CN101941725B - 一种从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法 - Google Patents

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Abstract

一种从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法，涉及氧化铝联产活性硅酸钙生产的技术领域。本发明主要步骤为：将煤矸石粉碎后焙烧活化；煤矸石熟料进行碱溶脱硅反应，得到脱硅煤矸石和硅酸钠溶液；硅酸钠溶液苛化反应得到含水硅酸钙和氢氧化钠溶液，含水硅酸钙烘干制得活性硅酸钙微粉；脱硅煤矸石中加入石灰石和碳酸钠溶液球磨制成生料浆；生料浆焙烧后的熟料用水溶出，得到铝酸钠粗液和硅钙渣，硅钙渣经处理后作为水泥原料；铝酸钠粗液深度脱硅得到铝酸钠精化液；铝酸钠精化液中通入CO2碳分，得到氢氧化铝和碳酸钠溶液；氢氧化铝煅烧制得氧化铝产品。本发明方法工艺简单、生产成本低、能耗低、物耗量少，同时制得两种含硅产物副产品，且无废弃物产生。

Description

一种从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法
技术领域
本发明涉及氧化铝联产活性硅酸钙生产的技术领域，特别涉及从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法。
背景技术
煤矸石是我国目前排放和堆放量最大的固体废弃物，造成较大的环境污染和资源浪费。煤矸石的矿物组成主要为高岭石，其中氧化铝和二氧化硅含量较高，是一种潜在的矿物资源。随着国家对冶金级氧化铝需求的不断增加，以及我国铝土矿储量的日渐减少，利用工业生产产生的含铝矿物资源如粉煤灰、煤矸石等，代替天然铝土矿生产氧化铝等工业产品，并形成煤炭-电力-冶金的循环经济产业链，日益引起人们的重视。
目前以煤矸石为原料提取氧化铝的方法有酸法、碱法、酸碱(盐)联合法。由于酸法在工业上存在腐蚀设备、酸不易回收、金属杂质不易去除、环境污染等缺点，产业化推广受到了限制。另外采用酸碱(盐)联合法，存在工艺流程长，生成成本高，产品纯度低及环境污染的问题。碱法工艺大多是将纯碱或石灰加入煤矸石进行煅烧，最后浸出氧化铝。由于二氧化硅的干扰，存在碱耗大、能耗高的问题，经济性差。
中国发明专利申请号为200510048215.1的“一种用煤矸石生产氧化铝的方法”，公开了先将煤矸石粉碎，加Na2CO3在700～900℃焙烧后，用NaOH溶液浸取，过滤残渣，滤液通CO2生成Al(OH)3沉淀，过滤、烘干沉淀再经高温脱水得Al2O3产品。中国发明专利申请号为200710017303.4的“煤矸石中提取氢氧化铝或氧化铝及其废渣生产水泥的方法”，公开了先将煤矸石煅烧，煅烧后产生的偏高岭石加石灰或电石渣混合加水进行蒸压反应，然后将蒸压料在800～1000℃下煅烧，煅烧熟料用碳酸钠溶液浸取，浸取液再经脱硅、碳化制得氢氧化铝，氢氧化铝煅烧为氧化铝。中国发明专利申请号为200710133214.6的“利用煤矸石生产氢氧化铝和硅酸工艺方法”，公开了先将煤矸石加纯碱碱融，熟料水淬、湿磨，浆料溶解分离后滤饼再用烧碱碱熔，所得浓浆料加热得到干粉再溶解，过滤分离后滤饼再经烧碱溶出，以上三项技术工艺浆料溶解、干粉溶解、烧碱溶出得到滤液经稀释水解生产氢氧化铝，稀释水解得到滤液分三次碳化，产物分别为氢氧化铝、硅酸和碳酸氢钠。以上三项技术专利均为碱法，由于煤矸石中二氧化硅含量高，直接提取氧化铝对碱的需耗非常大，申请号200710133214.6的专利虽然生产副产品硅酸，但工艺非常繁琐，经济性差。中国发明专利申请号为200410062965.X的“一种生产氧化铝的工艺”，公开了先期对高岭岩、粉煤灰等原料进行活化预脱硅，然后用石灰石自粉碎烧结法混合焙烧，碳酸钠稀碱液浸取，浸取液络合反应提纯，碳化制得氢氧化铝，再高温焙烧为氧化铝，该发明先进行了预脱硅，减少了碱耗量，但是未对脱除掉的二氧化硅进行利用，造成了资源浪费，另外该发明中高岭岩焙烧活化和石灰石自粉碎烧结的温度都较高，能耗较大。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法。该方法工艺简单、生产成本低、能耗低、物耗量少，同时制得两种含硅产物副产品，且无废弃物产生。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法，其主要步骤为：
①将煤矸石粉碎后进行高温焙烧活化；
②焙烧后的煤矸石熟料加入氢氧化钠溶液进行碱溶脱硅反应，然后过滤分离，得到脱硅煤矸石和硅酸钠溶液；
③将石灰乳加入硅酸钠溶液中，进行苛化反应，然后过滤分离得到含水硅酸钙和氢氧化钠溶液，含水硅酸钙烘干制得活性硅酸钙微粉，氢氧化钠溶液浓缩后可返回步骤②循环使用；
④步骤②得到的脱硅煤矸石中加入磨细的石灰石和碳酸钠溶液，送入球磨机内球磨制成生料浆；
⑤将生料浆送入回转窑焙烧，并回收烟气中的CO2，用于步骤⑧铝酸钠精化液的碳分；
⑥生料焙烧后的熟料用水溶出，过滤分离，得到铝酸钠粗液和硅钙渣，硅钙渣经脱碱处理后作为水泥原料；
⑦用两段脱硅法对铝酸钠粗液深度脱硅，得到铝酸钠精化液；
⑧铝酸钠精化液中通入CO2碳分，过滤分离得到氢氧化铝和碳酸钠溶液，碳酸钠溶液浓缩后返回步骤④循环使用；
⑨氢氧化铝高温煅烧制得氧化铝产品。
在上述方法中，所述煤矸石中Al2O3的含量≥40％，SiO2的含量≥50％。
在上述方法中，所述煤矸石粉碎粒度为100～200目。
在上述方法中，所述煤矸石焙烧温度为850～1050℃，焙烧时间为0.5～2h。
在上述方法中，所述煤矸石脱硅用氢氧化钠溶液的浓度为12～20％，氢氧化钠与煤矸石的质量比为0.4～0.6，脱硅反应温度为90～120℃，反应时间为1～3小时。
在上述方法中，所述石灰乳加入量按CaO和SiO2摩尔比为1.0～1.3计，苛化反应温度为90～110℃，反应时间为0.5～1.5小时。
在上述方法中，所述含水硅酸钙的烘干温度为200～400℃，烘干时间为0.5～2小时。
在上述方法中，所述生料浆含水率为35～40％，钙比为2.0～2.02，碱比为0.96～1.0。
在上述方法中，所述生料浆在回转窑中焙烧温度为1160～1260℃，焙烧时间为1～1.5h。
在上述方法中，所述熟料溶出温度为65～75℃，溶出时间为8～15min；
在上述方法中，所述铝酸钠精化液碳分反应温度为75～90℃，碳分终点控制pH为9.5～10。
与现有技术比较，本发明的优点在于：
(1)活化预脱硅工艺本发明采用对煤矸石焙烧活化，控制合理的焙烧温度和时间，使氧化铝和二氧化硅在碱溶过程中分离，70％以上二氧化硅进入到溶液中被脱除，大大提高煤矸石中的铝硅比，可达到3.5以上。
(2)能耗降低煤矸石采用预焙烧活化，焙烧温度低于现有技术，提高其活性，也有利于氧化铝提取工艺中生料的焙烧，同时采用碱石灰烧结法降低生料的焙烧温度，缩短生料焙烧时间，降低能耗。
(3)降低物耗  煤矸石采取活化预脱硅处理，大大降低了二氧化硅的含量，减少氧化铝提取工艺中生料焙烧的碱耗量，减少硅钙渣量，提高整个工艺生产效率。
(4)节约生产成本本工艺中原料采用废弃物煤矸石，氢氧化钠和碳酸钠均可以循环使用，生料焙烧过程中产生CO2回收利用，降低了生产成本。
(5)废物零排放熟料窑排放的CO2气体，回收用于碳分工序；氢氧化钠和碳酸钠母液循环使用；硅钙渣经脱碱处理后作为水泥原料，整个工艺实现了废物零排放。
(6)副产品活性硅酸钙粉白度高、杂质含量低，可广泛用于橡胶、塑料、涂料、造纸等行业，使有价资源得到综合利用，提高经济效益。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
附图为本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
参看附图，本发明的生产步骤为：
①原料选用含Al2O3 42.93％、SiO251.92％的煤矸石，磨细到200目后，高温焙烧活化，焙烧温度为950℃，保温时间2h。
②焙烧熟料自然冷却后，按煤矸石与NaOH质量比1∶0.5，加入15％氢氧化钠溶液，在110℃下进行脱硅反应，反应时间2h。反应结束后，进行过滤分离，得到的滤液硅酸钠溶液和滤饼脱硅煤矸石。
③将石灰乳加入到滤液硅酸钠溶液中进行苛化反应，石灰乳加入量按CaO和SiO2摩尔比为1.1计，反应温度90℃，反应1h后过滤分离，滤液为氢氧化钠溶液，将其蒸发浓缩后返回步骤②循环使用。滤饼为含水硅酸钙，在350℃下烘干1h后制得活性硅酸钙微粉。
④将脱硅后的煤矸石，磨细的石灰石、循环碳分母液即碳酸钠溶液按比例混合，球磨制备生料浆，生料浆配比钙比为2.02，碱比为0.96，生料浆的含水率为38％。
⑤将制好的生料浆送入回转窑焙烧，在1200℃高温下烧结1h，并用工业上成熟的溶剂法回收焙烧产生的CO2，用于铝酸钠精化液的碳分。
⑥生料焙烧后的熟料用水溶出，溶出温度70℃，时间15min，液固比2∶1，  过滤分离得到滤液为铝酸钠粗液，滤饼为硅钙渣，硅钙渣经脱碱处理后作为水泥原料。
⑦用现有成熟技术两段脱硅法对铝酸钠粗液进行深度脱硅，得到铝酸钠精化液。
⑧脱硅后的铝酸钠精化液在碳分塔中碳分，所用CO2来自于回转窑烟气中CO2的回收提纯，碳分温度为80℃，终点pH值为10，过滤分离后得到氢氧化铝和碳酸钠溶液，碳酸钠溶液浓缩后返回步骤④循环使用。
⑨氢氧化铝按现有成熟技术高温煅烧制得氧化铝产品。

Claims (11)

1.一种从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法，其主要步骤为：
①将煤矸石粉碎后进行高温焙烧活化；
②焙烧后的煤矸石熟料加入氢氧化钠溶液进行碱溶脱硅反应，然后过滤分离，得到脱硅煤矸石和硅酸钠溶液；
③将石灰乳加入硅酸钠溶液中，进行苛化反应，然后过滤分离得到含水硅酸钙和氢氧化钠溶液，含水硅酸钙烘干制得活性硅酸钙微粉，氢氧化钠溶液浓缩后返回步骤②循环使用；
④步骤②得到的脱硅煤矸石中加入磨细的石灰石和碳酸钠溶液，送入球磨机内球磨制成生料浆；
⑤将生料浆送入回转窑焙烧，并回收烟气中的CO2，用于步骤⑧铝酸钠精化液的碳分；
⑥生料焙烧后的熟料用水溶出，过滤分离，得到铝酸钠粗液和硅钙渣，硅钙渣经脱碱处理后作为水泥原料；
⑦用两段脱硅法对铝酸钠粗液深度脱硅，得到铝酸钠精化液；
⑧铝酸钠精化液中通入CO2碳分，过滤分离得到氢氧化铝和碳酸钠溶液，碳酸钠溶液浓缩后返回步骤④循环使用；
⑨氢氧化铝高温煅烧制得氧化铝产品。
2.按照权利要求1所述的从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述煤矸石中Al2O3的含量≥40％，SiO2的含量≥50％。
3.按照权利要求1或2所述的从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述煤矸石粉碎粒度为100～200目。
4.按照权利要求3所述的从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述煤矸石焙烧温度为850～1050℃，焙烧时间为0.5～2h。
5.按照权利要求4所述的从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述煤矸石脱硅用氢氧化钠溶液的浓度为12～20％，氢氧化钠与煤矸石的质量比为0.4～0.6，脱硅反应温度为90℃～120℃，反应时间为1～3小时。
6.按照权利要求5所述的从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述石灰乳加入量按CaO和SiO2摩尔比为1.0～1.3计，苛化反应温度为90～110℃，反应时间为0.5～1.5小时。
7.按照权利要求6所述的从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述含水硅酸钙的烘干温度为200～400℃，烘干时间为0.5～2小时。
8.按照权利要求7所述的从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述生料浆含水率为35～40％，钙比为2.0～2.02，碱比为0.96～1.0。
9.按照权利要求8所述的从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述生料浆在回转窑中焙烧温度为1160～1260℃，焙烧时间为1～1.5h。
10.按照权利要求9所述的从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述熟料溶出温度为65～75℃，溶出时间为8～15min。
11.按照权利要求10所述的从煤矸石中提取氧化铝联产活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述铝酸钠精化液碳分反应温度为75～90℃，碳分终点控制pH为9.5～10。
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