一種從煤系固體廢物預(yù)脫硅提取氧化鋁的酸堿聯(lián)合工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤系固體廢物的綜合利用，具體是涉及一種從粉煤灰、煤矸石等煤系固體廢物中提取氧化鋁和氧化硅的方法，尤其是依次通過對(duì)煤系固體廢物進(jìn)行硫酸轉(zhuǎn)化、高溫焙燒活化、低溫堿浸預(yù)脫硅、高溫堿浸鋁等步驟，從煤系固體廢物提取氧化鋁和氧化娃。
【背景技術(shù)】
[0002]煤系固體廢物主要指煤炭采選和利用過程產(chǎn)出的煤矸石、粉煤灰等，該類固廢中主要成分為氧化鋁和氧化硅，由于缺乏清潔、經(jīng)濟(jì)的利用方案，目前除粉煤灰少量被用于建材生產(chǎn)外，大多堆存，從該型固廢中高效經(jīng)濟(jì)地提取有用組分，不僅可以解決因粉煤灰、煤矸石等大量堆存而產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境污染問題，又可為電解鋁生產(chǎn)提供重要原料?，F(xiàn)有的氧化鋁生產(chǎn)都采用堿法工藝，但由于粉煤灰、煤矸石中的鋁硅比很低，氧化硅含量可高達(dá)40?50%，甚至更高，Al2O3與S12的質(zhì)量比值一般小于1，傳統(tǒng)的氧化鋁生產(chǎn)工藝難以適應(yīng)。
[0003]對(duì)粉煤灰或煤矸石進(jìn)行預(yù)脫硅，以提高原料中的鋁硅比，然后采用堿法工藝提取氧化鋁，是目前研宄最多、也是最接近工業(yè)化的方法。常規(guī)的方法是粉煤灰直接采用加壓堿浸，將粉煤灰中的活性氧化硅浸出，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)脫硅和氧化鋁的富集，然后對(duì)預(yù)脫硅后的粉煤灰進(jìn)行石灰或堿石灰燒結(jié)提取氧化鋁。如CN101284668A公開了一種從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁的方法，將高鋁粉煤灰與氫氧化鈉溶液進(jìn)行加壓浸出，使部分硅溶出，含硅浸出液用于生產(chǎn)白炭黑，預(yù)脫硅后的粉煤灰與石灰石粉、碳酸鈉溶液混合后燒結(jié)，然后浸出鋁，但由于煤系固廢中可堿溶的活性硅比例較少，經(jīng)過預(yù)脫硅后物料的鋁硅比仍然較低，后續(xù)的燒結(jié)物料量大，高溫預(yù)脫硅及燒結(jié)的能耗高，赤泥產(chǎn)出量依然很大。CN101125656A公開了一種從粉煤灰中先提硅后提鋁的方法，采用氫氧化鈉濃度大于40%的濃堿溶液浸出粉煤灰，可以提高硅的預(yù)脫除鋁，脫硅后的粉煤灰的鋁硅比可提高到2以上，然后堿法燒結(jié)提取氧化鋁。
[0004]由于直接堿浸脫硅只能將粉煤灰或煤矸石中的部分無定型二氧化硅浸出，硅的脫除不徹底，且需要高溫加壓堿浸，脫硅后的原料中仍含有大量硅，無法滿足拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的要求，采用燒結(jié)工藝生產(chǎn)氧化鋁仍然存在燒結(jié)量大、能耗高、成本高、終渣量大等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有粉煤灰、煤矸石等煤系固體廢物提取氧化鋁技術(shù)中的不足，提供一種采用硫酸轉(zhuǎn)化-高溫焙燒活化-低溫堿浸預(yù)脫硅-高溫堿浸鋁的工藝從粉煤灰、煤矸石等煤系固體廢物中預(yù)脫硅和提取氧化鋁，具體是通過硫酸轉(zhuǎn)化將礦物中的鋁礦物與硅礦物解離，通過高溫焙燒將硫酸鋁分解成氧化鋁和提高原料中二氧化硅的堿浸活性，然后通過常壓低溫堿浸脫硅和加壓高溫堿浸鋁，從而實(shí)現(xiàn)硅和鋁的分別浸出，既避免了酸法生產(chǎn)氧化鋁工藝的氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量差、鋁鹽濃縮結(jié)晶與脫水能耗高的問題，又克服了堿法生產(chǎn)氧化鋁工藝的鋁硅分離難、燒結(jié)量大、能耗高、赤泥量大等問題，實(shí)現(xiàn)酸法與堿法工藝的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0007]—種從煤系固體廢物預(yù)脫硅提取氧化鋁的酸堿聯(lián)合工藝，包括下述步驟:
[0008](I)硫酸酸解:將粉煤灰或煤矸石粉用濃硫酸拌合均勻，然后在120?500°C溫度下進(jìn)行酸解、固化；
[0009](2)高溫焙燒分解:將酸解、固化后的粉煤灰或煤矸石粉在不添加還原劑的條件下，于900?1200°C溫度下焙燒0.1?30min，得到焙砂和含硫煙氣，含硫煙氣收集后制酸返回步驟(I)酸解循環(huán)使用；
[0010](3)常壓低溫堿浸脫娃:焙砂用Na2O濃度50?150g/L的氫氧化鈉溶液浸出娃，浸出固液質(zhì)量與體積比1:3?1:20，浸出溫度50?100°C，優(yōu)選80?95°C，浸出時(shí)間30?240min。過濾得到含硅浸出液和高鋁渣；
[0011](4)加壓高溫堿浸提鋁:步驟(3)得到的高鋁渣用Na2O濃度150?300g/L的氫氧化鈉溶液浸出鋁，浸出固液質(zhì)量與體積比1:3?1:20，配料分子比akl?2，石灰添加量為高鋁渣質(zhì)量的O?15%，浸出溫度150?300°C，浸出時(shí)間15?120min。浸出后過濾，得到的鋁酸鈉溶液經(jīng)凈化、種分、煅燒生產(chǎn)氧化鋁。
[0012]本發(fā)明除另有說明的以外，比例、百分比、濃度均以質(zhì)量為基準(zhǔn)。
[0013]本發(fā)明的一種從煤系固體廢物預(yù)脫硅提取氧化鋁的酸堿聯(lián)合工藝，步驟(I)中濃硫酸的加入量按H2SO4與粉煤灰中Al 203摩爾數(shù)比3:1?5:1加入，優(yōu)選3.5:1?4.5:1，硫酸質(zhì)量濃度多85%，拌酸時(shí)不加水。
[0014]本發(fā)明的一種從煤系固體廢物預(yù)脫硅提取氧化鋁的酸堿聯(lián)合工藝，步驟(I)的酸解溫度為150?350°C，時(shí)間I?4h。
[0015]本發(fā)明的一種從煤系固體廢物預(yù)脫硅提取氧化鋁的酸堿聯(lián)合工藝，步驟(2)所述的高溫焙燒為快速流態(tài)化焙燒，焙燒爐為循環(huán)流態(tài)化焙燒爐、氣態(tài)懸浮焙燒爐或流態(tài)化閃速焙燒爐中的一種，焙燒溫度950?1050°C，焙燒時(shí)間0.1?15min，焙燒過程不添加還原劑。
[0016]更進(jìn)一步地，本發(fā)明的一種從煤系固體廢物預(yù)脫硅提取氧化鋁的酸堿聯(lián)合工藝，步驟(2)所述的含硫煙氣收集后直接通入到含水30?50% (質(zhì)量比)的粉煤灰漿或煤矸石粉漿中，制酸、酸解、固化在同一設(shè)備內(nèi)完成。
[0017]本發(fā)明中所述的硫酸酸解、固化，是利用濃硫酸的高溫反應(yīng)活性，將粉煤灰、煤矸石中的鋁硅酸鹽形式的鋁轉(zhuǎn)化成生成硫酸鋁，從而破壞原料中的礦物結(jié)構(gòu)，使鋁礦物與硅礦物解離，反應(yīng)原理如下式(I)。
[0018]Al2O3.nSi02+3H2S04= Al 2 (SO4) 3+nSi02+3H20 (I)
[0019]本發(fā)明中所述的高溫焙燒分解，是將酸解后的物料高溫焙燒，將硫酸酸解過程形成的硫酸鋁直接分解成氧化鋁和三氧化硫，避免了酸法處理提取氧化鋁工藝中高耗能的濃縮結(jié)晶硫酸鋁和結(jié)晶硫酸鋁脫水與焙燒分解作業(yè)，由于采用高溫焙燒，酸解料中的硅礦物轉(zhuǎn)變成易于低溫堿浸的無定型二氧化硅，從而實(shí)現(xiàn)常壓低溫堿浸脫硅和提高硅的預(yù)脫除效果。預(yù)脫硅后的高鋁渣通過加壓高溫堿浸提取氧化鋁。焙燒和堿浸提取硅的反應(yīng)原理分別如式⑵、(3)。
[0020]Al2(SO4)3= Al 203+3S03(g) (2)
[0021]2Na0H+Si02= Na2S13 (3)
【附圖說明】
[0022]附圖為本發(fā)明的方法的原則流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說明。
[0024]將粉煤灰或煤矸石粉用一定量的濃硫酸拌合均勻后，在120?500°C溫度下進(jìn)行酸解、固化，然后在900?1200°C溫度下焙燒0.1?60min，得到焙砂和含硫煙氣；焙砂用Na2O濃度50?150g/L的氫氧化鈉溶液浸出預(yù)脫硅，浸出固液質(zhì)量與體積比1:3?1:20，浸出溫度50?100°C，浸出時(shí)間30?240min，過濾得到含硅浸出液和高鋁渣；所得到的高鋁渣用Na2O濃度150?300g/L的氫氧化鈉溶液浸出鋁，浸出固液質(zhì)量與體積比1:3