CN101870487B - 利用粉煤灰生产氢氧化铝和水泥工艺方法 - Google Patents

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Abstract

利用粉煤灰生产氢氧化铝和水泥工艺方法。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粉煤灰中的氧化铝组分，提取率也仅60-85％；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-烧碱联合法原理，采用纯碱和烧碱同时循环工艺，通过纯碱碱融-烧碱碱熔-水解-苛化-煅烧，实现提取粉煤灰中85％的氧化铝的同时，其余组分全部转化成水泥，100％利用粉煤灰生产氢氧化铝和水泥。工艺流程简洁，产品质量高、生产周期短；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、建筑等行业；延伸开发的产品还可用于石化、橡塑、电解铝等行业。

Description

利用粉煤灰生产氢氧化铝和水泥工艺方法
利用粉煤灰生产氢氧化铝和水泥工艺方法。
技术领域：
本发明涉及利用铝硅酸盐矿物的化工开发利用的方法，特别是一种利用粉煤灰生产氢氧化铝和水泥的工艺方法。
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：2000年全国粉煤灰排出量1.6亿吨，占地50万亩，加上历年库存的11亿吨粉煤灰，2000年全国粉煤灰积存总量达到12.5亿吨。由于火力发电量的增加，截止到2006年底，全国累计积存的粉煤灰已将近20亿吨。粉煤灰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75-92％，其中氧化铝约占23-38％，二氧化硅一般占50％以上，另含少量铁、钙、镁等元素的氧化物，各组分的含量因煤的产地而异。从工业废弃物粉煤灰中提取化工产品，变废为宝，改善环境，是世界各国、更是我国的重要产业政策。
孙雅珍等人在CN1095689.1994及陈建林在1994年第4期《环境导报》第14页刊文(对比文献1)提出用50-60％的硫酸浸泡粉煤灰12-14小时，在100℃加热2-4小时，趁热过滤，反复洗涤滤饼至中性，弃去滤饼，将滤液加热浓缩至15-20波美度再冷却结晶，抽滤得到硫酸铝晶体。此对比文献1采用酸浸粉煤灰工艺得到硫酸铝产品，氧化铝的提取率只有60-65％，而粉煤灰中的另一种更主要的组分二氧化硅却没有被利用，技术的经济价值不高。
谢英在1992年第3期《粉煤灰综合利用》第54页刊文(对比文献2)提出将粉煤灰与烧碱溶液混合搅拌并加热至沸腾，再保温搅拌一段时间，过滤，弃去滤饼，将滤液加水或通入二氧化碳、加碳酸铵，得到氢氧化铝沉淀，再经过滤、将滤饼烘干得到氢氧化铝。此对比文献2采用的湿法工艺，氧化铝的提取率也只有70％左右，粉煤灰中另一更主要的组分二氧化硅也没有被利用。
韩怀强、蒋挺大在《粉煤灰利用技术》(化学工业出版社2001年1月第一版)(对比文献3)第177-179页提出用石灰烧结法，将粉煤灰与石灰石粉混合后在1320-1400℃烧成，使氧化铝转化成铝酸钠和铝酸钙，经熟料自粉化、碳酸钠溶出、石灰乳脱硅弃渣、二氧化碳气体碳化，提取氢氧化铝，再将氢氧化铝在1200℃煅烧，得到氧化铝。脱硅时弃去的废渣用于生产水泥。刘小波在1999年第2期《环境科学学报》第210-213页提出石灰烧结法工艺合理的氧化铝提取率为80-85％。此对比文献3采用石灰烧结法，粉煤灰原料中氧化铝的提取率有了较大提高，但也只能达到85％；同时，粉煤灰中另一更主要组分二氧化硅仍然没有被高附加值利用，只是作为废渣用于生产水泥，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、均只对粉煤灰中的氧化铝组分进行利用，对氧化铝的提取率也只能达到60-85％，因此资源的利用率都较低，只相当于利用了粉煤灰原料总量的20-30％左右；当原料粉煤灰中氧化铝含量较低时，原料粉煤灰将不能利用。
2、对粉煤灰中的另一更主要的组分二氧化硅，对比文献1、2中予以弃用，对比文献3中只是作为废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、在利用粉煤灰过程中均出现了因为能耗高，产品生产周期长，加之粉煤灰原料利用率较低，使得单位产量产品的成本增加，生产成本难以降低的问题。
4、生产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1、2中粉煤灰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、生产过程没有二次污染的粉煤灰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粉煤灰开发利用方法，特别是一种利用粉煤灰生产氢氧化铝和水泥的工艺方法。
本发明的目的是这样实现的：一种利用粉煤灰生产氢氧化铝和水泥的工艺方法，特征在于运用纯碱-烧碱联合法原理，采用纯碱和烧碱同时循环工艺，通过纯碱碱融-烧碱碱熔-水解-苛化-煅烧，实现提取粉煤灰中氧化铝的同时，其余组分全部转化成水泥，100％利用粉煤灰，生产氢氧化铝和水泥。
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：将粉煤灰-纯碱混合料粉加热进行纯碱碱融，得到熔融体熟料。熔融体熟料输入水淬工序。
2、水淬：将纯碱碱融工序得到的熔融体熟料趁高温迅速进行水淬，得到固体细粒料。细粒料输入湿磨工序。
3、湿磨：将水淬工序得到的细粒料进行湿磨，得到浓浆料。浓浆料输入浆料溶解工序。
4、浆料溶解：将湿磨工序得到的浓浆料进行稀释、溶解；溶解后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼输入烧碱碱熔工序，滤液输入一次水解工序生产粗氢氧化铝。
5、烧碱碱熔：将浆料溶解工序得到的滤饼，加入烧碱溶液，加热进行碱熔，得到干粉。干粉输入干粉溶解工序。
6、干粉溶解：将烧碱碱熔工序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，经洗涤以后，输入氢氧化铝溶出工序；滤液输入一次水解工序生产粗氢氧化铝。
7、氢氧化铝溶出：将干粉溶解工序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；滤液输入一次水解工序生产粗氢氧化铝。
8、一次水解：将浆料溶解工序、干粉溶解工序及氢氧化铝溶出工序得到的滤液合并，进行稀释水解。稀释水解结束后，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，输入滤饼溶解工序；滤液为含有少量铝酸钠的硅酸钠溶液，输入第二蒸发工序。
9、滤饼溶解：将一次水解工序得到的滤饼，用烧碱溶液进行溶解，得到含二氧化硅的粗铝酸钠溶液。粗铝酸钠溶液输入脱硅提纯工序。
10、脱硅提纯：将滤饼溶解工序得到的溶液，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；滤液为高纯度铝酸钠溶液，输入二次水解工序生产氢氧化铝。
11、二次水解：将脱硅提纯工序得到的滤液，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，输入第一蒸发工序。
12、第一蒸发：将二次水解工序得到的滤液，加热蒸发浓缩，得到浓溶液。浓溶液输入滤饼溶解工序，代替烧碱溶液进行滤饼溶解，实现部分烧碱循环。
13、第二蒸发：将一次水解工序得到的滤液，加热蒸发浓缩，得到浓溶液。浓溶液输入苛化工序。
14、苛化：将第二蒸发工序得到的滤液，进行苛化处理。苛化结束后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼输入率值调整工序；滤液为含有氢氧化钠的稀溶液，分别输入配料干燥工序和第三蒸发工序。
15、配料干燥：将苛化工序得到的滤液，取需要的量与粉煤灰混合，得到混合浆料；将混合浆料与含二氧化碳的烟道气进行混合干燥，氢氧化钠与二氧化碳反应，生成碳酸钠，得到粉煤灰-纯碱混合料粉，循环用于下一批纯碱碱融，实现了纯碱循环。
16、第三蒸发：将苛化工序得到的滤液用于配料干燥工序后剩余的溶液加热蒸发浓缩，得到浓溶液。浓溶液作为浓烧碱溶液，循环用于烧碱碱熔工序、氢氧化铝溶出工序和滤饼溶解工序，实现了全部烧碱循环。
17、率值调整：将苛化工序得到的滤饼加入率值调整原料，用水进行洗涤。洗涤后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼输入煅烧工序；滤液并入洗涤液，集中循环利用。
18、煅烧：将率值调整工序得到的滤饼进行煅烧，得到水泥熟料。水泥熟料输入粉碎工序。
19、粉碎：将煅烧工序得到的水泥熟料粉碎，得到产品水泥。
具体实施方式：
结合图2，本发明是这样进一步实现的：
如图2中所示，将纯碱碱融工序和煅烧工序产生的高温烟道气合并用常温空气进行换热：高温烟道气经过空气换热，将常温空气加热得到400-800℃的热空气，高温烟道气温度降低，变为500-600℃中温烟道气；中温烟道气再用于配料干燥工序，得到粉煤灰-纯碱混合料粉，中温烟道气温度降低到200℃以下。200℃以下的烟道气经过水洗、净化处理后，得到的常温洁净烟道气直接排放。
400-800℃的热空气用于烧碱碱熔工艺的加热浓缩和烘焙干燥；
通过对烟道气的换热利用和净化处理，实现了废热再利用和尾气无污染排放。
所述图2中的粉煤灰是指用粒度为40-200目的粉煤灰作为原料粉煤灰，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40-200目的粉煤灰与纯碱粉按照质量比粉煤灰∶纯碱粉＝1∶0.5-2.6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∶0.4-2.3之和计算，得到粉煤灰-纯碱混合料粉，在1050-1450℃温度下反应40-60分钟，保持出料温度在1000℃以上，得到熔融体熟料和1000℃以上的纯碱碱融尾气高温烟道气。熔融体熟料输入水淬工序；高温烟道气输入换热工序。
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。水淬液输入浆料溶解工序，溶解湿磨得到的浆料；1-5毫米的细小颗粒料输入湿磨工序。
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100目以上，得到浓稠浆料。浓稠浆料输入浆料溶解工序。
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。滤饼输入烧碱碱熔工序；滤液输入一次水解工序。
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经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℃的热空气加热反应，直到物料变成干粉。干粉输入干粉溶解工序。
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，输入氢氧化铝溶出工序；滤液输入一次水解工序。
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溶解后溶液中摩尔比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。洗涤后的滤饼呈碱性，作为滤渣，其中含有大量的Fe2O3、CaO、TiO2、MgO等组分和少量的Al(OH)3，输入污水处理工序，用于对洗涤烟道气后的污水进行絮凝净化处理。滤液输入一次水解工序。
所述图2中的一次水解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，用洗涤液进行稀释水解。稀释水解时，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＝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，输入滤饼溶解工序；滤液为含有少量铝酸钠的硅酸钠溶液，输入第二蒸发工序。
所述图2中的滤饼溶解是指将一次水解工艺段得到的滤饼用烧碱溶液溶解，得到粗铝酸钠溶液。滤饼溶解时，控制溶解后溶液中Al2O3≤150克/升、Na2O≤210克/升，溶解温度110℃，溶解时间3小时。粗铝酸钠溶液输入脱硅提纯工序。
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含氧化钙的脱硅原料生石灰或熟石灰进行脱硅处理。脱硅时，氧化钙用量6-8克/升，温度100-105℃，时间1小时。脱硅提纯后，过滤，得到脱硅渣和滤液。脱硅渣直接输送到烧碱碱熔工艺段，与浆料溶解工序得到的滤饼一起，重新进行烧碱碱熔处理；滤液输入二次水解工序。
所述图2中的二次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，经烘干、粉碎后为产品氢氧化铝；滤液输入第一蒸发工序。
所述图2中的第一蒸发是指将二次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。浓溶液循环输入滤饼溶解工段，用来代替烧碱溶液进行滤饼溶解，实现部分烧碱循环。
所述图2中的第二蒸发是指将一次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150-250克/升为浓缩终点，得到含有少量铝酸钠的硅酸钠浓溶液。浓溶液输入苛化工序。
所述图2中的苛化是指将第二蒸发工艺段得到的溶液，添加苛化原料生石灰或熟石灰或乙炔工业的电石渣进行苛化处理。加入苛化原料时，控制加入苛化原料后的混合物料中质量比SiO2∶CaO＝1∶2-3。苛化温度100-105℃，时间1.5-2.5小时。苛化结束后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼输入率值调整工序；滤液为氢氧化钠溶液，输入配料干燥工序和第三蒸发工序。
所述图2中的配料干燥是指将苛化工艺段得到的滤液，根据纯碱碱融工序配方计算结果需要的碳酸钠质量，换算成氢氧化钠质量后，取需要体积的滤液与粉煤灰混合，得到混合浆料；将混合浆料与500-600℃的中温烟道气进行混合干燥，使氢氧化钠与二氧化碳反应，生成碳酸钠，得到粉煤灰-纯碱混合料粉，用于下一批的纯碱碱融，实现了纯碱循环。
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，得到的尾气是常温洁净烟道气。净化后的尾气直接排放。
所述图2中的第三蒸发是指将苛化工艺段得到的滤液用于配料干燥工序后剩余的溶液，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，得到浓烧碱氢氧化钠溶液，循环输入到烧碱碱熔工段、氢氧化铝溶出工段和滤饼溶解工段，用来代替烧碱溶液使用，实现全部烧碱循环。
所述图2中的率值调整是指将苛化工艺段得到的滤饼，加入率值调整原料，并用95℃热水搅拌洗涤至PH＝9-10。洗涤后，过滤，得到滤饼和滤液。滤饼为水泥生料，输入煅烧工序；洗涤液集中用于循环利用。
加入的率值调整原料，除了污水处理工序得到的的废渣，还可以是钢厂的钢渣粉、黄磷工业的磷渣粉、磷酸工业的磷石膏粉、火电工业的粉煤灰、煤炭工业的煤矸石粉、氧化铝工业的尾矿粉和赤泥、铜锌矿工业选矿的尾矿粉；加入的率值调整原料质量根据加入率值调整原料后的混合物料中质量比Al2O3∶Fe2O3＝1∶0.8-1.7、SiO2∶(Al2O3+Fe2O3)＝1∶1.7-2.7、SiO2∶CaO＝1∶2-3、(CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3)∶2.8SiO2＝0.82-0.94计算确定。
所述图2中的煅烧是指将率值调整工艺段得到的滤饼，在1250-1500℃进行煅烧处理，得到水泥熟料和1000℃以上的煅烧尾气高温烟道气。高温烟道气输入换热工序。
所述图2中的粉碎是指将煅烧工艺段得到的水泥熟料冷却后进行粉碎，粉碎到200目，得到产品水泥。
氢氧化铝溶出工艺段滤饼洗涤后得到的滤渣，输入污水处理工序，用于对洗涤低温烟道气后的污水进行絮凝净化处理。净化处理后产生的废渣输入率值调整工序；污水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→Na2O·SiO2+CO2↑
          Na2CO3+Al2O3→Na2O·Al2O3+CO2↑
          Na2O·Al2O3+Na2O·SiO2→Na2O·Al2O3·2SiO2
          Na2CO3+Fe2O3→Na2O·Fe2O3+CO2↑
          Na2O·Fe2O3+Al2O3→Na2O·Al2O3+Fe2O3
          CaO+SiO2→2CaO·SiO2
          CaO+Al2O3→CaO·Al2O3
          CaO+Fe2O3→2CaO·Fe2O3
          Na2CO3+SiO2+CaO→Na2O·CaO·SiO2+CO2↑
          CaO+Na2O·Al2O3·2SiO2→Na2O·Al2O3+2CaO·SiO2
          MgO+SiO2→MgO·SiO2
          MgO+CaO+Fe2O3→MgO·2CaO·Fe2O3
浆料溶解：Na2O·Al2O3+H2O→Al(OH)3↓+NaOH
          Na2O·Fe2O3+H2O→Fe(OH)3↓+NaOH
          Na2O·Al2O3·2SiO2+NaOH→Na2O·Al2O3+Na2O·SiO2+H2O
烧碱碱熔：Na2O·Al2O3·2SiO2+NaOH→Na2O·Al2O3+Na2O·SiO2+H2O
          Al(OH)3+NaOH→Na2O·Al2O3+H2O
          Fe(OH)3+NaOH→Na2O·Fe2O3+H2O
干粉溶解：Na2O·Al2O3+H2O→Al(OH)3↓+NaOH
          Na2O·Fe2O3+H2O→Fe(OH)3↓+NaOH
氢氧化铝溶出：Al(OH)3+NaOH→Na2O·Al2O3+H2O
一次水解：Na2O·Al2O3+H2O→Al(OH)3↓+NaOH
滤饼溶解：Al(OH)3+NaOH→Na2O·Al2O3+H2O
脱硅提纯：Na2O·Al2O3+CaO+H2O→3CaO·Al2O3·6H2O↓+NaOH
          Na2O·Al2O3+Na2O·SiO2+CaO+H2O→3CaO·Al2O3·xSiO2·YH2O↓+NaOH
二次水解：Na2O·Al2O3+H2O→Al(OH)3↓+NaOH
苛    化：CaO+H2O→Ca(OH)2
          Ca(OH)2+Na2CO3→CaCO3↓+H2O
          Ca(OH)2+Na2O·Al2O3+H2O→3CaO·Al2O3·6H2O↓+NaOH
          3CaO·Al2O3·6H2O↓+Na2O·SiO2+H2O→3CaO·Al2O3·XSiO2·YH2O↓+NaOH
          Na2O·Al2O3+Na2O·SiO2+H2O→Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O↓
          Ca(OH)2+Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O+NaOH
                               →Na2O·2CaO·2SiO2·H2O↓+Na2O·Al2O3+H2O
          Na2O·2CaO·2SiO2·H2O+NaOH→Na2O·SiO2+Ca(OH)2↓+H2O
          Ca(OH)2+Na2O·SiO2→CaO·SiO2·XH2O↓+NaOH
配料干燥：NaOH+CO2→Na2CO3+H2O
煅    烧：Ca(OH)2→CaO+H2O↑
          Fe(OH)3→Fe2O3+H2O↑
          CaCO3→CaO+CO2↑
          3CaO·Al2O3·6H2O→3CaO·Al2O3+H2O↑
          CaO·SiO2·XH2O→2CaO·SiO2+SiO2+H2O↑
          3CaO·Al2O3·XSiO2·YH2O→3CaO·Al2O3+2CaO·SiO2+SiO2+H2O↑
          CaO+SiO2→2CaO·SiO2
          CaO+CaO·SiO2→2CaO·SiO2
          CaO+Fe2O3→2CaO·Fe2O3
          CaO+3CaO·Al2O3→5CaO·3Al2O3
          CaO+2CaO·Fe2O3+5CaO·3Al2O3→4CaO·Al2O3·Fe2O3
          CaO+2CaO·SiO2→3CaO·SiO2
本发明经过实际试用，收到了如下的效果：
1、粉煤灰的资源利用率高。与对比文献1、2、3相比较，本发明100％利用了粉煤灰，氧化铝的提取率达到85％，不仅提取了占粉煤灰原料总量20％左右的氧化铝，而且同时利用了粉煤灰原料中剩余的所有组分，适用于各种粉煤灰资源的开发。
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氧化铝、铝酸盐等化工产品。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，本发明采用纯碱循环与烧碱循环工艺，工艺流程简洁，产品生产周期短，只要4-6小时；产品得率高；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，本发明的生产过程对环境没有二次污染。
5、产品质量高。本发明得到的产品氢氧化铝为高纯度氢氧化铝，可以进一步生产目前国内无法生产的、电解铝工业中最好的砂状氧化铝；由于是采用配方工艺湿法生产的水泥，产品水泥的组成可以在率值调整工段通过准确的配料控制获得，水泥质量比用粉煤灰作原料的其他工艺生产的水泥质量高、质量容易控制。
本发明实施得到的氢氧化铝、水泥产品以及由氢氧化铝运用公知的酸溶、碱溶工艺得到的各种铝盐、铝酸盐、氧化铝产品，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、建筑、电解铝等行业使用。

Claims (10)

1.一种利用粉煤灰生产氢氧化铝和水泥的工艺方法，特征在于运用纯碱-烧碱联合法原理，采用纯碱和烧碱同时循环工艺，通过纯碱碱融-烧碱碱熔-水解-苛化-煅烧，实现提取粉煤灰中氧化铝的同时，其余组分全部转化成水泥，100％利用粉煤灰，生产氢氧化铝和水泥：
(1)纯碱碱融：将粉煤灰-纯碱混合料粉加热进行纯碱碱融，得到熔融体熟料；熔融体熟料输入水淬工序；
(2)水淬：将纯碱碱融工序得到的熔融体熟料趁高温迅速进行水淬，得到固体细粒料；细粒料输入湿磨工序；
(3)湿磨：将水淬工序得到的细粒料进行湿磨，得到浓浆料；浓浆料输入浆料溶解工序；
(4)浆料溶解：将湿磨工序得到的浓浆料进行稀释、溶解；溶解后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼输入烧碱碱熔工序，滤液输入一次水解工序；
(5)烧碱碱熔：将浆料溶解工序得到的滤饼，加入烧碱溶液，加热进行碱熔，得到干粉；干粉输入干粉溶解工序；
(6)干粉溶解：将烧碱碱熔工序得到的干粉进行溶解；溶解后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼经洗涤后，输入氢氧化铝溶出工序；滤液输入一次水解工序；
(7)氢氧化铝溶出：将干粉溶解工序得到的滤饼用烧碱溶液进行溶解；溶解后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼经洗涤作为滤渣；滤液输入一次水解工序；
(8)一次水解：将浆料溶解工序、干粉溶解工序及氢氧化铝溶出工序得到的滤液合并，进行稀释水解；稀释水解结束后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼经洗涤输入滤饼溶解工序；滤液输入第二蒸发工序；
(9)滤饼溶解：将一次水解工序得到的滤饼，用烧碱溶液进行溶解，得到溶液；溶液输入脱硅提纯工序；
(10)脱硅提纯：将滤饼溶解工序得到的溶液，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；脱硅渣直接输入烧碱碱熔工序，与浆料溶解工序得到的滤饼一起，重新进行烧碱碱熔；滤液输入二次水解工序生产氢氧化铝；
(11)二次水解：将脱硅提纯工序得到的滤液，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；滤液输入第一蒸发工序； 
(12)第一蒸发：将二次水解工序得到的滤液，加热蒸发浓缩，得到浓溶液；浓溶液输入滤饼溶解工序，代替烧碱溶液进行滤饼溶解，实现部分烧碱循环；
(13)第二蒸发：将一次水解工序得到的滤液，加热蒸发浓缩，得到浓溶液输入苛化工序；
(14)苛化：将第二蒸发工序得到的滤液，进行苛化处理；苛化结束后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼输入率值调整工序；滤液分别输入配料干燥工序和第三蒸发工序；
(15)配料干燥：将苛化工序得到的滤液，取需要的量与粉煤灰混合，得到混合浆料；将混合浆料与烟道气进行混合干燥，得到粉煤灰-纯碱混合料粉，循环用于下一批纯碱碱融，实现了纯碱循环；
(16)第三蒸发：将苛化工序得到的滤液加热蒸发浓缩，得到浓溶液；浓溶液作为浓烧碱溶液，循环用于烧碱碱熔工序、氢氧化铝溶出工序和滤饼溶解工序，实现了全部烧碱循环；
(17)率值调整：将苛化工序得到的滤饼加入率值调整原料，用水进行洗涤；洗涤后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼输入煅烧工序；滤液并入洗涤液，集中循环利用；
(18)煅烧：将率值调整工序得到的滤饼进行煅烧，得到水泥熟料；水泥熟料输入粉碎工序；
(19)粉碎：将煅烧工序得到的水泥熟料粉碎，得到产品水泥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的纯碱碱融：将粉煤灰-纯碱混合料粉加热进行纯碱碱融，得到熔融体熟料，是指将40-200目的粉煤灰与纯碱粉按照质量比粉煤灰∶纯碱粉＝1∶0.5-2.6进行配料，得到粉煤灰-纯碱混合料粉，在1050-1450℃温度下反应40-60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：将湿磨工序得到的浓浆料进行稀释、溶解；溶解后，过滤，是指将湿磨工艺段得到的浓浆料进行稀释；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：将浆料溶解工序得到的滤饼，加入烧碱溶液，加热进行碱熔，得到干粉，是指将经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：将烧碱碱熔工序得到的干粉进行溶解；溶解后，过滤，得到滤饼和滤液；滤饼经洗涤，是指将经烧碱碱熔工艺段得到的干粉溶解；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；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：将干粉溶解工序得到的滤饼用烧碱溶液进行溶解；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，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溶解后溶液中摩尔比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，其特征在于所述的滤饼溶解：将一次水解工序得到的滤饼，用烧碱溶液进行溶解，是指将一次水解工艺段得到的滤饼用烧碱溶液溶解；滤饼溶解时，控制溶解后溶液中Al2O3≤150克/升、Na2O≤210克/升，溶解温度110℃，溶解时间3小时。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的第二蒸发：将一次水解工序得到的滤液，加热蒸发浓缩，得到浓溶液，是指将一次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150-250克/升为浓缩终点。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的苛化：将第二蒸发工序得到的滤液，进行苛化处理，是指将第二蒸发工艺段得到的溶液，添加苛化原料进行苛化处理；加入苛化原料时，控制加入苛化原料后的混合物料中质量比SiO2∶CaO＝1∶2-3；苛化温度100-105℃，时间1.5-2.5小时。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的率值调整：将苛化工序得到的滤饼加入率值调整原料，是指将上道苛化工艺段得到的滤饼，加入率值调整原料，并用水洗涤至pH＝9-10；洗涤后，过滤，滤饼输入煅烧工序；加入的率值调整原料质量根据加入率值调整原料后的混合物料中质量比Al2O3∶Fe2O3＝1∶0.8-1.7、SiO2∶(Al2O3+Fe2O3)＝1∶1.7-2.7、SiO2∶CaO＝1∶2-3、(CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3)∶2.8SiO2＝0.82-0.94计算确定。 
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