CN101863498A - 一种粉煤灰酸法生产氧化铝过程中酸的循环利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种粉煤灰酸法生产氧化铝过程中酸循环利用的方法，所述方法包括步骤：粉煤灰磁选除铁、酸溶、树脂吸附除铁、浓缩结晶、煅烧、冷却和初步回收氯化氢气体、二次回收氯化氢气体、调节回收的盐酸浓度、所得盐酸应用于酸溶步骤。本发明的有益之处在于，工艺简单，生产过程易于控制、生产成本低，吸收的氯化氢产物可循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种粉煤灰酸法生产氧化铝过程中酸循环利用的方法。
背景技术
我国是个产煤大国，以煤炭作为电力生产基本燃料。近年来能源工业的稳步发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，给我国国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。由于粉煤灰中含有氧化铝等有用矿物资源，因此对粉煤灰粉进行综合利用、变废为宝已成为广泛的研究热点内容。粉煤灰提取氧化铝的方法中，酸法或酸碱联合法因其提取氧化铝溶出率高及工艺简单的特点，正日渐被广泛采用。其中对工艺流程产生的盐酸进行可循环利用研究有很高的应用价值，能够促进经济的循环发展，实现资源的高效利用。
酸法或酸碱联合法从粉煤灰中制备氧化铝工艺中不可避免会有盐酸的回收问题存在。
CN1792802A公开了“一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法”，该方法将焙烧后的粉煤灰与硫酸反应，过滤、浓缩生成结晶硫酸铝，再将结晶硫酸铝高温煅烧分解生成氧化铝和三氧化硫气体。
CN101234774A公开了“一种由煤系高岭岩或煤矸石制备氧化铝的方法”，该方法将煤系高岭岩或煤矸石经破碎、粉磨后煅烧活化，然后与盐酸反应生成氯化铝溶液，再通过盐析法将结晶氯化铝沉淀出并分离，结晶氯化铝煅烧分解生成氧化铝和氯化氢气体。
CN1065255A公开了一种“盐酸联碱法生产氧化铝工艺”，工艺中以盐酸为溶出介质，矿石细碎成粉后，经高温焙烧，在高压搪瓷反应釜中加盐与氯化氢反应，生成碱式铝盐，经分离脱硅。将碱式铝盐蒸发浓缩、焙烧分解制得γ状氧化铝和氯化氢气体。以上专利都没有对酸回收方面展开进一步的实验研究，只是简单的介绍。
发明内容
本发明的目的是提供一种循环流化床粉煤灰酸法生产冶金级氧化铝过程中酸循环利用的方法。本发明的方法包括以下步骤：
1、粉煤灰磁选除铁：流化床粉煤灰视其粒度，经粉碎达到100目以下，加水配成固含量为20～40wt％、优选范围为30～35wt％的浆料，在立环式磁选机上进行磁选，磁选场强1.0～2.0万GS、优选范围为1.5～1.75万GS，根据粉煤灰中铁含量的不同，此过程可以重复进行，直至灰中的氧化铁含量降低至1.0wt％以下(以三氧化二铁计)。磁选后的浆料经固液分离后得到固含量为25～50wt％、优选范围为30～45wt％的滤饼。
2、酸溶：将磁选后的滤饼置于耐酸反应釜中进行盐酸酸溶，盐酸浓度为20～30wt％，盐酸中HCl和粉煤灰中氧化铝的摩尔比为4∶1～9∶1、优选范围为4.5∶1～6∶1，溶出温度为100℃～200℃、优选范围为130℃～150℃，溶出压力0.1～2.5MPa、优选范围为0.3～1.0MPa，溶出时间为0.5h～4h、优选范围为1.5h～2.5h；酸溶后经固液分离得到氯化铝溶液。
3、树脂吸附：将氯化铝溶液通入装有大孔型阳离子树脂的树脂柱中，利用树脂对铁的吸附能力进行除铁，得到氯化铝精制液。吸附时处理温度为室温～90℃、优选范围为60℃～80℃，氯化铝溶液流速为1～4倍树脂体积/小时、优选范围为2～3倍树脂体积/小时。树脂柱可采用单柱或双柱串连的方式。树脂优选为D001、732、742、7020H、7120H、JK008或SPC-1树脂等。
4、浓缩结晶：将氯化铝精制液在压力为-0.03～-0.07MPa、优选范围为-0.04～-0.06MPa，温度为50～110℃、优选范围为70～80℃的条件下浓缩结晶，得到结晶氯化铝晶体，浓缩时控制得到的晶体重量占原氯化铝精制液重量的40～65％。
5、煅烧：结晶氯化铝在带有气体回收装置的高温炉中煅烧制备氧化铝：将结晶氯化铝在900～1200℃、优选范围为950～1100℃煅烧1～4小时，或先将结晶氯化铝在300～500℃加热分解1～2小时，然后升温至900～1200℃煅烧1～3小时，热分解后得到氧化铝产品并产生氯化氢气体。
6、将氯化氢气体通过冷却塔降温到100℃以下，进入酸吸收塔中，控制酸吸收塔中水流喷射速度为100～120L/min，进行酸气初步回收。
7、将吸收塔中未完全吸收的酸气导入真空循环储酸罐中，控制其真空度为-0.05～-0.07KPa进行盐酸的二次回收。
8、将吸收塔及储酸罐中吸收酸放出，按比例加入水或浓度为37wt％的浓盐酸，调节其浓度为20～30wt％，返回第2步的酸溶步骤。
作为优选实施方式，本发明方法使用的立环式磁选机为中国专利申请号为201010112520.3中所公开的立环式磁选机，立环式磁选机的构造包括：转环、感应介质、上铁轭、下铁轭、励磁线圈、进料口、尾矿斗和冲水装置。其中，感应介质安装在转环中，励磁线圈设置在上铁轭和下铁轭周围，以使上铁轭和下铁轭成为一对产生垂直方向磁场的磁极，所述上铁轭和下铁轭分别设置在转环下方的环内、环外两侧，其中，所述感应介质为多层钢板网，每层钢板网由丝梗编成，所述丝梗的边缘具有棱状尖角，所述上铁轭与进料口连接，所述下铁轭与用于出料的尾矿斗连接，所述冲水装置位于转环上方。
本发明的有益之处在于，工艺简单，生产过程易于控制、生产成本低，吸收的氯化氢产物可循环利用。通过本发明的方法，氯化氢的循环利用率可达到99.5％以上。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程图。
图2为本发明使用的立环式磁选机结构示意图。
具体实施方式
原料采用某热电厂产出循环流化床粉煤灰，其化学成分如表1所示。
表1：循环流化床粉煤灰化学成分(wt％)
| SiO2 | Al2O3 | TiO2 | CaO | MgO | TFe2O3 | FeO | K2O | Na2O | LOS | SO3 | 总和 |
| 34.5 | 47.28 | 1.5 | 3.59 | 0.25 | 1.57 | 0.24 | 0.41 | 0.19 | 6.77 | 1.32 | 96.3 |
本发明所使用的立环式磁选机的构造包括：转环101、感应介质102、上铁轭103、下铁轭104、励磁线圈105、进料口106、尾矿斗107和冲水装置108。其中，感应介质102安装在转环101中，励磁线圈105设置在上铁轭103和下铁轭104周围，以使上铁轭103和下铁轭104成为一对产生垂直方向磁场的磁极，所述上铁轭103和下铁轭104分别设置在转环101下方的环内、环外两侧，其中，所述感应介质102为多层钢板网，每层钢板网由丝梗编成，所述丝梗的边缘具有棱状尖角，所述上铁轭103与进料口106连接，所述下铁轭104与用于出料的尾矿斗107连接，所述冲水装置108位于转环101上方。
实施例1
取流化床粉煤灰经粉碎达到150目，加水制成固含为30wt％的浆料，在立环式磁选机上磁选，磁选场强1.5万Gs，磁选三次，直至粉煤灰中氧化铁含量为0.8wt％。用板筐压滤机压滤后得到固含为34.5wt％的滤饼。将滤饼放入耐酸反应釜，加入22wt％的盐酸进行酸溶，盐酸中HCl与灰中氧化铝的摩尔比为5∶1，反应温度150℃，反应时间2小时，反应压力为1.0MPa。将酸溶得到的氯化铝溶液通入树脂柱中进行除铁，树脂柱以单柱方式，采用的树脂为D001(安徽皖东化工厂)，处理温度为60℃，氯化铝溶液流速为3倍树脂体积/小时。将生成的氯化铝精制液送入浓缩罐内进行蒸发浓缩，浓缩压力-0.05MPa，浓缩温度80℃，控制晶体的重量占原氯化铝精制液重量的50％，得到结晶氯化铝。结晶氯化铝在400℃分解为氧化铝，分解时间2小时，然后转入高温炉，在1100℃下煅烧2小时得到氧化铝产品。
煅烧生成的氯化氢气体通过冷却塔降温到98℃，进入酸吸收塔中。控制酸吸收塔中水流喷射速度为100L/min，进行酸气初步回收。将吸收塔中未完全吸收的酸气导入真空循环储酸罐中，控制其真空度为-0.05KPa进行盐酸的二次回收。对酸吸收液体进行称重和化学分析，得到盐酸浓度为23.5wt％，氯化氢的回收率为99.65％。最后将吸收塔及储酸罐中吸收酸放出，加水调节其浓度为22wt％，返回酸溶步骤。
实施例2
以循环流化床灰制备冶金级氧化铝的主要工艺条件同实施例1。其中酸溶步骤加入盐酸浓度为26.5wt％。
煅烧生成的氯化氢气体通过冷却塔降温到90℃，进入酸吸收塔中，控制酸吸收塔中水流喷射速度为120L/min进行酸气初步回收。将吸收塔中未完全吸收的酸气导入真空循环储酸罐中，控制其真空度为-0.07KPa进行盐酸的二次回收。对酸吸收液体进行称重和化学分析，得到盐酸浓度为26.9wt％，氯化氢的回收率为99.75％。最后，将吸收塔及储酸罐中吸收酸放出，加水调节其浓度为26.5wt％，返回酸溶步骤。
实施例3
以循环流化床灰制备氧化铝的主要工艺条件同实施例1，其中酸溶步骤加入盐酸浓度为30wt％。
煅烧生成的氯化氢气体通过冷却塔降温到94℃，进入酸吸收塔中，控制酸吸收塔中水流喷射速度为110L/min进行酸气初步回收。将吸收塔中未完全吸收的酸气导入真空循环储酸罐中，控制其真空度为-0.06KPa进行盐酸的二次回收。对酸吸收液体进行称重和化学分析，得到盐酸浓度为25.4wt％，氯化氢的回收率为99.69％。最后，将吸收塔及储酸罐中吸收酸放出，加入浓度为37wt％的盐酸调节其浓度为30wt％，返回酸溶步骤。
Claims (10)
1.一种粉煤灰酸法生产氧化铝过程中酸循环利用的方法，包括：
1)、粉煤灰磁选除铁：粉煤灰经粉碎达到100目以下，加水配成固含量为20～40wt％、优选为30～35wt％的浆料，在立环式磁选机上进行磁选，磁选场强1.0～2.0万GS；磁选后的浆料经固液分离后得到固含量为25～50wt％、优选为30～45wt％的滤饼；
2)、酸溶：将磁选后的滤饼置于耐酸反应釜中进行盐酸酸溶，盐酸浓度为20～30wt％，盐酸中HCl与粉煤灰中氧化铝的摩尔比为4∶1～9∶1，溶出温度为100℃～200℃、优选为130℃～150℃，溶出压力0.1～2.5MPa、优选为0.3～1.0MPa，溶出时间为0.5h～4h、优选为1.5h～2.5h；酸溶后经固液分离得到氯化铝溶液；
3)、树脂吸附：将氯化铝溶液通入装有大孔型阳离子树脂的树脂柱中除铁，得到氯化铝精制液，处理温度为室温～90℃、优选为60℃～80℃，氯化铝溶液流速为1～4倍树脂体积/小时、优选为2～3倍树脂体积/小时；
4)、浓缩结晶：将氯化铝精制液在压力为-0.03～-0.07MPa、优选为-0.04～-0.06MPa，温度为50～110℃、优选为70～80℃的条件下浓缩结晶，得到结晶氯化铝晶体；
5)、煅烧：将结晶氯化铝在900～1200℃下煅烧1～4小时，得到氧化铝产品并产生氯化氢气体；
6)、将氯化氢气体通过冷却塔降温到100℃以下，进入酸吸收塔中，控制酸吸收塔中水流喷射速度为100～120L/min，进行酸气初步回收；
7)、将吸收塔中未吸收的酸气导入真空循环储酸罐中，控制其真空度为-0.05～-0.07KPa，进行盐酸的二次回收；
8)、将吸收塔及储酸罐中吸收酸放出，按比例加入水或浓度为37wt％的浓盐酸，调节其浓度为20～30wt％，返回第2)步骤酸溶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述磁选场强为1.5～1.75万GS。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，粉煤灰磁选除铁步骤后，粉煤灰中以三氧化二铁计的氧化铁的含量低于1.0wt％。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，粉煤灰磁选除铁步骤中所使用的立环式磁选机，其构造包括：转环、感应介质、上铁轭、下铁轭、励磁线圈、进料口、尾矿斗和冲水装置；其中，感应介质安装在转环中，励磁线圈设置在上铁轭和下铁轭周围，以使上铁轭和下铁轭成为一对产生垂直方向磁场的磁极，所述上铁轭和下铁轭分别设置在转环下方的环内、环外两侧，其中，所述感应介质为多层钢板网，每层钢板网由丝梗编成，所述丝梗的边缘具有棱状尖角，所述上铁轭与进料口连接，所述下铁轭与用于出料的尾矿斗连接，所述冲水装置位于转环上方。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中盐酸中HCl与粉煤灰中氧化铝的摩尔比为4.5∶1～6∶1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述树脂柱采用单柱或双柱串联方式。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述树脂是D001、732、742、7020H、7120H、JK008或SPC-1树脂。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)的煅烧温度为950～1100℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)为将结晶氯化铝在300～500℃加热分解1～2小时，然后升温至900～1200℃煅烧1～3小时，得到氧化铝产品并产生氯化氢气体。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，浓缩结晶后晶体重量为原氯化铝精制液重量的40～65％。
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