氧化鋁含量為21%、二氧化硅含量在61%。
步驟一：將粉煤灰用堿液（濃度為100g/l）溶出，液固比為1.1：1，溶出溫度為90℃，溶出時(shí)間為50min。
步驟二：用熱水稀釋步驟一反應(yīng)后所得溶液，水溫為65℃，熱水的添加量為堿液的1.0倍，攪拌10min后，靜置5h，進(jìn)行固液分離。
步驟三：向步驟二得到的澄清的溶液倒入反應(yīng)釜內(nèi)，開(kāi)啟攪拌，不斷地通入二氧化碳，控制釜內(nèi)溫度不超過(guò)35℃，反應(yīng)時(shí)間為30min。
步驟四：將步驟三得到懸浮液用橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)行固液分離，抽濾機(jī)采用三段淋水洗，所得固相在130℃條件下烘干1h，細(xì)磨后即為白炭黑成品。
步驟五：將步驟二所得的固體，用硫酸浸出，硫酸濃度為40%，浸出溫度為80℃，浸出時(shí)間為30min，液固比為3:1。反應(yīng)完成后固液分離。
步驟六：將步驟五所得溶液加入冷水，調(diào)節(jié)pH值為6，控制溶液溫度降到40℃以下。再通入氨氣不斷攪拌，控制反應(yīng)時(shí)間為2h。
步驟七：反應(yīng)完成后靜置1h，將下面的沉淀直接用泵抽到橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)中洗滌，將洗滌水量調(diào)到最大保證洗掉產(chǎn)物上的附著物。
步驟八：將步驟七得到的固體產(chǎn)物送至回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫分解，調(diào)節(jié)分解溫度為900℃，產(chǎn)品即為成品氧化鋁。
實(shí)施例2：用本發(fā)明方法對(duì)山西某廠(chǎng)的粉煤灰進(jìn)行試驗(yàn)，該粉煤灰中氧化鋁含量在35%、二氧化硅含量在40%的粉煤灰。
步驟一：將粉煤灰用稀堿液（濃度為110g/l）溶出，液固比為1.1：1，溶出溫度為100℃，溶出時(shí)間為40min。
步驟二：用熱水稀釋步驟一反應(yīng)后所得溶液，水溫為80℃，熱水的添加量為堿液的0.8倍，攪拌10min后，靜置5h，進(jìn)行固液分離。
步驟三：向步驟二得到的澄清的溶液倒入反應(yīng)釜內(nèi)，開(kāi)啟攪拌，不斷地通入二氧化碳，控制釜內(nèi)溫度不超過(guò)35℃，反應(yīng)時(shí)間為30min。
步驟四：將步驟三得到懸浮液用橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)行固液分離，抽濾機(jī)采用三段淋水洗，所得固相在130℃條件下烘干1h，細(xì)磨后即為白炭黑成品。
步驟五：將步驟二所得的固體，用硫酸浸出，硫酸濃度為40%，浸出溫度為70℃，浸出時(shí)間為30min，液固比為3:1。反應(yīng)完成后固液分離。
步驟六：將步驟五所得溶液加入冷水，調(diào)節(jié)pH值為5，控制溶液溫度降到40℃以下。再通入氨氣不斷攪拌，控制反應(yīng)時(shí)間為2h。
步驟七：反應(yīng)完成后靜置1h，將下面的沉淀直接用泵抽到橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)中洗滌，將洗滌水量調(diào)到最大保證洗掉產(chǎn)物上的附著物。
步驟八：將步驟七得到的固體產(chǎn)物送至回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫分解，調(diào)節(jié)分解溫度為1100℃，產(chǎn)品即為成品氧化鋁。
實(shí)施例3：用本發(fā)明方法對(duì)河南某廠(chǎng)的赤泥進(jìn)行試驗(yàn)，該赤泥中五氧化二釩含量在1.1%、全鐵含量在39.4%。
步驟一：將粉煤灰用堿液（濃度為120g/l）溶出，液固比為1.3：1，溶出溫度為95℃，溶出時(shí)間為50min。
步驟二：用熱水稀釋步驟一反應(yīng)后所得溶液，水溫為70℃，熱水的添加量為堿液的0.9倍，攪拌20min后，靜置5h，進(jìn)行固液分離。
步驟三：向步驟二得到的澄清的溶液倒入反應(yīng)釜內(nèi)，開(kāi)啟攪拌，不斷地通入二氧化碳，控制釜內(nèi)溫度不超過(guò)35℃，反應(yīng)時(shí)間為30min。
步驟四：將步驟三得到懸浮液用橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)行固液分離，抽濾機(jī)采用三段淋水洗，所得固相在130℃條件下烘干1h，細(xì)磨后即為白炭黑成品。
步驟五：將步驟二所得的固體，用硫酸浸出，硫酸濃度為40%，浸出溫度為60℃，浸出時(shí)間為30min，液固比為3:1。反應(yīng)完成后固液分離。
步驟六：將步驟五所得溶液加入冷水，調(diào)節(jié)pH值為5.5，控制溶液溫度降到40℃以下。再通入氨氣不斷攪拌，控制反應(yīng)時(shí)間為2h。
步驟七：反應(yīng)完成后靜置1h，將下面的沉淀直接用泵抽到橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)中洗滌，將洗滌水量調(diào)到最大保證洗掉產(chǎn)物上的附著物。
步驟八：將步驟七得到的固體產(chǎn)物送至回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫分解，根據(jù)所需不同產(chǎn)品的氧化鋁，調(diào)節(jié)分解溫度為1000℃，產(chǎn)品即為成品氧化鋁。