CN101857230A - 利用煤矸石生产氢氧化铝和硅酸及纯碱工艺方法 - Google Patents

Abstract

利用煤矸石生产氢氧化铝和硅酸及纯碱工艺方法。属于铝硅酸盐矿物的化工开发利用方法。针对现有方法仅利用煤矸石中的氧化铝组分，提取率也仅65-85％；弃用主要组分二氧化硅；耗能高，成本高；主要组分弃用和多次水洗涤而洗涤液又未加回收造成二次污染的问题，本发明运用纯碱循环的原理，采用烧结法工艺，通过纯碱碱融-烧碱碱熔-碳化-水解，实现同时提取95％的氧化铝和90％的二氧化硅，生产氢氧化铝和硅酸及纯碱。工艺流程简洁，产品生产周期短；原料纯碱、烟道气中的二氧化碳、余热及洗涤液的回收循环利用，使生产成本大幅度降低。产品适用于造纸、油墨、印染、医药、洗涤剂等行业；延伸开发的产品还可以用于石化、橡塑等行业。

Description

利用煤矸石生产氢氧化铝和硅酸及纯碱工艺方法

利用煤矸石生产氢氧化铝和硅酸及纯碱工艺方法。

技术领域：本发明涉及利用铝硅酸盐矿物的化工开发利用方法，特别是一种利用煤矸石生产氢氧化铝和硅酸及纯碱的工艺方法。

背景技术：据边炳鑫、解强、赵有才在《煤系固体废物资源化技术》(化学工业出版社2005年5月第一版)一书中称：煤矸石作为煤炭生产过程的副产物，产量约占煤炭开采量的10-25％。截止到2004年，全国煤矿堆积贮存的煤矸石已达40亿吨以上，占地近30万亩。随着煤炭开采的增加，全国每年新增加的煤矸石有3亿吨以上，除了综合利用的近6千万吨外，其余近2.4亿吨煤矸石都被继续堆积贮存。

煤矸石的基本组成是铝硅酸盐，主要是氧化铝和二氧化硅，两组分合计约占煤矸石总量的70-98％，大部分在80％左右，其中氧化铝约占15-45％，二氧化硅一般占40-65％，另含少量铁、钙、镁等元素的氧化物，各组分的含量因煤矸石的产地而异。

从工业废弃物煤矸石中提取化工产品，变废为宝，改善环境，是世界各国、更是我国的重要产业政策。

冯诗庆在1995年第4期《无机盐工业》第22-24页刊文《煤矸石制铝盐和白炭黑》(对比文献1)，提出用酸浸煤矸石与其中的氧化铝组分发生反应生成铝盐，然后加铵盐反应生成氢氧化铝和铵明矾。此对比文献1采用酸法处理煤矸石工艺得到铝盐产品，氧化铝的提取率只有65％左右，而煤矸石中的另一种更主要的组分二氧化硅却只是作为尾渣，经过活化剂改性反应得到因为含其他少量组分而纯度不高的白炭黑，技术的经济价值不高。

杜玉成等在1997年第5期《河北冶金》第28-31页刊文《煤矸石制备氢氧化铝、氧化铝及高纯度α-氧化铝微粉的研究》(对比文献2)，提出对氧化铝含量大于35％的煤矸石，采用酸盐联合法先经硫酸浸泡生成硫酸铝，去除二氧化硅残渣，再加硫酸铵和氨水盐析反应得到氢氧化铝，用去离子水洗涤除去氢氧化铝上吸附的杂质离子，然后经焙烧得到氧化铝；用盐酸浸泡煤矸石，去除二氧化硅残渣后，经氯化氢气体盐析除杂提纯、再加氨水活化、交联剂高聚复合反应生成铝凝胶、1100-1300℃高温煅烧转型，得到高纯度α-氧化铝微粉。此对比文献2采用酸盐联合法工艺处理煤矸石，氧化铝的提取率也只有75％左右，煤矸石中另一更主要的组分二氧化硅并没有被利用。

刘小波、付勇坚、肖秋国、邓文在《自然资源学报》1998年13卷1期第77-80页刊文《煤矸石资源充分利用的新工艺》(对比文献3)，提出将煤矸石、石灰石破碎后按一定比例配料并混合球磨，得到的粉料与纯碱制备的Na₂CO₃水溶液混练，制成煤矸石-石灰石-纯碱混合物料。该物料粒化后入炉烧结，所得到的烧结物料与外加的铁矿石、石灰石粉料再次混合共磨，然后以清水浸取，过滤分离后得到Na₂O·Al₂O₃溶液和残渣。将二氧化碳引入Na₂O·Al₂O₃溶液中使之碳酸化分解，从而得到Al(OH)₃沉淀和Na₂CO₃稀溶液；将Al(OH)₃沉淀干燥煅烧，最终得到工业氧化铝。残渣经高温直接煅烧后成为硅酸盐水泥熟料。此对比文献3采用石灰石-纯碱烧结法，煤矸石原料中氧化铝的提取率有了较大提高，但也只能达到80-85％；同时，煤矸石中另一更主要的组分二氧化硅仍然没有被高附加值利用，只是作为残渣用于生产水泥，二氧化硅组分的经济价值未得到充分利用。

综上所述，对比文献1、2、3存在下列不足：

1、均只对煤矸石中的氧化铝组分进行高附加值利用，对氧化铝组分的提取率也只能达到65-85％，因此资源的利用率都较低，只相当于利用了煤矸石原料总量的20-30％左右；当原料煤矸石中氧化铝含量较低时，原料煤矸石将不能利用。

2、对煤矸石中的另一更主要的组分二氧化硅，对比文献1中只是经过活化剂改性反应得到纯度不高的白炭黑，对比文献2中予以弃用，对比文献3中只是作为残渣用于生产低价值的水泥，二氧化硅组分没有得到高附加值利用。

3、在利用煤矸石过程中，对比文献1和对比文献2均出现了因为能耗高，产品生产周期长，加之煤矸石原料利用率较低，使得单位产量产品成本增加，生产成本难以降低的问题。

4、对比文献1和对比文献2的工艺中都需要多次用水洗涤，而洗涤液又未能加以回收利用，不仅耗费了大量可贵的水资源，加上对比文献2中煤矸石的主要成分二氧化硅的弃用，均造成对环境的二次污染。

由此可见，研究一种资源利用率高、资源利用附加值高、生产成本低、生产过程中没有二次污染的煤矸石开发利用方法是必要的。

发明内容：本发明的目的是克服现有技术的不足，开发一种资源利用率高、资源利用附加值高、生产成本低、生产过程又没有二次污染的煤矸石开发利用方法，特别是一种利用煤矸石生产氢氧化铝和硅酸及纯碱的工艺方法。

本发明的目的是这样实现的：一种利用煤矸石生产氢氧化铝和硅酸及纯碱的工艺方法，特征在于运用纯碱循环的原理，采用烧结法工艺，通过纯碱碱融-烧碱碱熔-碳化-水解，实现同时提取煤矸石中的氧化铝和二氧化硅，生产氢氧化铝和硅酸及纯碱。

附图说明：图1为本发明的工艺原理示意图；

图2为本发明具体实施的生产流程示意图。

如图1中所示：

1、纯碱碱融：将煤矸石-纯碱混合料粉加热进行碱融处理，得到熔融体熟料。熔融体熟料输入下道水淬工序。

2、水淬：将纯碱碱融处理得到的熔融体熟料趁高温迅速进行水淬，得到固体细粒料。固体细粒料输入下道湿磨工序。

3、湿磨：将水淬得到的固体细粒料进行湿磨，得到浓稠浆料。浓稠浆料输入下道浆料溶解工序。

4、浆料溶解：将湿磨得到的浓浆料进行稀释、溶解；溶解后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼输入下道烧碱碱熔工序，滤液输入后道第一碳化工序生产粗氢氧化铝。

5、烧碱碱熔：将浆料溶解得到的滤饼，加入烧碱溶液，加热进行碱熔处理，得到干粉。干粉输入下道干粉溶解工序。

6、干粉溶解：将烧碱碱熔得到的干粉进行溶解。溶解后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼中包含有部分氢氧化铝，经过洗涤以后，输入下道氢氧化铝溶出工序；滤液输入后道第一碳化工序生产粗氢氧化铝。

7、氢氧化铝溶出：将干粉溶解得到的滤饼用烧碱溶液进行溶解，使氢氧化铝溶解进入溶液。溶解后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼经洗涤作为滤渣；滤液输入下道第一碳化工序生产粗氢氧化铝。

8、第一碳化：将前面浆料溶解、干粉溶解及氢氧化铝溶出三道工序得到的滤液合并，进行稀释后，用二氧化碳气体进行第一次碳酸化处理。第一碳化结束后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼经洗涤为含有二氧化硅的粗氢氧化铝，输入下道滤饼溶解工序；滤液输入后道第二碳化工序。

9、滤饼溶解：将第一碳化得到的滤饼，用烧碱溶液和后道滤液浓缩工序得到的浓滤液进行溶解，得到含有二氧化硅的铝酸钠溶液，输入下道脱硅提纯工序。

10、脱硅提纯：将滤饼溶解得到的含有二氧化硅的铝酸钠溶液，添加生石灰或熟石灰并搅拌加热，进行脱硅处理。脱硅处理结束后，过滤，得到滤饼脱硅渣和滤液。脱硅渣含有氧化铝和二氧化硅，直接输入前道烧碱碱熔工序，与浆料溶解工序得到的滤饼一起，重新进行烧碱碱熔处理；滤液为高纯度铝酸钠溶液，输入下道稀释水解工序生产氢氧化铝。

11、稀释水解：将脱硅提纯得到的滤液，进行稀释水解。水解结束后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼经洗涤、烘干、粉碎后为产品氢氧化铝；滤液为含有铝酸钠的氢氧化钠稀溶液，输入下道滤液浓缩工序。

12、滤液浓缩：将稀释水解得到的滤液，加热蒸发浓缩，得到浓溶液。浓溶液输入前道滤饼溶解工序。

13、第二碳化：将第一碳化得到的滤液，用二氧化碳气体进行第二次碳酸化处理。第二碳化结束后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼经洗涤、烘干、粉碎后为产品硅酸；滤液输入下道滤液蒸发工序。

14、滤液蒸发：将第二碳化得到的滤液，加热蒸发浓缩，得到过饱和的浓溶液。浓溶液输入下道冷却结晶工序。

15、冷却结晶：将滤液蒸发得到的浓溶液进行冷却、结晶。结晶后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼为碳酸氢钠，输入下道滤饼干燥工序；滤液为碳酸氢钠饱和溶液，输入后道尾气喷淋工序。

16、滤饼干燥：将冷却结晶得到的滤饼进行干燥处理，得到产品纯碱粉和含碳酸钠粉尘的尾气。尾气输入后道尾气喷淋工序。

17、尾气喷淋：将冷却结晶得到的滤液用来对上道滤饼干燥工序的含碳酸钠粉尘的尾气进行喷淋，得到净化后的尾气和喷淋液。喷淋液为含碳酸钠的碳酸氢钠饱和溶液，直接输入下道配料干燥工序用于配料、干燥；净化后的尾气直接排放。

18、配料干燥：将尾气喷淋得到的喷淋液与煤矸石粉混合，得到混合浆料；将混合浆料进行干燥，碳酸氢钠释放出二氧化碳气体，并分解成为碳酸钠，得到煤矸石-纯碱混合料粉，用于下一批的纯碱碱融，实现纯碱循环。

具体实施方式：结合图2，本发明是这样进一步实现的：

所述图2中的煤矸石粉是指用粒度为60-200目的煤矸石粉作为原料煤矸石，其中氧化铝与二氧化硅含量均没有限制。

所述图2中的纯碱碱融是指将60-200目的煤矸石粉与纯碱粉按照质量比煤矸石粉∶纯碱粉＝1∶0.41-2.26进行配料，具体用量按照摩尔比原料中的Al₂O₃∶加入的Na₂CO₃＝1∶1与原料中的SiO₂∶加入的Na₂CO₃＝1∶0.2-2.1之和计算，得到煤矸石-纯碱混合料粉，在1000-1350℃温度下反应30-45分钟，保持出料温度在1000℃以上，得到熔融体熟料。熔融体熟料输入下道水淬工序。

如图2中所示，纯碱碱融中产生的高温烟道气首先分别用常温空气进行换热：高温烟道气经过空气换热，将常温空气分别加热得到400-800℃与300-400℃两种温度的热空气，高温烟道气温度降低，变为500-600℃中温烟道气；中温烟道气再用来对后道尾气喷淋工序得到的喷淋液与煤矸石粉的混合浆料进行干燥，得到煤矸石-纯碱混合料粉，中温烟道气温度降低到200℃以下。200℃以下的低温烟道气经过水洗、净化处理，得到含二氧化碳的常温洁净烟道气。

400-800℃的热空气用于烧碱碱熔工艺段的加热；

300-400℃的洁净热空气用于碳酸氢钠滤饼干燥工艺段的加热；

含二氧化碳的常温洁净烟道气用于第一碳化、第二碳化工艺段，作二氧化碳原料气体。

通过对烟道气的换热利用和净化处理，实现了废热与废气的再利用。

所述图2中的水淬是指将纯碱碱融工艺段生成的高温熔融体熟料，从碱融炉出料口自动流出，进入盛有洗涤液的水淬池中骤然冷却，高温熟料碎裂成1-5毫米的细小颗粒。水淬液输入后道浆料溶解工序，溶解湿磨得到的浆料；1-5毫米的细小颗粒输入下道湿磨工序。

所述图2中的湿磨是指将水淬工艺段得到的细粒料从水淬池中取出，用洗涤液进行湿磨，磨到细度80目以上，得到浓稠浆料。浓稠浆料输入下道浆料溶解工序。

所述图2中的浆料溶解是指将湿磨工艺段得到的浓稠浆料用水淬液和洗涤液进行稀释。稀释时，控制溶液中活性Na₂O≥200克/升，在自然温度下搅拌20-30分钟，在2小时内尽快过滤。过滤后，得到滤饼和滤液。滤饼输入下道烧碱碱熔工序；滤液输入后道第一碳化工序。

活性Na₂O是指由Na₂CO₃转化提供的Na₂O；活性Na₂O质量按照碱融时投入的Na₂CO₃质量，在Na₂CO₃转化率70-75％之间取值计算，所取的数值可以包括70％或75％。

所述图2中的烧碱溶液是指质量百分比浓度≥30％的NaOH溶液。

所述图2中的烧碱碱熔是指将浆料溶解工艺段得到的滤饼与烧碱溶液按照摩尔比滤饼中的SiO₂∶加入的NaOH＝1∶1-1.4进行配料，用经过高温烟道气换热得到的400-800℃热空气加热反应，直到物料变成干粉。干粉输入下道干粉溶解工序。

所述图2中的干粉溶解是指将经烧碱碱熔工艺段得到的干粉用洗涤液溶解。干粉溶解时，控制溶解后溶液中Na₂O≥250克/升；干粉溶解后，在4小时内过滤。过滤后，得到滤饼和滤液。滤饼用95℃热水洗涤至PH＝11。洗涤液集中用于循环利用。洗涤后的滤饼为含有氢氧化铝的杂质，输入下道氢氧化铝溶出工序；滤液输入后道第一碳化工序。

所述图2中的氢氧化铝溶出是指将经干粉溶解工艺段得到的滤饼，再用烧碱溶液溶解。滤饼溶解时，加入的烧碱溶液量按照滤饼与烧碱溶液混合后，溶液中摩尔比Al₂O₃∶Na₂O＝1∶1.4-1.6计算，控制溶液中Na₂O浓度在230-250克/升之间，温度110℃，溶解时间3小时。滤饼溶解后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼用95℃热水洗涤至PH＝11。洗涤液集中用于循环利用。洗涤后的滤饼作为滤渣，呈碱性，其中仍然含有少量Al(OH)₃，输入后道污水处理工序，用于对洗涤烟道气后的污水进行絮凝净化处理；滤液输入下道第一碳化工序。

所述图2中的第一碳化是指将浆料溶解工艺段得到的滤液、干粉溶解工艺段得到的滤液和氢氧化铝溶出工艺段得到的滤液合并，先用洗涤液进行稀释，再用含二氧化碳的常温洁净烟道气进行第一次碳酸化处理。稀释时，控制溶液中Na₂O的质量百分比浓度≤8.5％；碳化时，溶液的起始温度60-80℃；压力0.25-0.3MP；终点温度40℃、PH＝10.8-11。第一碳化结束后，在常压、约40℃下陈化20分钟后过滤，得到滤饼和滤液。滤饼用95℃热水洗涤至PH＝9.5-9.8。洗涤液集中用于循环利用。洗涤后的滤饼为含有少量SiO₂的粗氢氧化铝，输入下道滤饼溶解工序；滤液输入后道第二碳化工序。

所述图2中的滤饼溶解是指将第一碳化工艺段得到的滤饼用烧碱溶液和后道滤液浓缩工序得到的浓滤液溶解，得到粗铝酸钠溶液。滤饼溶解时，加入的烧碱溶液和后道滤液浓缩工序得到的浓滤液量，按照滤饼与烧碱混合后溶液中Al₂O₃≤150克/升、Na₂O≤210克/升计算，温度110℃，溶解时间3小时。粗铝酸钠溶液输入下道脱硅提纯工序。

所述图2中的脱硅提纯是指将滤饼溶解工艺段得到的粗铝酸钠溶液中添加生石灰氧化钙或熟石灰氢氧化钙进行脱硅处理。脱硅时，氧化钙用量6-8克/升，温度100℃，时间1小时。脱硅提纯后，过滤，得到脱硅渣和滤液。脱硅渣直接输入前道烧碱碱熔工艺段，与浆料溶解工序得到的滤饼一起，重新进行烧碱碱熔处理；滤液输入下道稀释水解工序。

所述图2中的稀释水解是指将脱硅提纯工艺段得到的滤液，用95℃热水进行稀释水解。水解时控制溶液中NaAlO₂浓度≤0.5M；时间20-30分钟。水解后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼用95℃热水洗涤至PH＝7-8。洗涤液集中用于循环利用。洗涤后的滤饼为氢氧化铝；滤液输入下道滤液浓缩工序。

所述图2中的滤液浓缩是指将稀释水解工艺段得到的滤液，加热进行蒸发浓缩。浓缩时，控制溶液中Na₂O浓度达到310克/升为浓缩终点，得到含有铝酸钠的氢氧化钠浓溶液，循环到前道滤饼溶解工段，用来代替烧碱溶液进行滤饼溶解。

所述图2中的第二碳化是指将第一碳化工艺段得到的滤液，再用含二氧化碳的常温洁净烟道气进行第二次碳酸化处理。碳化时，起始温度60-80℃；压力0.25-0.3MP；终点温度40℃、PH＝8.7-9。第二碳化结束后，在常压、约40℃下陈化20分钟后过滤，得到滤饼和滤液。滤饼用95℃热水洗涤至PH＝7-8。洗涤液集中用于循环利用。洗涤后的滤饼为硅酸；滤液是含有少量碳酸钠的碳酸氢钠溶液，输入下道滤液蒸发工序。

所述图2中的滤液蒸发是指将第二碳化工艺段得到的滤液，加热进行蒸发浓缩。浓缩时，控制溶液密度d＝1.11-1.12g/cm³为浓缩终点，得到含有少量碳酸钠的碳酸氢钠过饱和溶液。浓缩后的浓溶液输入下道冷却结晶工序。

所述图2中的冷却结晶是指将上道滤液蒸发工艺段得到的浓溶液，用水进行冷却、结晶。结晶后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼为碳酸氢钠晶体，直接输入下道滤饼干燥工序；滤液为含有少量碳酸钠的碳酸氢钠饱和溶液，输入后道尾气喷淋工序。

所述图2中的滤饼干燥是指将冷却结晶工艺段得到的碳酸氢钠滤饼，用经过烟道气换热得到的300-400℃洁净热空气进行干燥处理，得到干粉和含粉尘的尾气。干粉为纯碱粉；尾气中的粉尘为纯碱碳酸钠粉尘，尾气输入下道尾气喷淋工序。

所述图2中的尾气喷淋是指将上道滤饼干燥工艺段得到的尾气用冷却结晶工艺段得到的滤液进行喷淋。喷淋后，得到净化的尾气和喷淋液，喷淋液为含碳酸钠的碳酸氢钠饱和溶液。净化后的尾气直接排放；喷淋液输入下道配料干燥工序。

所述图2中的配料干燥是指将尾气喷淋工艺段得到的喷淋液与煤矸石粉混合，得到混合浆料；将混合浆料用经过空气换热后降温到500-600℃的中温烟道气进行干燥，使碳酸氢钠分解，释放出二氧化碳气体，并分解成为纯碱碳酸钠，得到煤矸石-纯碱混合料粉，用于下一批的纯碱碱融，实现纯碱循环。

配料干燥后的尾气温度降低到200℃以下，是含干燥尾尘的低温烟道气，经过水洗、净化处理后，得到含较多二氧化碳气体的常温洁净烟道气，作为二氧化碳原料气体，用于第一碳化、第二碳化工艺段。

对配料干燥后的温度在200℃以下、含干燥尾尘的低温烟道气进行水洗、净化处理后，产生的污水，用氢氧化铝溶出工艺段的滤饼洗涤后得到的滤渣进行絮凝净化处理；净化处理后得到的清水循环用于后续的烟道气洗涤，实现了洗涤废水的循环。

下面是图1、图2中各工艺流程中的化学原理：

纯碱碱融：Na₂CO₃+SiO₂→Na₂SiO₃+CO₂↑

Na₂CO₃+Al₂O₃→NaAlO₂+CO₂↑

NaAlO₂+Na₂SiO₃→Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂

Na₂CO₃+Fe₂O₃→NaFeO₂+CO₂↑

NaFeO₂+Al₂O₃→NaAlO₂+Fe₂O₃

CaO+SiO₂→2CaO·SiO₂

CaO+Al₂O₃→CaO·Al₂O₃

CaO+Fe₂O₃→2CaO·Fe₂O₃

Na₂CO₃+SiO₂+CaO→Na₂O·CaO·SiO₂+CO₂↑

CaO+Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂→NaAlO₂+2CaO·SiO₂

MgO+SiO₂→MgO·SiO₂

MgO+CaO+Fe₂O₃→MgO·2CaO·Fe₂O₃

浆料溶解：NaAlO₂+H₂O→Al(OH)₃↓+NaOH

NaFeO₂+H₂O→Fe(OH)₃↓+NaOH

Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂+NaOH→NaAlO₂+Na₂SiO₃+H₂O

烧碱碱熔：Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂+NaOH→NaAlO₂+Na₂SiO₃+H₂O

Al(OH)₃+NaOH→NaAlO₂+H₂O

Fe(OH)₃+NaOH→NaFeO₂+H₂O

干粉溶解：NaAlO₂+H₂O→Al(OH)₃↓+NaOH

NaFeO₂+H₂O→Fe(OH)₃↓+NaOH

氢氧化铝溶出：Al(OH)₃+NaOH→NaAlO₂+H₂O

第一碳化：NaOH+CO₂→Na₂CO₃+H₂O

NaAlO₂+CO₂+H₂O→Na₂CO₃+Al(OH)₃↓

Na₂SiO₃+CO₂+H₂O→Na₂CO₃+NaHSiO₃

滤饼溶解：Al(OH)₃+NaOH→NaAlO₂+H₂O

脱硅提纯：NaAlO₂+CaO+H₂O→3CaO·Al₂O₃·6H₂O↓+NaOH

NaAlO₂+Na₂SiO₃+CaO+H₂O→3CaO·Al₂O₃·xSiO₂·(6-2x)H₂O↓+NaOH

稀释水解：NaAlO₂+H₂O→Al(OH)₃↓+NaOH

第二碳化：NaHSiO₃+CO₂+H₂O→Na₂CO₃+H₂SiO₃↓

Na₂CO₃+CO₂+H₂O→NaHCO₃

滤饼干燥：NaHCO₃→Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O↑

配料干燥：NaHCO₃→Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O↑

本发明经过实际试用，收到了如下的效果：

1、煤矸石的资源利用率高。与对比文献1、2、3相比较，本发明不仅利用了占煤矸石原料总量30％左右的氧化铝，而且同时利用了占煤矸石原料50％以上的二氧化硅组分，适用于各种煤矸石资源的开发；氧化铝的提取率达到95％以上，二氧化硅的提取率达到90％以上。

2、资源利用的附加值高。与对比文献1、2、3相比较，运用公知的酸溶和碱溶工艺，通过对本发明得到的氢氧化铝与硅酸进行进一步的深加工，很容易得到种类齐全、规格繁多的高附加值的各种铝盐与硅酸盐以及氧化铝、铝酸盐、沉淀二氧化硅、硅胶等化工产品。技术应用的商业价值高。

3、产品成本低。与对比文献1、2、3相比较，本发明采用碱法工艺，工艺流程简洁，产品生产周期短，只要4-6小时；产品得率高；原料纯碱的回收循环利用，以及对烟道气中的二氧化碳、余热、洗涤液的回收利用，使所得到的氢氧化铝和硅酸成本比国内外其他工艺方法生产的成本都大幅度降低。

4、清洁生产。与对比文献1、2、3相比较，本发明的工艺过程实现了物料闭路循环，生产过程对环境没有二次污染。

本发明实施得到的氢氧化铝、硅酸和纯碱产品以及由氢氧化铝和硅酸运用公知的酸溶、碱溶工艺得到的各种铝盐、铝酸盐、氧化铝、硅酸盐、白炭黑、硅胶等产品，可以为油墨、造纸、印染、纺织、医药、油脂、催化剂、塑料、橡胶、日化、石油等行业使用。

Claims (10)

1.一种利用煤矸石生产氢氧化铝和硅酸及纯碱的工艺方法，特征在于运用纯碱循环的原理，采用烧结法工艺，通过纯碱碱融-烧碱碱熔-碳化-水解，实现同时提取煤矸石中的氧化铝和二氧化硅，生产氢氧化铝和硅酸及纯碱：

(1)纯碱碱融：将煤矸石-纯碱混合料粉加热进行碱融处理，得到熔融体熟料；熔融体熟料输入下道水淬工序；

(2)水淬：将纯碱碱融处理得到的熔融体熟料趁高温迅速进行水淬，得到固体细粒料；固体细粒料输入下道湿磨工序；

(3)湿磨：将水淬得到的固体细粒料进行湿磨，得到浓稠浆料；浓稠浆料输入下道浆料溶解工序；

(4)浆料溶解：将湿磨得到的浓浆料进行稀释、溶解；溶解后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼输入下道烧碱碱熔工序，滤液输入后道第一碳化工序生产粗氢氧化铝；

(5)烧碱碱熔：将浆料溶解得到的滤饼，加入烧碱溶液，加热进行碱熔处理，得到干粉；干粉输入下道干粉溶解工序；

(6)干粉溶解：将烧碱碱熔得到的干粉进行溶解；溶解后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼中包含有部分氢氧化铝，经过洗涤以后，输入下道氢氧化铝溶出工序；滤液输入后道第一碳化工序生产粗氢氧化铝；

(7)氢氧化铝溶出：将干粉溶解得到的滤饼用烧碱溶液进行溶解，使氢氧化铝溶解进入溶液；溶解后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼经洗涤作为滤渣；滤液输入下道第一碳化工序生产粗氢氧化铝；

(8)第一碳化：将前面浆料溶解、干粉溶解及氢氧化铝溶出三道工序得到的滤液合并，进行稀释后，用二氧化碳气体进行第一次碳酸化处理；第一碳化结束后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼经洗涤为含有二氧化硅的粗氢氧化铝，输入下道滤饼溶解工序；滤液输入后道第二碳化工序；

(9)滤饼溶解：将第一碳化得到的滤饼，用烧碱溶液和后道滤液浓缩工序得到的浓滤液进行溶解，得到含有二氧化硅的铝酸钠溶液，输入下道脱硅提纯工序；

(10)脱硅提纯：将滤饼溶解得到的含有二氧化硅的铝酸钠溶液，添加生石灰或熟石灰并搅拌加热，进行脱硅处理；脱硅处理结束后，过滤，得到滤饼脱硅渣和滤液；脱硅渣含有氧化铝和二氧化硅，直接输入前道烧碱碱熔工序，与浆料溶解工序得到的滤饼一起，重新进行烧碱碱熔处理；滤液为高纯度铝酸钠溶液，输入下道稀释水解工序生产氢氧化铝；

(11)稀释水解：将脱硅提纯得到的滤液，进行稀释水解；水解结束后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼经洗涤、烘干、粉碎后为产品氢氧化铝；滤液为含有铝酸钠的氢氧化钠稀溶液，输入下道滤液浓缩工序；

(12)滤液浓缩：将稀释水解得到的滤液，加热蒸发浓缩，得到浓溶液；浓溶液输入前道滤饼溶解工序；

(13)第二碳化：将第一碳化得到的滤液，用二氧化碳气体进行第二次碳酸化处理；第二碳化结束后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼经洗涤、烘干、粉碎后为产品硅酸；滤液输入下道滤液蒸发工序；

(14)滤液蒸发：将第二碳化得到的滤液，加热蒸发浓缩，得到过饱和的浓溶液；浓溶液输入下道冷却结晶工序；

(15)冷却结晶：将滤液蒸发得到的浓溶液进行冷却、结晶；结晶后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼为碳酸氢钠，输入下道滤饼干燥工序；滤液为碳酸氢钠饱和溶液，输入后道尾气喷淋工序；

(16)滤饼干燥：将冷却结晶得到的滤饼进行干燥处理，得到产品纯碱粉和含碳酸钠粉尘的尾气；尾气输入后道尾气喷淋工序；

(17)尾气喷淋：将冷却结晶得到的滤液用来对上道滤饼干燥工序的含碳酸钠粉尘的尾气进行喷淋，得到净化后的尾气和喷淋液；喷淋液为含碳酸钠的碳酸氢钠饱和溶液，直接输入下道配料干燥工序用于配料、干燥；净化后的尾气直接排放；

(18)配料干燥：将尾气喷淋得到的喷淋液与煤矸石粉混合，得到混合浆料；将混合浆料进行干燥，碳酸氢钠释放出二氧化碳气体，并分解成为碳酸钠，得到煤矸石-纯碱混合料粉，用于下一批的纯碱碱融，实现纯碱循环。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的将煤矸石-纯碱混合料粉加热进行碱融处理，得到熔融体熟料，是指将60-200目的煤矸石粉与纯碱粉按照质量比煤矸石粉∶纯碱粉＝1∶0.41-2.26进行配料，得到煤矸石-纯碱混合料粉，在1000-1350℃温度下反应30-45分钟，保持出料温度在1000℃以上，得到熔融体熟料。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的浆料溶解：将湿磨得到的浓浆料进行稀释、溶解，溶解后，过滤，是指将湿磨得到的浓稠浆料进行稀释；稀释时，控制溶液中活性Na₂O≥200克/升，在2小时内过滤。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的烧碱碱熔：将浆料溶解得到的滤饼，加入烧碱溶液，加热进行碱熔处理，得到干粉，是指将浆料溶解工艺段得到的滤饼与烧碱溶液按照摩尔比滤饼中的SiO₂∶加入的NaOH＝1∶1-1.4进行配料，在400-800℃加热反应，直到物料变成干粉。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的干粉溶解：将烧碱碱熔得到的干粉进行溶解；溶解后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼中包含有部分氢氧化铝，经过洗涤以后，是指将经烧碱碱熔工艺段得到的干粉溶解；溶解时，控制溶解后溶液中Na₂O≥250克/升；溶解后，在4小时内过滤；过滤后，得到滤饼，滤饼用水洗涤至PH＝11。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的氢氧化铝溶出：将干粉溶解得到的滤饼用烧碱溶液进行溶解，使氢氧化铝溶解进入溶液；溶解后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼经洗涤，是指将经干粉溶解工艺段得到的滤饼，用烧碱溶液溶解；滤饼溶解时，加入的烧碱溶液量按照滤饼与烧碱溶液混合后，溶液中摩尔比Al₂O₃∶Na₂O＝1∶1.4-1.6计算，控制溶液中Na₂O浓度在230-250克/升之间，温度110℃，溶解时间3小时；滤饼溶解后，过滤，得到滤饼，滤饼用水洗涤至PH＝11。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的第一碳化：将前面浆料溶解、干粉溶解及氢氧化铝溶出三道工序得到的滤液合并，进行稀释后，用二氧化碳气体进行第一次碳酸化处理，是指将浆料溶解工艺段得到的滤液、干粉溶解工艺段得到的滤液和氢氧化铝溶出工艺段得到的滤液合并，先进行稀释，再用二氧化碳进行第一次碳酸化处理；稀释时，控制溶液中Na₂O的质量百分比浓度≤8.5％；碳化时，溶液的起始温度60-80℃；压力0.25-0.3MP；终点温度40℃、PH＝10.8-11。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的滤饼溶解：将第一碳化得到的滤饼，用烧碱溶液和后道滤液浓缩工序得到的浓滤液进行溶解，是指将第一碳化工艺段得到的滤饼用烧碱溶液和后道滤液浓缩工序得到的浓滤液溶解；滤饼溶解时，加入的烧碱溶液和后道浓滤液量，按照滤饼与烧碱混合后溶液中Al₂O₃≤150克/升、Na₂O≤210克/升计算，温度110℃，溶解时间3小时。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的脱硅提纯：将滤饼溶解得到的含有二氧化硅的铝酸钠溶液，添加生石灰或熟石灰并搅拌加热，进行脱硅处理，是指将滤饼溶解工艺段得到的溶液中添加石灰进行脱硅处理；脱硅时，氧化钙用量6-8克/升，温度100℃，时间1小时。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的滤液浓缩：将稀释水解得到的滤液，加热蒸发浓缩，得到浓溶液，是指将稀释水解工艺段得到的滤液，加热进行蒸发浓缩；浓缩时，控制溶液中Na₂O浓度达到310克/升为浓缩终点。

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