CN100584764C - 从粉煤灰和煤矸石中回收氧化铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从粉煤灰和煤矸石中回收氧化铁的方法，该方法采取对粉煤灰或煤矸石进行研磨、焙烧工艺，水浸、碳分分离氧化铝工艺，酸化分离二氧化硅工艺以及氢氧化物沉淀法获得氧化铁工艺等工艺环节，获得的氧化铁纯度高；粉煤灰和煤矸石中氧化铁的提取率到86%以上，整个工艺过程均在常压条件下进行，因此对设备要求条件低；本发明解决了提取氧化铝之后所剩残渣堆放占用土地和污染环境的问题，解决了现有技术中残渣量大以及残渣利用附加值低的难题；整个工艺过程实现了资源的循环利用，不会对周边环境造成新的污染。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物回收利用技术领域，具体涉及一种从粉煤灰和煤矸石中回收氧化铁的方法。
背景技术
煤系固体废物包括粉煤灰和煤矸石，来自煤的开采、加工和利用过程。煤矸石是与煤伴生的岩石，在采煤和煤的洗选过程中，都有煤矸石排除。粉煤灰则是燃煤废杂，是燃煤电厂排出的固体废弃残渣。目前，我国煤系固体废物总堆存量已超过20亿吨，而且还在以每年约1亿吨的速度增加，不仅占用了大量的土地资源，而且还严重污染着环境。
不久的将来必须实施粉煤灰和煤矸石综合利用，通过循环利用实现废弃物的零排放这一目标。国内外目前对粉煤灰和煤矸石大多采用烧制水泥、空心砖等途径，这些仅仅为一种低水平的利用，往往难以获得良好的经济效益。因此，如何提高粉煤灰和煤矸石的利用价值，成为电力及相关企业实现可持续发展所面临的亟待解决的重大问题。
化学分析表明，煤中含有80多种元素，燃烧时其中少部分随烟排掉，大部分仍保留在粉煤灰中，其主要组成元素为硅、铝、氧、铁，其次还有钙、镁、钾、钠、硫、钒、钛等，同时还赋存一些珍贵的稀有金属锗、镓、铀、钍等元素。因此，如能将其中的高附加值成分提取出来得到有效利用，可成为一种来源广泛的、可取得良好经济效益的再生资源。
粉煤灰和煤矸石的综合利用研究，特别是从中提取氧化铝的研究自上世纪40年代开始至今，国内外的许多专家、学者在这方面进行了大量的工作，提出了多种提取方法。其中，代表性的主要有：石灰石烧结法、碱石灰烧结法、碱烧法、氟氨助溶法等等。在这些方法中，石灰石烧结法是目前唯一付诸于工业实践的一种方法，其它方法由于工艺条件的限制、氧化铝提取率低、能耗高、生产成本高、排渣量大等各种原因，目前仍然停留在实验阶段。
需要指出的是，这些方法主要考虑粉煤灰和煤矸石中主量成分氧化铝的经济价值，而氧化铁往往作为杂质处理掉。从粉煤灰中回收氧化铁的技术，国内外学者也进行了大量的工作，提出了不同的提取方法。其中，代表性的主要有：磁选法、氧化钙烧结法、碱石灰烧结法等等。在这些方法由于工艺条件的限制、氧化铁回收率低、能耗高、生产成本高、排渣量大等各种原因，目前难以实施。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种能耗及生产成本低，氧化铁提取率及纯度高的从粉煤灰和煤矸石中回收氧化铁的方法。该方法可解决提取氧化铝之后所剩残渣堆放占用土地和污染环境的问题，可解决现有技术中残渣量大以及残渣利用附加值低的难题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种从粉煤灰和煤矸石中回收氧化铁的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)对粉煤灰或煤矸石进行研磨，并使其颗粒直径在200-400目之间，将研磨后的粉煤灰或煤矸石与Na2CO3按重量百分比粉煤灰或煤矸石∶碳酸钠＝1∶0.5～5的比例混合、搅拌；
(2)将步骤(1)形成的混合物在温度600～1000℃条件下煅烧0.5～2小时；
(3)向烧结产物中加入适量的水，按重量百分比烧结物∶水＝1∶50～200，在60～95℃下浸提0.5～2小时后过滤；
(4)向步骤(3)所得浓缩滤液中通入CO2，碳分2小时后过滤，得到H2SiO3和Al(OH)3混合物；
(5)在步骤(3)和(4)所得的滤渣中，加入浓度为30％的工业盐酸，使反应体系的pH值为1.0-5.5，其固液重量比为1∶5，在温度为60～80℃条件下，反应50～400分钟，反应后过滤，所得滤渣为硅胶，滤液为AlCl3与FeCl3混合溶液；
(6)将步骤(5)得到的AlCl3与FeCl3混合溶液经浓缩、结晶和加热分解，得到含Al2O3与Fe2O3的混合物；
(7)将Al2O3与Fe2O3混合物置入5％的NaOH溶液中，使反应体系pH值为8.0-12.5，搅拌溶解，过滤，滤液为NaAlO2，滤渣为含铁残渣；
(8)将步骤(7)所得滤液通入CO2，反应1小时后过滤，过滤得滤渣为Al(OH)3，滤液为Na2CO3溶液，Na2CO3通过蒸发结晶而得以回收，返回步骤(1)循环使用，将所得的Al(OH)3经800～1000℃温度条件焙烧1～2小时，磨细得到氧化铝超细干粉；
(9)将步骤(7)所得滤渣用蒸溜水洗涤，灼烧温度600～1000℃，得到纯净氧化铁红。
步骤(2)中所述煅烧的时间为0.5～1小时。
步骤(3)中所述烧结物与水的重量百分比为1∶70～150；浸提温度为70℃～85℃；浸提时间在1～1.5小时。
步骤(5)中所述反应体系的pH值为2.0-3.5。
步骤(7)中所述反应体系的pH值为9.0-11.5。
步骤(9)中所述灼烧温度为700～850℃。
本发明是在焙烧、浸出氧化铝(Al2O3)和硅胶(SiO2·nH2O)的基础上，进一步将其中的氧化铁(Fe2O3)分离出来，并以铁红形式利用。
本发明首先对原料粉煤灰或煤矸石进行研磨，并使其颗粒直径为200-400目。将研磨后的粉煤灰与Na2CO3按重量百分比粉煤灰∶碳酸钠＝1∶0.5～5的比例混合、搅拌、高温烧结，烧结物的主要物相有霞石和偏铝酸钠、硅酸钠。烧结过程中所发生的主要化学反应如下：
Al6Si2O13+4SiO2+3Na2CO3→6NaAlSiO4+3CO2↑
Al2O3+Na2CO3＝2NaAlO2+CO2↑
SiO2+Na2CO3＝Na2SiO3+CO2↑
烧结产物用水溶解，固液比为烧结物∶水＝1∶50～1∶200。溶于水中的Na2SiO3和NaAlO2进入滤液，向滤液中通入CO2，炭分2小时后过滤，得到H2SiO3和Al(OH)3混合物。向固体滤渣中加入浓度为30％的工业盐酸，其固液比为1∶5，在温度为50℃～90℃条件下，反应20～60分钟。反应后过滤，所得滤渣为硅胶，滤液为AlCl3与少量FeCl3混合溶液。混合溶液浓缩、结晶、加热分解，得到Al2O3与Fe2O3混合物，将该混合物置入3～10％的NaOH溶液中，反应完全后过滤，滤液为NaAlO2，滤渣为含铁残渣，所发生的化学反应如下：
2NaOH+Al2O3＝2NaAlO2+H2O
得滤液并通入CO2，反应1小时后过滤。过滤后的滤渣为Al(OH)3，所得滤渣用蒸溜水洗洗涤，在600-1000℃焙烧，得到纯净氧化铁红。整个工艺过程均在常压条件下进行，因此对设备要求条件低。本发明中，粉煤灰和煤矸石中氧化铁的提取率可达到86％以上。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明采取中温煅烧、水浸、碳分、酸浸、碱溶等工艺环节，获得的氧化铁纯度高；粉煤灰和煤矸石中氧化铁的提取率到86％以上，整个工艺过程均在常压条件下进行，因此对设备要求条件低；本发明解决了提取氧化铝之后所剩残渣堆放占用土地和污染环境的问题，解决了现有技术中残渣量大以及残渣利用附加值低的难题；整个工艺过程实现了资源的循环利用，不会对周边环境造成新的污染。
以下通过具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅限于以下实施例。
具体实施方式
实施例1
1、对粉煤灰进行研磨，并使其颗粒直径小于200目，最好在200-400目之间。将研磨后的粉煤灰与Na2CO3按粉煤灰∶碳酸钠＝1∶1的比例混合、搅拌；
2、将上一步骤形成的混合物在温度800℃条件下煅烧50分钟。
3、向烧结产物中加入适量的水，烧结物∶水＝1∶50。在60℃下浸提2小时后过滤。
4、向步骤3所得浓缩滤液中通入CO2，碳分2小时后过滤，得到H2SiO3和Al(OH)3混合物。
5、在步骤3和4所得的滤渣中，加入工业盐酸，其固液比为1∶5，在温度为60℃条件下，反应50分钟。反应后过滤，所得滤渣为硅胶，滤液为AlCl3与FeCl3混合溶液。
6、步骤5得到的AlCl3与FeCl3混合溶液浓缩、结晶、加热分解，得到含Al2O3与Fe2O3的混合物。
7、将Al2O3与Fe2O3混合物置入5％的NaOH溶液中，搅拌溶解，过滤，滤液为NaAlO2，滤渣为含铁残渣。
8、将步骤7所得滤液通入CO2，反应1小时后过滤，过滤得滤渣为Al(OH)3，滤液为Na2CO3溶液，Na2CO3可通过蒸发结晶而得以回收，返回步骤1循环使用。将所得的Al(OH)3经850℃温度条件焙烧2小时。磨细得到氧化铝超细干粉。
9、将步骤7所得滤渣用蒸溜水洗涤，进行700℃，得到纯净氧化铁红。
实施例2
1、对煤矸石进行研磨，并使其颗粒直径为240目。将研磨后的煤矸石与Na2CO3按煤矸石∶碳酸钠＝1∶3的比例混合、搅拌；
2、将上一步骤形成的混合物在温度900℃条件下煅烧25分钟。
3、向烧结产物中加入适量的水，其中的Na2SiO3和NaAlO2被溶于水中。烧结物∶水＝1∶85。在温度80℃条件下浸取1小时后过滤。
4、向步骤3所得浓缩滤液中通入步骤2所得的CO2，碳分2小时后过滤，得到H2SiO3和Al(OH)3混合物。
5、在步骤3和4所得的滤渣中，加入工业盐酸，其固液比为1∶5，在温度为70℃条件下，反应400分钟。反应后过滤，所得滤渣为硅胶，滤液为AlCl3与FeCl3混合溶液。
6、步骤5得到的AlCl3与FeCl3混合溶液浓缩、结晶、加热分解，得到Al2O3与Fe2O3混合物，氯化氢气体通过吸收塔加水吸收回收盐酸，返回步骤5循环使用。
7、将Al2O3与Fe2O3混合物置入5％的NaOH溶液中，搅拌溶解，过滤，滤液为NaAlO2，滤渣为含铁残渣。
8、将步骤7所得滤液通入CO2，反应1小时后过滤，过滤得滤渣为Al(OH)3，滤液为Na2CO3溶液，Na2CO3可通过蒸发结晶而得以回收，返回步骤1循环使用。将所得的Al(OH)3经900℃温度条件焙烧1小时。磨细得到氧化铝超细干粉。
9、将步骤7所得滤渣用蒸溜水洗涤，进行800℃，得到纯净氧化铁红。
Claims (6)
1、一种从粉煤灰和煤矸石中回收氧化铁的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)对粉煤灰或煤矸石进行研磨，并使其颗粒直径在200-400目之间，将研磨后的粉煤灰或煤矸石与Na2CO3按重量比粉煤灰或煤矸石∶碳酸钠＝1∶0.5～5的比例混合、搅拌；
(2)将步骤(1)形成的混合物在温度600～1000℃条件下煅烧0.5～2小时；
(3)向烧结产物中加入适量的水，按重量比烧结物∶水＝1∶50～200，在60～95℃下浸提0.5～2小时后过滤；
(4)向步骤(3)所得浓缩滤液中通入CO2，碳分2小时后过滤，得到H2SiO3和Al(OH)3混合物；
(5)在步骤(3)和(4)所得的滤渣中，加入浓度为30％的工业盐酸，使反应体系的pH值为1.0-5.5，其固液重量比为1∶5，在温度为60～80℃条件下，反应50～400分钟，反应后过滤，所得滤渣为硅胶，滤液为AlCl3与FeCl3混合溶液；
(6)将步骤(5)得到的AlCl3与FeCl3混合溶液经浓缩、结晶和加热分解，得到含Al2O3与Fe2O3的混合物；
(7)将Al2O3与Fe2O3混合物置入5％的NaOH溶液中，使反应体系pH值为8.0-12.5，搅拌溶解，过滤，滤液为NaAlO2，滤渣为含铁残渣；
(8)将步骤(7)所得滤液通入CO2，反应1小时后过滤，过滤得滤渣为Al(OH)3，滤液为Na2CO3溶液，Na2CO3通过蒸发结晶而得以回收，返回步骤(1)循环使用，将所得的Al(OH)3经800～1000℃温度条件焙烧1～2小时，磨细得到氧化铝超细干粉；
(9)将步骤(7)所得滤渣用蒸馏水洗涤，灼烧温度600～1000℃，得到纯净氧化铁红。
2、根据权利要求1所述的从粉煤灰和煤矸石中回收氧化铁的方法，其特征在于步骤(2)中所述煅烧的时间为0.5～1小时。
3、根据权利要求1所述的从粉煤灰和煤矸石中回收氧化铁的方法，其特征在于步骤(3)中所述烧结物与水的重量比为1∶70～150；浸提温度为70℃～85℃；浸提时间在1～1.5小时。
4、根据权利要求1所述的从粉煤灰和煤矸石中回收氧化铁的方法，其特征在于步骤(5)中所述反应体系的pH值为2.0-3.5。
5、根据权利要求1所述的从粉煤灰和煤矸石中回收氧化铁的方法，其特征在于步骤(7)中所述反应体系的pH值为9.0-11.5。
6、根据权利要求1所述的从粉煤灰和煤矸石中回收氧化铁的方法，其特征在于步骤(9)中所述灼烧温度为700～850℃。
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