CN101028935B - 煤矸石中提取氧化铝及其废渣生产水泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了煤矸石中提取氢氧化铝或氧化铝及其废渣生产水泥的方法，包括下述步骤：将煤矸石进行煅烧，煅烧后产生的偏高岭石和石灰或电石渣混合加水后进行蒸压反应，蒸压反应温度为110-280℃，对应压力为0.14-6.4MPa，反应1-12小时，生成以水合硅铝酸钙和氢氧化钙为主晶相的产物称为蒸压料；将蒸压料在800-1000℃的温度下煅烧0.5-4小时，蒸压料中的水合硅铝酸钙矿物晶体分解，形成主晶相为七铝酸十二钙和硅酸二钙的煅烧熟料；利用碳酸钠溶液对煅烧熟料进行浸取处理，利用石灰加入法进行脱硅处理，利用碳化法获得氢氧化铝，并对碳酸钠进行回收再利用，氢氧化铝煅烧为氧化铝。上述步骤氧化铝溶出后的硅钙渣用作水泥的生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种提取氧化铝的方法，特别涉及一种从煤矸石中提取氧化铝的方法，本发明还涉及一种从煤矸石中提取氧化铝的废渣生产水泥的方法。
背景技术
煤矸石中提取氧化铝同时联产水泥国内外已经有不少专利。
国内外从煤矸石中提取氧化铝的方法可分为碱法和酸法两大类。由于酸法在工业上存在腐蚀设备、酸不易回收、其他技术金属杂质不易去除等缺点，产业化推广还是受到了限制。
碱法工艺大都是将纯碱加入煤矸石进行煅烧，最后浸出氧化铝。由于氧化硅的干扰，碱法都存在碱耗大的问题使得煤矸石中提取氧化铝的经济性变差。
石灰法是波兰科学家发明的在粉煤灰中提取氧化铝并联产水泥的工艺，由于该法熟料煅烧温度高，所以整个工艺能耗高。
和煤矸石一样的其他含铝高岭石矿物中氧化铝的提取同样面临上述问题，迫切需要新的工艺方法来解决氧化铝提取过程中遇到的能耗高不经济等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种从煤矸石中提取氢氧化铝或氧化铝及其废渣生产水泥的方法，该方法能降低传统方法中提取氧化铝的烧结温度，使用该方法能够降低成本、减少环境污染，本发明还可以将提铝产生的废渣煅烧成水泥。
本发明解决的技术问题的技术方案是：包括如下步骤：
(1)、蒸养反应：将煤矸石进行700-900℃的温度下煅烧，煅烧后产生的偏高岭石和石灰或电石渣混合加水后进行蒸压反应，蒸压反应温度为110-280℃，对应的压力为0.14-6.4MPa，反应1-12小时，生成以水合硅铝酸钙和氢氧化钙为主晶相的产物称为蒸压料；
(2)、氧化铝生产：将蒸压料在800-1000℃的温度下煅烧0.5-4小时，蒸压料中的水合硅铝酸钙矿物晶体分解，形成主晶相为12CaO·7Al2O3和2CaO·SiO2的煅烧熟料；利用碳酸钠溶液对煅烧熟料进行浸取处理，利用石灰加入法进行脱硅处理，利用碳化法获得氢氧化铝，并对碳酸钠进行回收再利用，氢氧化铝煅烧为氧化铝；
(3)、水泥生产：上述步骤氧化铝溶出后的硅钙渣用作水泥的生产。
所述氢氧化铝进行煅烧，获得冶金级氧化铝，煅烧温度为1100-1200℃。
煤矸石中提取氧化铝所产生的废渣生产水泥的方法如下：
所述从煤矸石中提取氧化铝所产生的废渣为硅钙渣；所述水泥生产中的配料由硅钙渣、煤矸石煅烧后产生的偏高岭石和铁粉组成，石灰石饱和系数为0.8-0.98，硅率为1.7-2.3，铝率为1.0-1.6，煅烧工艺是湿法、半干法或干法生产，煅烧温度为1300-1400℃。
本发明的有益效果是：
将煤矸石煅烧产生的热量用于蒸压工序和低温熟料煅烧工序，将煤矸石煅烧后的偏高岭石用于氧化铝和水泥生产的原料，实现了固体废弃物和能量的综合利用，极大地降低氧化铝和水泥的生产成本。
利用煤矸石煅烧后产生的偏高岭石的活性和氧化钙进行蒸压反应，降低了熟料煅烧温度，节约能源。
本发明包括四个工艺部分，其中第一部分为煤矸石粉碎煅烧工艺，第二部分为偏高岭石和石灰的蒸压与煅烧工艺，第三部分为氧化铝生产工艺，第四部分为水泥生产工艺。其中，第一部分工艺为第二和第三部分提供原料和能量。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
首先以氧化铝含量大于30％(重量百分比)的煤矸石粉碎煅烧为偏高岭石后，和煅烧好的氧化钙或电石渣按照1∶(1-3)的比例进行球磨混合，按照固液比为1∶(0.1-1)的比例加水成型后送入蒸压釜进行蒸压反应，蒸压反应可以是蒸汽加热，也可以是自蒸压，蒸压温度110-280℃，对应的最大压力为0.14-6.4MPa。蒸压时间为0.5-12小时，蒸压过程中的热能由煤矸石煅烧获得，蒸压之后获得的产物为蒸压料。
其次，将蒸压料进行煅烧处理，煅烧温度为800-1000℃，煅烧时间0.5-12小时。煅烧设备可采用陶瓷生产工艺用的隧道窑，也可以采用化工生产用的回转窑、水泥生产用的立窑或回转窑等设备，煅烧过程中所需的能量由煤矸石煅烧获得。
第三，将合格煅烧熟料进行低浓度碳酸钠溶液浸取。浸取溶出分为两次，每次使用浓度为4-12％的碳酸钠水溶液作为浸取溶出液。浸取溶出温度为50-90℃，浸取溶出时间为15-45分钟，固液比为1∶(5-40)。浸取溶出结束后，进行固液分离，获得铝酸钠粗液和以硅酸二钙和碳酸钙为主要成分的硅钙渣。
第四，按照(30-50)∶1的钙硅比进行脱硅处理，获得铝酸钠精液，继而在40-60℃的温度下进行碳化分解处理，碳分终点为pH＝8-10。过滤后获得氢氧化铝，滤液经过处理再生循环使用。碳化所用二氧化碳气体可以从石灰炉中获得，如采用电石渣，二氧化碳可以从熟料煅烧窑中获得。
第五，将氢氧化铝进行煅烧，获得冶金级氧化铝。煅烧温度为1100-1200℃，煅烧设备可采用传统的氧化铝煅烧设备，也可以采用流态化煅烧设备或先进的沸腾煅烧设备。
第六，对硅钙渣进行必要的成分调整，加入调整原料(偏高岭石或石灰或铁粉)后，进行湿法球磨混合。达到水泥生产的原料配比和均匀度后，送入湿法窑进行水泥煅烧。石灰石饱和系数为0.8-0.98，硅率为1.7-2.3，铝率为1.0-1.6，煅烧温度为1300-1400℃。
水泥生产也可以采用半干法或干法工艺进行生产。
工艺实施举例1：
原料化学成分
原料 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO
煤矸石 44.28 48.80 3.29 2.56
石灰 4.58 1.61 1.26 88.74
氧化铁粉 31.42 13.53 48.27 3.53
工艺配比：偏高岭石/石灰＝1/2，加水固液比为：1∶0.3，180℃蒸养4小时，950℃煅烧4小时，8％碳酸钠溶液按照液固比5∶1在70℃浸取溶出35min，氧化铝浸出率为80％，氧化铝中氧化硅的含量低于0.3％，达到冶金级氧化铝的成分要求。
提取氧化铝后产生的硅钙渣的化学组成为：
名称 配比 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO
偏高岭石 33.33 14.76 16.27 1.1 0.85
石灰 66.67 3.05 1.07 0.84 59.16
生料 100 17.81 17.34 1.94 60.01
硅钙渣 20.71 3.47 2.26 69.78
水泥配料及熟料的化学组成：
名称 配合比 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO
硅钙渣 93 19.26 3.23 2.10 64.90
铁粉 4 1.26 0.54 1.93 0.14
偏高岭石 3 1.33 1.46 0.10 0.08
熟料 100 21.85 5.43 4.13 65.12
以上配料所得结果KH＝0.89，SM＝2.29，IM＝1.31均符合湿法窑煅烧水泥的要求。按上述配比获得的水泥28天抗压强度大于52.5MPa，抗折大于7MPa，达到52.5号水泥的强度等级。
工艺实施举例2：
原料和配比和实施举例1相同。210℃蒸养4小时，900℃煅烧4小时，10％碳酸钠溶液按照液固比5∶1在75℃浸取溶出30min，氧化铝浸出率为85％，氧化铝中氧化硅的含量低于0.3％，达到冶金级氧化铝的成分要求。
按照水泥配料要求，利用提取氧化铝后产生的硅钙渣、煤矸石煅烧后产生的偏高岭石和铁粉进行配料，在1300-1400℃温度下煅烧，获得的水泥28天抗压强度大于52.5MPa，抗折大于7MPa，达到52.5号水泥的强度等级。
工艺实施举例3：
原料和配比和实施举例1相同。140℃蒸养4小时，850℃煅烧4小时，9％碳酸钠溶液按照液固比5∶1在80℃浸取溶出40min，氧化铝浸出率为75％，氧化铝中氧化硅的含量低于0.3％，达到冶金级氧化铝的成分要求。
按照水泥配料要求，利用提取氧化铝后产生的硅钙渣、煤矸石煅烧后产生的偏高岭石和铁粉进行配料，在1300-1400℃温度下煅烧，获得的水泥28天抗压强度大于52.5MPa，抗折大于7MPa，达到52.5号水泥的强度等级。
工艺实施举例4：
实施举例1中原料石灰改为电石渣，化学组成配比相同。230℃蒸养4小时，960℃煅烧4小时，10％碳酸钠溶液按照液固比5∶1在60℃浸取溶出40min，氧化铝浸出率为91％，氧化铝中氧化硅的含量低于0.3％，达到冶金级氧化铝的成分要求。
按照水泥配料要求，利用提取氧化铝后产生的硅钙渣、煤矸石煅烧后产生的偏高岭石和铁粉进行配料，在1300-1400℃温度下煅烧，获得的水泥28天抗压强度大于52.5MPa，抗折大于7MPa，达到52.5号水泥的强度等级。
Claims (3)
1.一种煤矸石中提取氧化铝的方法，其特征是：包括如下步骤：
(1)、蒸养反应：将煤矸石进行700-900℃的温度下煅烧，煅烧后产生的偏高岭石和石灰或电石渣混合加水后进行蒸压反应，蒸压反应温度为110-280℃，对应的压力为0.14-6.4MPa，反应1-12小时，生成以水合硅铝酸钙和氢氧化钙为主晶相的产物称为蒸压料；
(2)、氧化铝生产：将蒸压料在800-1000℃的温度下煅烧0.5-4小时，蒸压料中的水合硅铝酸钙矿物晶体分解，形成主晶相为12CaO·7Al2O3和2CaO·SiO2的煅烧熟料；利用碳酸钠溶液对煅烧熟料进行浸取处理，利用石灰加入法进行脱硅处理，利用碳化法获得氢氧化铝，并对碳酸钠进行回收再利用，氢氧化铝煅烧为氧化铝；
(3)、水泥生产：上述步骤氧化铝溶出后的硅钙渣用作水泥的生产。
2.根据权利要求1所述的一种煤矸石中提取氧化铝的方法，其特征是：所述氢氧化铝进行煅烧，获得冶金级氧化铝，煅烧温度为1100-1200℃。
3.一种用权利要求1至2任一项所述的煤矸石中提取氧化铝所产生的废渣生产水泥的方法，其特征是：所述从煤矸石中提取氧化铝所产生的废渣为硅钙渣；所述水泥生产中的配料由硅钙渣、煤矸石煅烧后产生的偏高岭石和铁粉组成，石灰石饱和系数为0.8-0.98，硅率为1.7-2.3，铝率为1.0-1.6，煅烧工艺是湿法、半干法或干法生产，煅烧温度为1300-1400℃。
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