CN101125656B - 一种从粉煤灰中先提硅后提铝的方法 - Google Patents

Abstract

一种从粉煤灰中先提硅后提铝的方法，是以质量浓度大于40％的NaOH溶液浸取粉煤灰，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铝硅比≥2的碱浸渣，溶出的硅酸钠溶液蒸浓成不同浓度的硅酸钠溶液，或者利用碳分的方法制备白炭黑，碱浸渣以碱石灰烧结法或石灰石烧结法生产Al(OH)₃并进而生产Al₂O₃，提铝后的残渣制成填料或用于生产水泥。本发明突破了原来直接从粉煤灰中提取氧化铝的思路，采用先提硅，再提铝的全新工艺路线，提高了碱浸渣中的铝硅比，简化了氧化铝的提取工艺，提高了粉煤灰中铝的提取率。

Description

一种从粉煤灰中先提硅后提铝的方法

技术领域

本发明属于粉煤灰的资源化综合利用，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，使剩余灰渣的铝硅比≥2，再利用石灰或碱石灰烧结法生产冶金级氧化铝，残渣用作填料或制备水泥的方法。

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自然生态造成了严重的污染和破坏，综合利用粉煤灰已经成为一项迫切的需要解决的课题。

粉煤灰也是一种矿产资源。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％，属高铝粉煤灰。

我国火力电厂每年排放4亿多吨粉煤灰，其中高铝粉煤灰排放量不少于1亿吨。如果能将这些废弃的高铝粉煤灰资源充分回收利用，每年可以生产3000多万吨Al₂O₃，远高于我国现有Al₂O₃的总产能。我国铝土矿储量仅为世界平均储量的1/10，因此，高铝粉煤灰资源的利用，对于我国铝工业的可持续发展具有重要的战略意义。

从粉煤灰中提取Al₂O₃的方法分为酸法和碱法两类。利用酸法提取Al₂O₃，在有效提取粉煤灰中的铝氧化物时，可以避开二氧化硅的危害。但酸法提取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；再就是酸法提铝的设备需要有很好的耐酸腐蚀性，反应设备制造有相当的难度；酸法提铝的工艺能耗高，需有一定的环保投入。

上世纪60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80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高硅含铝粉煤灰的工艺繁长，运作物料量大，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Al₂O₃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比较高，需要≥7，对于3＜铝硅比＜7的铝土矿，直接采用拜尔法生产Al₂O₃是不经济的，需要对矿粉进行配碱配钙烧结处理，或用其他复杂方法提取Al₂O₃，由此导致生产成本较拜尔法提高20～50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Al₂O₃。

本申请人的200710061662号专利申请提供了一种从粉煤灰中提取二氧化硅和氧化铝的方法，该方法是先利用酸浸、碱浸或焙烧的方法对粉煤灰进行活化处理，再以质量浓度大于40％的NaOH溶液浸硅，将其中的硅以硅酸钠的形式溶出，使碱浸渣的铝硅比≥2后，再配入CaO或CaCO₃煅烧成熟料，以拜尔法制备氧化铝，取铝后的余渣用于生产水泥。该方法突破了高硅铝料提铝除硅的传统理论观念束缚，率先提出了先提硅后提铝的全新的利用高铝粉煤灰类高硅铝资源生产氧化铝的方法。然而，本申请人进一步的研究发现，经过更简单的烘干或研磨处理，也可以达到上述先提硅，再提铝的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种从高铝粉煤灰中提取二氧化硅后，使余灰铝硅比≥2，可以直接利用现有工艺生产冶金级氧化铝的方法。

本发明从粉煤灰中先提硅后提铝的具体方法包括：

1).以质量浓度大于40％的NaOH溶液于80～150℃下浸取粉煤灰，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铝硅比≥2的碱浸渣；

2).溶出的硅酸钠溶液蒸浓成不同浓度的硅酸钠溶液，或者利用碳分的方法制备白炭黑；

3).用碱石灰烧结法或石灰石烧结法处理碱浸渣以生产Al(OH)₃，进而生产Al₂O₃；

4).提铝后的残渣制成填料或用于生产水泥。

以质量浓度大于40％的NaOH溶液浸取粉煤灰，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。

硅酸钠溶液用碳分法制备白炭黑时，产生的Na₂CO₃溶液可以用CaO进行苛化处理，得到的稀NaOH溶液蒸浓至碱浸所需浓度后再循环使用。

用碱石灰烧结法或石灰石烧结法处理碱浸渣制备Al(OH)₃包括熟料烧成、熟料浸出、铝酸钠溶液脱硅以及碳酸化分解等步骤，属于成熟工艺。

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大部分硅提取出来制成液态硅酸钠或白炭黑，延伸了硅资源的产业链，产品的附加值得到大幅度提高。同时，先将粉煤灰中的硅有效提取出来，也提高了碱浸渣中的铝硅比，使之成为了可用较低成本提取氧化铝的原料，提升了粉煤灰的资源化利用价值。用本发明方法提铝后的残渣量小，这些残渣即可用于制备填料，也可用来生产水泥。

本发明的工艺流程简约，可以充分利用粉煤灰中的各种有用元素，产品成本低，是一个极具前景的粉煤灰资源化综合利用产业化方法。

具体实施方式

实施例1

将100kg平均粒径≤20μm，Al₂O₃含量≥40％的粉煤灰在低于400℃下烘干后，移入反应釜中，加入80％NaOH溶液150L，在115～125℃下搅拌煮浸1h，然后加入200L水或稀碱液稀释过滤，即得到SiO₂浓度为118g/L的硅酸钠溶液310L和65kg铝硅比约为3.25的碱浸渣。

将118g/L硅酸钠溶液稀释至60g/L后，移至碳分釜中，通入CO₂气体，在70～85℃下搅拌碳分至pH＝9，停止碳分，过滤分离，得到约35kg白炭黑，其SiO₂含量＞98.5％。

碳分后的滤液与CaO混合，于75℃完成苛化后，经蒸发浓缩，使其浓度达到碱浸灰使用浓度，返回碱浸工序循环使用。

将提硅后的碱浸渣按CaO∶SiO₂≤2配钙、Na₂O∶Al₂O₃+Fe₂O₃≥1∶1.1配碱后制浆，于950～1350℃煅烧制成熟料。将熟料用稀碱液溶浸，并固液分离。脱硅后的滤液移入碳分釜中，通入CO₂气体进行碳酸化分解，以析出Al(OH)₃，至溶液的pH＝8，过滤分离，即可得到34kgAl(OH)₃。

Al(OH)₃经洗涤后，可以煅烧分解成Al₂O₃。

提铝后的残渣经适当的工艺处理可获得性能很好的填充料；也可经适当处理用于生产水泥。

实施例2

取100kg于200℃烘干的平均粒径≤20μm，Al₂O₃含量41％的粉煤灰移入反应釜，加入70％的NaOH溶液160L，在120℃下搅拌煮浸2h，再加入200L水或稀碱液稀释后过滤，即得到SiO₂浓度为113g/L的硅酸钠溶液300L和66kg铝硅比≥3的碱浸渣。

硅酸钠溶液和碱浸渣的后序处理同实施例1。

实施例3

取100kg粒度≤20μm的粉煤灰，在850℃下烘干并除C后移入碱浸釜，加入60％的NaOH溶液220L，在125℃下搅拌煮浸2.5h，用200L的稀碱液稀释过滤，即可得到SiO₂含量为110g/L的硅酸钠溶液350L，同时得到铝硅比≥4的碱浸渣约65kg。

硅酸钠溶液和碱浸渣的后序处理同实施例1。

实施例4

将电厂排出的湿态粉煤灰100kg直接泵入球磨机中研磨至粒度≤30μm，测取灰中的含水量，按NaOH重量百分比浓度70％配液，在120～130℃下搅拌煮浸2h，用200L稀碱液稀释过滤，即得到SiO₂浓度为103g/L的硅酸钠溶液310L和约66kg的铝硅比≥3的碱浸渣。

硅酸钠溶液和碱浸渣的后序处理同实施例1。

Claims (3)

1.一种从粉煤灰中先提硅后提铝的方法，包括：

1).以质量浓度大于40％的NaOH溶液于80～150℃下浸取粉煤灰，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铝硅比≥2的碱浸渣；

2).溶出的硅酸钠溶液蒸浓成不同浓度的硅酸钠溶液，或者利用碳分的方法制备白炭黑；

3).用碱石灰烧结法或石灰石烧结法处理碱浸渣以生产Al(OH)₃，进而生产Al₂O₃。

2.根据权利要求1所述的从粉煤灰中先提硅后提铝的方法，其特征是还包括：

提铝后的残渣制成填料或用于生产水泥。

3.根据权利要求1所述的从粉煤灰中先提硅后提铝的方法，其特征是碳分制备白炭黑时产生的Na₂CO₃溶液用CaO苛化处理，制成NaOH溶液循环使用。