CN101891224A - 利用赤泥和粉煤灰生产氧化铝和白炭黑的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用赤泥和粉煤灰生产氧化铝和白炭黑的方法，主要是以粉煤灰和赤泥为原料，充分利用粉煤灰和赤泥中的Al₂O₃、SiO₂、Na₂O的资源，并与氢氧化钠或碳酸钠按照一定的比例进行配料，经过煅烧、酸浸、浓缩、结晶、热分解、水洗涤、种分、焙烧等工艺，制得氧化铝和白炭黑；工艺过程中酸循环利用，废渣可作为水泥和炼铁的原料。本发明实现了变废为宝，变害为宝，减少了赤泥、粉煤灰对环境的污染。我国是铝土资源贫乏的国家，粉煤灰和赤泥的开发利用，对我国铝工业可持续发展奠定了基础。本发明是赤泥资源化利用的一个新的突破，本发明生产氧化铝和白炭黑工艺流程简单，废物利用，生产成本低。

Description

利用赤泥和粉煤灰生产氧化铝和白炭黑的方法 

技术领域：

本发明涉及一种生产氧化铝和白炭黑的方法，尤其是以赤泥和粉煤灰为主要原料生产氧化铝和白炭黑的方法。 

背景技术

粉煤灰是由火电厂排出的固体废弃物，我国是以煤炭为主要能源的国家，每年燃煤电厂排出的粉煤灰5亿吨以上，给生态环境带来一定的影响，粉煤灰的利用，国内外广大科技工作者做了大量的工作，主要利用在建材方面，近几年来，研究利用高铝粉煤灰生产氧化铝和白炭黑，在国内迅速兴起，这方面的文献和专利较多。 

赤泥是氧化铝生产厂排出的固体废弃物，我国是氧化铝生产大国，氧化铝的产能3000多万吨/年以上，按照每生产1吨氧化铝排放0.5-2t赤泥计算，我国每年排放的赤泥达3000万吨，赤泥的PH值达12以上，是具有腐蚀性的危险废弃物，赤泥的处理和资源化利用是世界难题，国内外广大科技工作者做了大量工作，研究主要集中在赤泥作为水泥方面。目前，赤泥的处理依然采用建赤泥库进行堆放，不仅占了大量的农田，而且对环境产生较大的影响。 

经查阅文献资料，国内外没有使用赤泥和粉煤灰为主要原料生产氧化铝和白炭黑的文献报道。 

如何能够充分的利用粉煤灰、赤泥作为原料，变废为宝，并且实现工业规模化生产，是一个急需要解决的问题。 

发明内容

为了克服上述技术中的不足，本发明的目的在于提供一种利用赤泥和粉煤灰为主要原料生产氧化铝和白炭黑的方法，充分利用赤泥、粉煤灰中的三氧化 二铝、二氧化硅、氧化钠，实现了变废为宝，并且可以规模化生产。 

本发明的原理如下：粉煤灰是煤炭经过高温燃烧后而形成的玻璃体，粉煤灰的主要成分是三氧化二铝、二氧化硅，主要物相为硅铝玻璃体和莫来石，本身没有活性，直接用酸很难反应。本发明是用赤泥、粉煤灰及NaOH或Na₂CO₃按照一定比例混合均匀，中温下煅烧。使粉煤灰的硅铝玻璃体中的Si-O-Si，Si-O-AL结构发生破裂，莫来石的链状结构转化为NaALSO₄结构，共价键转变成离子键，煅烧后的产物主要相为霞石，是一种可以溶于酸的物质。然后用低浓度酸进行浸取，实现铝硅等物质的分离，得到氧化铝和白炭黑。赤泥含有一定量的NaO可以充分利用，节约NaOH或Na₂CO₃。 

本发明的目的是这样实现的： 

利用赤泥和粉煤灰生产氧化铝和白炭黑的方法，其具体步骤如下： 

a、将粉煤灰、赤泥和NaOH或Na₂CO₃按照一定比例混合均匀； 

b、将a步所得物质进行煅烧，煅烧的物料用盐酸或者硫酸进行浸取，得到溶液和渣，溶液成分主要是氯化物或硫酸盐，渣中主要成分为SiO₂，酸渣经水洗涤，得到水洗液。 

c、将b步所得溶液(含酸渣水洗涤液)中的氯化物或硫酸盐进行浓缩结晶； 

d、将c步所得浓缩结晶的固体进一步进行热分解回收盐酸或者硫酸。 

e、用盐酸作为浸出剂时，d步中热分解的产物进行水洗涤，回收氯化钠、氯化钙。用硫酸作为浸出剂时，d步中热分解的产物进行水洗涤，回收硫酸钠、硫酸钙。 

f、经e步中经洗涤热分解的产物加碱调整PH值，过滤分离，进行除铁、钙、镁等杂质，过滤得到纯净的铝酸钠溶液，含铁、钙等的分离物，可以作为 炼铁或水泥原料。 

g、用NaOH作为原料时，将f步中得到的铝酸钠溶液进行种子分解，得到氢氧化铝。用Na₂CO₃作为原料时，可充分利用煅烧得到二氧化碳对铝酸钠溶液进行碳分得到氢氧化铝。 

h、氢氧化铝进一步焙烧得到氧化铝； 

I、b步中酸浸的渣经洗涤、除杂质、浓缩、煅烧工艺得到纯度较高的白炭黑。 

本发明中赤泥、粉煤灰、碱(NaOH或Na₂CO₃)比例为0.5-3∶1∶0-0.5，煅烧温度为700-900℃，煅烧时间为15-120分钟。 

本发明中使用盐酸浸取时，盐酸浓度为10-25％，使用硫酸浸取时硫酸浓度为20-60％。 

有益效果：本发明充分利用粉煤灰和赤泥中的Al₂O₃、SiO₂、Na₂O的资源，变废为宝，变害为宝，减少了赤泥的排放量，减少了赤泥、粉煤灰对环境的污染，我国是铝土资源贫乏的国家，粉煤灰及赤泥的开发利用，对我国铝工业可持续发展奠定了基础。本发明是赤泥资源化利用的一个新的突破，本发明生产氧化铝和白炭黑工艺流程简单，废物利用，生产成本低。 

附图说明

图为本发明的反应工艺流程示意图； 

具体实施例：

下面结合实施例对本发明做进一步说明： 

实施例1： 

取粉煤灰5g，粉煤灰主要化学成分：Al₂O₃：21.6％，SiO₂：47.12％，Fe₂O₃：4.82％，CaO：5.5％，赤泥6.7g，赤泥主要化学成分：Al₂O₃：21.6％，SiO₂：15.96％， Fe₂O₃：14.92％，CaO：23.00％，Na₂O：8.0％.加NaOH 0.5g煅烧温度800℃，时间60分钟。用盐酸浸取，浓度为10％，浸取时间为30分钟，过滤得到溶液和残渣。残渣主要成分为SiO₂，经水洗涤、过滤、煅烧得到白炭黑。酸浸出液和酸渣的水洗涤液经浓缩结晶。对结晶物进行热分解，加热温度为500℃，同时回收盐酸，循环利用。热分解的产物，用水进行洗涤，回收氯化钠、氯化钙，再加入NaOH调整PH值，过滤分离，除去铁、钙、镁等杂质，得到纯净的铝酸钠溶液，加氢氧化铝种子进行分解，得到氢氧化铝，氢氧化铝焙烧得到2.04g氧化铝，氧化铝收率为81.65％。残渣主要成分为Fe₂O₃和CaO，可以作为水泥原料使用。 

实施例2： 

使用的粉煤灰和赤泥的成分同例1，取5g粉煤灰，13g赤泥，加NaOH1.0g，煅烧温度790℃，时间25分钟。用盐酸浸取时，浓度为20％，浸取时间为30分钟，过滤得到溶液和残渣。残渣主要成分为SiO₂，洗涤、过滤、煅烧得到白炭黑。酸浸出液和酸渣的水洗涤液经浓缩结晶。对结晶物进行热分解，加热温度为500℃，同时回收盐酸，循环利用。热分解的产物进行水洗涤，回收氯化钠、氯化钙，再加入NaOH调整PH值，除去铁、钙、镁等杂质，得到纯净的铝酸钠溶液，加氢氧化铝种子进行分解，得到氢氧化铝，氢氧化铝焙烧得到3.25g氧化铝，氧化铝收率为83.8％。残渣主要成分为Fe₂O₃和CaO，可以作为水泥原料使用。 

实施例3： 

取粉煤灰5g，粉煤灰主要化学成分：Al₂O₃：25.9％，SiO₂：46.15％，Fe₂O₃：6.85％，CaO：8.0％，赤泥10g，赤泥主要化学成分：Al₂O₃：23.15％，SiO₂：18.90％，Fe₂O₃：10.15％，CaO：21.55％，Na₂O：9.1％，加NaOH0.5g，煅烧温度800℃，时间120分钟。用盐酸浸取时，浓度为23％，浸取时间为45分钟，过滤得到溶液和 残渣。残渣主要成分为SiO₂，洗涤、过滤、煅烧得到白炭黑4.0g。酸浸出液和酸渣的水洗涤液经浓缩结晶。对结晶物进行热分解，加热温度为500℃，同时回收盐酸，循环利用。热分解的产物进行水洗涤，回收氯化钠、氯化钙，然后再加入NaOH调整PH值，除去铁、钙、镁等杂质，得到纯净的铝酸钠溶液，加氢氧化铝种子进行分解，得到氢氧化铝，氢氧化铝焙烧得到3.43g氧化铝，氧化铝收率为95％。残渣主要成分为Fe₂O₃和CaO，可以作为水泥原料使用。 

实施例4： 

使用的粉煤灰和赤泥的成分同例3，取5g粉煤灰，11.25g赤泥，加Na₂CO₃1.5g，煅烧温度850℃，时间90分钟。其他按照例3的工艺，利用原料煅烧时回收的二氧化碳对纯净的铝酸钠溶液进行碳分得到氢氧化铝，氢氧化铝焙烧得到3.7g氧化铝，氧化铝的收率为95％。白炭黑4.06，SiO₂收率为91.45％，残渣含铁量高，可以作为水泥原料或炼铁原料。 

实施例5： 

取粉煤灰5g，粉煤灰主要化学成分：Al₂O₃：32.15％，SiO₂：47.65％，Fe₂O₃：7.32％，CaO：5.20％，2.5g赤泥，赤泥主要化学成分：Al₂O₃：23.56％，SiO₂：18.82％，Fe₂O₃：10.45％，CaO：23.67％，Na₂O：8.6％，，加NaOH2.5g煅烧温度800℃，时间45分钟。用硫酸浸取时，浓度为20％，浸取时间为35分钟，过滤得到溶液和残渣。残渣主要成分为SiO₂，洗涤、过滤、煅烧得到白炭黑。酸浸出液和酸渣的水洗涤液经浓缩结晶。对结晶物进行热分解，加热温度为900℃，同时回收硫酸，循环利用。热分解的产物，进行水洗，回收硫酸钠，然后再加入NaOH调整PH值，除去铁、钙等杂质，得到铝酸钠溶液，加氢氧化铝种子进行分解，得到氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧得到2.02g氧化铝，氧化铝收率为92.15％。残渣主要成分为Fe₂O₃和CaO。可以作为水泥原料使用。 

实施例6： 

取粉煤灰5g，粉煤灰主要化学成分：Al₂O₃：32.15％，SiO₂：48.65％，Fe₂O₃：7.32％，CaO：11.20％，赤泥5g，赤泥主要化学成分：Al₂O₃：23.56％，SiO₂：15.82％，Fe₂O₃：10.45％，CaO：23.67％，Na₂O：8.1％，，加Na₂CO₃2.0g煅烧温度900℃，时间45分钟。用硫酸浸取时，浓度为50％，浸取时间为40分钟，过滤得到溶液和残渣。残渣主要成分为SiO₂，洗涤、过滤、煅烧得到白炭黑3.0g。酸浸出液和酸渣的水洗涤液经浓缩结晶。对结晶物进行热分解，加热温度为850℃，同时回收硫酸，循环利用。热分解的产物，进行水洗涤，回收硫酸钠，然后再加入NaOH调整PH值，除去铁、钙等杂质，得到纯净的铝酸钠溶液，利用原料煅烧时产生的二氧化碳进行碳分，得到氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧得到2.65g氧化铝，氧化铝收率为95.15％。残渣主要成分为Fe₂O₃和CaO，可以作为水泥原料使用。 

实施例7： 

取粉煤灰5g，粉煤灰主要化学成分：Al₂O₃：21.6％，SiO₂：47.12％，Fe₂O₃：4.82％，CaO：5.5％，赤泥6.7g，赤泥主要化学成分：Al₂O₃：21.6％，SiO₂：15.96％，Fe₂O₃：14.92％，CaO：23.00％，Na₂O：9.0％.煅烧温度900℃，时间60分钟。用盐酸浸取，浓度为10％，浸取时间为30分钟，过滤得到溶液和残渣。残渣主要成分为SiO₂，洗涤、过滤、煅烧得到白炭黑。酸浸出液和酸渣的水洗涤液经浓缩结晶。对结晶物进行热分解，加热温度为500℃，同时回收盐酸，循环利用。热分解的产物，用水进行洗涤，回收氯化钠、氯化钙，再加入NaOH调整PH值，过滤分离，除去铁、钙、镁等杂质，得到纯净的铝酸钠溶液，加氢氧化铝种子进行分解，得到氢氧化铝，氢氧化铝焙烧得到1.97g氧化铝，氧化铝收率为78.0％。残渣主要成分为Fe₂O₃和CaO，可以作为水泥原料使用。 

本发明充分利用粉煤灰和赤泥中的Al₂O₃、SiO₂、Na₂O的资源，变废为宝， 变害为宝，减少了赤泥、粉煤灰对环境的污染，我国是铝土资源贫乏的国家，粉煤灰及赤泥的开发利用，对我国铝工业可持续发展奠定了基础。本发明是赤泥资源化利用的一个新的突破，本发明生产氧化铝和白炭黑工艺流程简单，废物利用，生产成本低。 

以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。 

Claims (3)

1.利用赤泥和粉煤灰生产氧化铝和白炭黑的方法，其具体步骤如下：

a、将粉煤灰、赤泥和NaOH或Na₂CO₃按照一定比例混合均匀；

b、将a步所得物质进行煅烧，煅烧的物料用盐酸或者硫酸进行浸取，得到溶液和渣，溶液成分主要是氯化物或硫酸盐，渣中主要成分为SiO₂，酸渣经水洗涤，得到水洗液。

c、将b步所得溶液(含酸渣水洗涤液)中的氯化物或硫酸盐进行浓缩结晶；

d、将c步所得浓缩结晶的固体进一步进行热分解回收盐酸或者硫酸。

e、用盐酸作为浸出剂时，d步中热分解的产物进行水洗涤，回收氯化钠、氯化钙。用硫酸作为浸出剂时，d步中热分解的产物进行水洗涤，回收硫酸钠、硫酸钙。

f、经e步中经洗涤热分解的产物加碱调整PH值，过滤分离，进行除铁、钙、镁等杂质，过滤得到纯净的铝酸钠溶液，含铁、钙等的分离物，可以作为炼铁或水泥原料。

g、用NaOH作为原料时，将f步中得到的铝酸钠溶液进行种子分解，得到氢氧化铝。用Na₂CO₃作为原料时，可充分利用煅烧得到二氧化碳对铝酸钠溶液进行碳分得到氢氧化铝。

h、氢氧化铝进一步焙烧得到氧化铝；

I、b步中酸浸的渣经洗涤、除杂质、浓缩、煅烧工艺得到纯度较高的白炭黑。

2.根据权利要求1所述的利用赤泥和粉煤灰生产氧化铝和白炭黑的方法，其特征在于：所述的赤泥、粉煤灰、碱(NaOH或Na₂CO₃)比例为0.5-3∶1∶0-0.5，煅烧温度为700-900℃，煅烧时间为15-120分钟。

3.根据权利要求1所述的利用赤泥和粉煤灰生产氧化铝和白炭黑的方法，其特征在于：所述的使用盐酸浸取时，盐酸浓度为10-25％，使用硫酸浸取时硫酸浓度为20-60％。

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