CN101049935A - 一种利用粉煤灰生产二氧化硅和氧化铝的方法 - Google Patents

Abstract

一种从粉煤灰中提取二氧化硅和氧化铝的方法，是对粉煤灰进行活化处理后，以质量浓度大于40％的NaOH溶液浸取，将其中的硅以硅酸钠的形式溶出，通入CO₂气体制备二氧化硅，碱浸渣中配入CaO或CaCO₃煅烧成熟料，以拜尔法制备氧化铝，废渣用于生产水泥。本发明突破了原来直接从粉煤灰中提取氧化铝的思路，采用先提取二氧化硅，再提取氧化铝的全新工艺路线，先将粉煤灰中的硅有效提取出来，提高了碱浸渣中的铝硅比，使处理后的碱浸渣可以直接采用拜尔法提取氧化铝，大大简化了氧化铝的提取工艺，提高了粉煤灰中氧化铝的提取利用率。本发明工艺过程简单，投资小，成本低，产品附加值高，是极具前景的粉煤灰精细化综合利用产业化方法。

Description

一种利用粉煤灰生产二氧化硅和氧化铝的方法

技术领域

本发明属于粉煤灰的精细化综合利用，涉及一种从粉煤灰中提取二氧化硅和氧化铝的方法，具体是涉及一种先从粉煤灰中提取出二氧化硅，再利用拜尔法制取氧化铝，残渣用于制备水泥的方法。

背景技术

燃煤电厂排放的大量粉煤灰对周围的农业生产和生存环境造成了严重的污染，综合治理粉煤灰已经成为一项迫切的需要解决的环境问题。在我国，燃煤电厂每年排放的粉煤灰量高达上亿吨，堆存量很大，是一个极具精细化综合开发利用价值的资源宝库。

粉煤灰中一般含Al₂O₃约为15～40％，含SiO₂大都在40％以上，有些地方的粉煤灰含Al₂O₃在40％以上，含SiO₂约50％。将这些高铝粉煤灰直接用来生产氧化铝难度很大，工艺复杂，产品成本高，难以工业化应用。

从粉煤灰中提取Al₂O₃的方法大致可分为酸法和碱法两大类。利用酸法提取Al₂O₃，在有效提取粉煤灰中的铝氧化物时，可以将二氧化硅全部拒之于液外，在生产过程中不会产生新的固体物料，残渣量小，因而运作的物料量小，设备投资小，能耗低，产品成本亦低。但酸法的缺点是在浸取氧化铝时，也将粉煤灰中的许多可溶出的杂质如铁、钛、镁等带入了溶液，须增添后序处理工序；再就是酸法提取对设备的腐蚀比较严重，使用的反应设备制造有一定的难度。

上世纪六十年代，波兰就利用碱石灰烧结法自粉煤灰中提取Al₂O₃，建成了年产5000吨Al₂O₃及35万吨水泥的实验工厂。我国安徽省冶金研究所和合肥水泥研究院在八十年代申报了用石灰石烧结、碳酸钠溶出自粉煤灰中提取Al₂O₃，残渣用于生产水泥的成果，于1982年3月通过专家鉴定。宁夏自治区建材研究所研究的碱石灰烧结法自粉煤灰中提取Al₂O₃、残渣生产水泥工艺于1987年9月由宁夏自治区科委组织鉴定。2004年12月，内蒙古自治区科技厅召开了蒙西高新技术集团有限公司研究开发的“粉煤灰提取氧化铝联产水泥产业化技术”项目科技成果鉴定会，该集团自主完成了近5000吨级的中试。虽然关于碱法提取Al₂O₃的报道很多，但目前尚未见到过采用上述工艺方法半工业化和工业化连续生产的报道。其原因是用碱法处理这种高硅含铝粉煤灰的工艺繁长，运作的物料量大，设备投资亦大，能耗高，成本高，而且产生的残渣量是粉煤灰量的数倍，用残渣制成的大量水泥就地销售有限，综合经济效益差，综合利用水平低，因而阻碍了碱法在综合利用粉煤灰方面的应用。

目前世界上90％的氧化铝都是采用拜尔法生产的。但是拜尔法生产要求原矿的铝硅比较高，需要≥11，对于铝硅比＜7的铝矾土矿，直接采用拜尔法生产氧化铝是不经济的，需要对矿石中的硅铝进行配碱煅烧处理，由此导致生产成本较拜尔法提高30～90美元/吨。粉煤灰的铝硅比一般小于1，更是无法套用现成的拜尔法工业设备直接提取氧化铝，即便使用改进的碱石灰或石灰石烧结法，成本必然会更高，因此难以实现产业化。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用粉煤灰生产二氧化硅和氧化铝的方法，本发明的方法是先从粉煤灰中提取出二氧化硅，再利用拜尔法提取氧化铝，残渣还可以用来制备水泥。

本发明利用粉煤灰生产二氧化硅和氧化铝的具体方法包括：

1).以下述任意一种方法对粉煤灰进行活化处理；

a.将粉煤灰焙烧活化；

b.以硫酸溶液浸泡粉煤灰；

c.以NaOH溶液浸泡粉煤灰；

2).以质量浓度大于40％的NaOH溶液浸取活化后的粉煤灰，将其中的硅以硅酸钠的形式溶出，分离后得到硅酸钠溶液和碱浸渣；

3).溶出的硅酸钠溶液中通入CO₂气体进行碳分，以制备二氧化硅；

4).碱浸渣中配入CaO或CaCO₃煅烧制成熟料，以拜尔法制备氧化铝；

5).以拜尔法制备氧化铝后的废渣用于生产水泥。

本发明中，首先对粉煤灰进行活化处理是十分必要的，采用焙烧、酸液浸泡和碱液浸泡的办法都能达到活化的目的。焙烧的条件是以300～700℃的温度焙烧活化1～1.5小时；采用硫酸溶液浸泡时，可以使用任意浓度的硫酸溶液，常温浸泡和在一定温度下浸泡均可；而碱液浸泡的适宜浓度是质量浓度为5～20％的NaOH溶液。

以质量浓度大于40％的NaOH溶液浸取活化后的粉煤灰，将其中的硅以硅酸钠的形式溶出后，应用水将浸取液进行稀释，以利于硅酸钠溶液和碱浸渣的分离。

硅酸钠溶液碳分制备二氧化硅时，会产生NaCO₃溶液，可以用Ca(OH)₂对其进行苛化处理，制成NaOH溶液，浓缩至需要的浓度后再循环使用。

碱浸渣中配入CaO或CaCO₃煅烧制成熟料，再以拜尔法制备氧化铝是成熟工艺，但制备氧化铝后的废渣不同于传统工艺中的赤泥，可以直接用于生产水泥。

本发明突破了原来直接从粉煤灰中提取氧化铝的思路，而是采用了先提取二氧化硅，再提取氧化铝的全新工艺路线，与原有技术相比，本发明具有以下优点：

1.原有的粉煤灰治理技术仅限于从粉煤灰中提取氧化铝，剩余的残渣全部用来制备水泥，不仅产品的附加值低，而且产量巨大的水泥销售也是问题。本发明则将粉煤灰中的硅也提取出来制备成更有用、价格更高的二氧化硅，大大提高了产品的附加值。

2.本发明先将粉煤灰中的硅有效提取出来，提高了碱浸渣中的铝硅比，使处理后的碱浸渣可以直接采用拜尔法提取氧化铝，从而大大简化了氧化铝的提取工艺，提高了粉煤灰中氧化铝的提取利用率。

3.由拜尔法制备氧化铝后产生的废渣可以直接用于生产水泥，而且由于本发明在前期已经将粉煤灰中的有效成分基本上提取出来利用了，产生的废渣量小，水泥产量也不大。

4.本发明工艺过程中产生的废酸、废水等均能有效循环利用，整个过程中不排放任何废水、废液、废渣和有害气体。

5.本发明的工艺过程简单，投资小，成本低，产品附加值高，是一个极具前景的粉煤灰精细化综合利用产业化方法。

具体实施方式

实施例1

取1t粉煤灰，研磨、磁选除铁后，于350℃下焙烧1.5h，得到活化的粉煤灰。

将活化的粉煤灰移入反应釜中，加入60％NaOH溶液1.7t，在115℃下搅拌煮浸1h，加入2t水稀释后过滤。滤液移至碳分釜，通入CO₂气体，在80℃搅拌碳分，至pH＝9时停止碳分，过滤分离后得到350kg二氧化硅，经检测纯度为98.5％。

提取二氧化硅后的碱浸渣按照现有技术，配入CaO煅烧制成熟料后，直接用拜尔法制备冶金级氧化铝，提铝后的残渣用于制备水泥。

实施例2

取1t粉煤灰，研磨、磁选除铁后，于20％H₂SO₄溶液中常温浸泡100h，滤除浸泡液，浸渣洗涤至pH＝5后，得到活化的粉煤灰。

将活化的粉煤灰移入反应釜中，加入70％NaOH溶液1.5t，在100℃下搅拌煮浸2h，加入2.5t水稀释后过滤。滤液移至碳分釜，通入CO₂气体，在80℃搅拌碳分，至pH＝9时停止碳分，过滤分离后得到400kg二氧化硅，经检测纯度为98.65％。

提取二氧化硅后的碱浸渣按照现有技术，配入CaO煅烧制成熟料后，直接用拜尔法制备冶金级氧化铝，提铝后的残渣用于制备水泥。

实施例3

取1t粉煤灰，研磨、磁选除铁后，于10％NaOH溶液中常温浸泡480h，滤除浸泡液，得到活化的粉煤灰。

将活化的粉煤灰移入反应釜中，加入80％NaOH溶液1.8t，在115℃下搅拌煮浸2.5h，加入3t水稀释后过滤。滤液移至碳分釜，通入CO₂气体，在80℃搅拌碳分，至pH＝9时停止碳分，过滤分离后得到370kg二氧化硅，经检测纯度为98.2％。

提取二氧化硅后的碱浸渣按照现有技术，配入CaO煅烧制成熟料后，直接用拜尔法制备冶金级氧化铝，提铝后的残渣用于制备水泥。

实施例4

取1t粉煤灰，研磨、磁选除铁后，于20％NaOH溶液中常温浸泡380h，滤除浸泡液，得到活化的粉煤灰。

将活化的粉煤灰移入反应釜中，加入75％NaOH溶液2t，在110℃下搅拌煮浸3h，加入2.5t水稀释后过滤。滤液移至碳分釜，通入CO₂气体，在80℃搅拌碳分，至pH＝9时停止碳分，过滤分离后得到380kg二氧化硅，经检测纯度为98.2％。

提取二氧化硅后的碱浸渣按照现有技术，配入CaO煅烧制成熟料后，直接用拜尔法制备冶金级氧化铝，提铝后的残渣用于制备水泥。

实施例5

取1t粉煤灰，研磨、磁选除铁后，于10％H₂SO₄溶液中常温浸泡240h，滤除浸泡液，浸渣洗涤至pH＝5后，得到活化的粉煤灰。

将活化的粉煤灰移入反应釜中，加入75％NaOH溶液1.6t，在100℃下搅拌煮浸2h，加入2.5t水稀释后过滤。滤液移至碳分釜，通入CO₂气体，在80℃搅拌碳分，至pH＝9时停止碳分，过滤分离后得到420kg二氧化硅，经检测纯度为98.1％。

提取二氧化硅后的碱浸渣按照现有技术，配入CaO煅烧制成熟料后，直接用拜尔法制备冶金级氧化铝，提铝后的残渣用于制备水泥。

实施例6

取1t粉煤灰，研磨、磁选除铁后，于30％H₂SO₄溶液中常温浸泡100h，滤除浸泡液，浸渣洗涤至pH＝5后，得到活化的粉煤灰。

将活化的粉煤灰移入反应釜中，加入70％NaOH溶液1.8t，在110℃下搅拌煮浸2h，加入2t水稀释后过滤。滤液移至碳分釜，通入CO₂气体，在80℃搅拌碳分，至pH＝9时停止碳分，过滤分离后得到360kg二氧化硅，经检测纯度为99.0％。

提取二氧化硅后的碱浸渣按照现有技术，配入CaO煅烧制成熟料后，直接用拜尔法制备冶金级氧化铝，提铝后的残渣用于制备水泥。

实施例7

取1t粉煤灰，研磨、磁选除铁后，于18％NaOH溶液中常温浸泡150h，滤除浸泡液，得到活化的粉煤灰。

将活化的粉煤灰移入反应釜中，加入65％NaOH溶液2t，在110℃下搅拌煮浸3h，加入2.5t水稀释后过滤。滤液移至碳分釜，通入CO₂气体，在80℃搅拌碳分，至pH＝9时停止碳分，过滤分离后得到400kg二氧化硅，经检测纯度为98.5％。

提取二氧化硅后的碱浸渣按照现有技术，配入CaO煅烧制成熟料后，直接用拜尔法制备冶金级氧化铝，提铝后的残渣用于制备水泥。

实施例8

取1t粉煤灰，研磨、磁选除铁后，于450℃下焙烧1.5h，得到活化的粉煤灰。

将活化的粉煤灰移入反应釜中，加入75％NaOH溶液1.7t，在100℃下搅拌煮浸3h，加入2t水稀释后过滤。滤液移至碳分釜，通入CO₂气体，在80℃搅拌碳分，至pH＝9时停止碳分，过滤分离后得到400kg二氧化硅，经检测纯度为98.5％。

提取二氧化硅后的碱浸渣按照现有技术，配入CaO煅烧制成熟料后，直接用拜尔法制备冶金级氧化铝，提铝后的残渣用于制备水泥。

实施例9

取1t粉煤灰，研磨、磁选除铁后，于3％H₂SO₄溶液中常温浸泡480h，滤除浸泡液，浸渣洗涤至pH＝5后，得到活化的粉煤灰。

将活化的粉煤灰移入反应釜中，加入70％NaOH溶液1.8t，在105℃下搅拌煮浸3h，加入2.5t水稀释后过滤。滤液移至碳分釜，通入CO₂气体，在80℃搅拌碳分，至pH＝9时停止碳分，过滤分离后得到400kg二氧化硅，经检测纯度为98.8％。

提取二氧化硅后的碱浸渣按照现有技术，配入CaO煅烧制成熟料后，直接用拜尔法制备冶金级氧化铝，提铝后的残渣用于制备水泥。

Claims (6)

1、一种利用粉煤灰生产二氧化硅和氧化铝的方法，包括：

1).以下述任意一种方法对粉煤灰进行活化处理；

a.将粉煤灰焙烧活化；

b.以硫酸溶液浸泡粉煤灰；

c.以稀NaOH溶液浸泡粉煤灰；

2).以质量浓度大于40％的NaOH溶液浸取活化后的粉煤灰，将其中的硅以硅酸钠的形式溶出，分离后得到硅酸钠溶液和碱浸渣；

3).溶出的硅酸钠溶液中通入CO₂气体进行碳分，以制备二氧化硅；

4).碱浸渣中配入CaO或CaCO₃煅烧制成熟料，以拜尔法制备氧化铝。

2、根据权利要求1所述的利用粉煤灰生产二氧化硅和氧化铝的方法，其特征是还包括：

以拜尔法制备氧化铝后的废渣用于生产水泥。

3、根据权利要求1所述的利用粉煤灰生产二氧化硅和氧化铝的方法，其特征是所述的焙烧是在300～700℃温度下焙烧。

4、根据权利要求1所述的利用粉煤灰生产二氧化硅和氧化铝的方法，其特征是所述的硫酸溶液是任意浓度的硫酸溶液。

5、根据权利要求1所述的利用粉煤灰生产二氧化硅和氧化铝的方法，其特征是所述的稀NaOH溶液是质量浓度为5～20％的NaOH溶液。

6、根据权利要求1所述的利用粉煤灰生产二氧化硅和氧化铝的方法，其特征是碳分制备二氧化硅时产生的NaCO₃溶液用Ca(OH)₂苛化处理，制成NaOH溶液循环使用。