CN102398913A

CN102398913A - 硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺

Info

Publication number: CN102398913A
Application number: CN2010102810255A
Authority: CN
Inventors: 陈德
Original assignee: Guiyang Aluminum Magnesium Design and Research Institute Co Ltd
Current assignee: Guiyang Aluminum Magnesium Design and Research Institute Co Ltd
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2030-09-14
Also published as: CN102398913B

Abstract

本发明公开了一种硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，将高铝粉煤灰与稀硫酸混合，制备成原矿浆A；将原矿浆A溶出得到酸渣B及硫酸铝粗液C；将硫酸铝粗液C通过控制过滤进行净化并脱铁后，得到纯净的硫酸铝溶液D；将纯净的硫酸铝溶液D送入蒸发工序中进行蒸发，去纯净的硫酸铝溶液D中的水分，使纯净的硫酸铝溶液D中的硫酸铝析出；再将硫酸铝E送往硫酸铝焙烧工序，硫酸铝E经过焙烧后分解得到氧化铝F及SO₃气体G。本发明采用硫酸法来处理高铝粉煤灰，使高铝粉煤灰中的氧化铝溶出，并通过分离、洗涤、过滤、焙烧等工序来得到满足国家标准要求的冶金级氧化铝，使粉煤灰得到合理利用，并且成本低廉，经济合理，而且对设备的影响小。

Description

硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺

技术领域

本发明涉及一种氧化铝工业领域，尤其是一种酸法提取氧化铝的工艺。

背景技术

目前世界上每年生产7000多万吨氧化铝，各氧化铝厂几乎全部采用铝土矿为原料。我国是世界上最大的氧化铝生产国，年产量约3000万吨氧化铝，约占世界总产量的40%。但是我国铝土矿资源相对贫乏，铝土矿储量仅占世界总储量的6%左右，矿石品位较低，矿石类型主要以难处理的一水硬铝石为主，处理工艺复杂、能耗高，生产成本也较高。由于我国铝土矿资源严重不足，只能依靠从国外进口矿石解决原料问题，我国年进口铝土矿矿石约3000万吨，占国内铝土矿使用量的50%左右。矿石资源不足，严重制约了我国氧化铝工业的发展，寻找新的可替代的非铝土矿资源作为氧化铝工业原料，研究生产氧化铝新的工艺技术成为我国铝工业发展的当务之急。

我国煤炭资源非常丰富，煤炭产量占世界第一，每年产出20多亿吨煤，煤炭大部分用于火电厂发电，煤炭燃烧后将排出大量粉煤灰，我国每年大约排放高铝粉煤灰（指粉煤灰中Al₂O₃≥38%）1亿吨以上。经研究分析，高铝粉煤灰主要由氧化铝、氧化硅组成，2种成分的含量约占80%，另含铁、镁、钛、钙等其他成分，有的粉煤灰中还含有丰富的镓等稀贵金属，是综合利用提取冶金级氧化铝和金属镓的原料，具有极高的工业利用价值。我国北方地区的粉煤灰中氧化铝含量普遍高于南方地区，如山西、陕西、内蒙、宁夏、等地部分矿区产出的粉煤灰中氧化铝含量通常在40%左右，属于高铝粉煤灰，内蒙古鄂尔多斯地区粉煤灰中氧化铝含量有的高达45～50%，这与国外三水铝土矿中的氧化铝含量相当，从化学成分分析，完全可以作为提取冶金级氧化铝的原料之一。

目前粉煤灰通常是火电厂排出的废弃物，主要作为一种工业废渣堆存，这既占用了大量土地，而且严重污染了环境，为维护灰渣堆场的安全运行，还需要对灰渣堆场进行维护，这就增加了电厂的生产成本。沿海地区由于人口稠密、工业发达，有时将粉煤灰用于筑路、制砖等建筑材料，这仅属于粉煤灰低档次、低附加值的应用，而经济欠发达地区或西部地区，粉煤灰仍主要作为工业废渣堆存。总体来说，我国及世界发达国家对粉煤灰综合利用课题仍处于试验研究阶段，正在寻找其合理利用的途径。

近年来，针对我国铝土矿资源严重不足的现状，我国许多科研部门及大专院校，积极开展非铝土矿资源生产冶金级氧化铝研究，重点是研究高铝粉煤灰综合利用生产冶金级氧化铝。各研究单位根据各自的研究成果，提出了一些处理高铝粉煤灰的新工艺方法，主要研究方向如下：

（1）碱法：是高铝粉煤灰综合利用研究的主流方法。它主要借鉴现有氧化铝行业成熟的烧结法生产工艺，利用烧结法工艺可以处理低品位、低铝硅比矿石的特点，将高铝粉煤灰、石灰石（或石灰）、碱按一定的配比，制备成生料浆进行烧结，烧结熟料经溶出、脱硅、分解、焙烧而得到冶金级氧化铝产品。此法的优点是工艺技术成熟，能得到合格的氧化铝产品。但此法的缺点很多，主要是石灰配量巨大、赤泥量大、铝酸钠溶液的浓度低、生产能耗高，其投资和成本高，此方法其技术上可行但经济上不合理。

（2）盐酸法：采用盐酸与高铝粉煤灰按比例配料，在一定的温度及压力条件下溶出粉煤灰中的氧化铝，得到氯化铝溶液，氯化铝溶液经蒸发结晶、焙烧得到氧化铝产品，其优点是流程简单、渣量小、生产成本低。缺点是氯化铝溶液除铁及除杂较难、盐酸在80～160℃温度下对设备的腐蚀很严重，一些工艺及材料问题需进一步研究解决。

发明内容

本发明的目的是：提供一种硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，它生产成本低，能得到满足国家标准要求的冶金级氧化铝，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，将高铝粉煤灰与稀硫酸混合，制备成原矿浆A；采用连续溶出的方式在中压条件下从原矿浆A中溶出得到料浆；将溶出的料浆采用沉降槽分离，并进行反向洗涤，洗涤完成后的沉降槽底流用压滤机过滤，滤饼为洗干净的酸渣B，沉降槽的溢流为硫酸铝粗液C，将酸渣B送入酸渣堆场；将硫酸铝粗液C通过控制过滤进行净化，并通过树脂吸附脱铁后，得到纯净的硫酸铝溶液D；将纯净的硫酸铝溶液D送入蒸发工序中进行蒸发，去纯净的硫酸铝溶液D中的水分，使纯净的硫酸铝溶液D中的硫酸铝E以Al₂（SO₄）₃·nH₂O形式结晶析出；将硫酸铝E送往硫酸铝焙烧工序，硫酸铝E经过焙烧后分解得到氧化铝F及SO₃气体G。

与高铝粉煤灰进行混合的稀硫酸浓度为25～40%。

从原矿浆A中溶出酸渣B的溶出温度为150～180℃，溶出时间为60～90min，溶出压力为0.8～1.0mpa，氧化铝溶出率为85～95%，溶出配料比采用氧化铝溶出化学反应理论计算量为1.0值。

在溶出过程中保持对原矿浆A进行搅拌。

酸渣B进行一次分离，并进行4～5次反向洗涤，分离及洗涤后沉降槽底流固含250～450g/l，滤饼含水率≤35%，每吨酸渣的洗水量为1.5～2.5t。

析出的硫酸铝E经液固分离后滤饼的含水率小于6%。

将硫酸铝E在焙烧后得到的SO₃气体G返回制酸工序中制成浓度为25～40%的稀硫酸。

在将高铝粉煤灰与稀硫酸混合前，先采用磁选机对高铝粉煤灰进行除铁处理，再将脱铁后的高铝粉煤灰与稀硫酸混合后，制备成原矿浆A，并送往中压溶出工序。

硫酸铝E的焙烧温度为800～1100℃。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明采用硫酸法来处理高铝粉煤灰，使高铝粉煤灰中的氧化铝溶出，并通过分离、洗涤、过滤、焙烧等工序来得到满足国家标准要求的冶金级氧化铝，使粉煤灰得到合理利用，并且成本低廉，经济合理，而且对设备的影响小。本发明方法简单，容易实施，使用效果好。

附图说明

附图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

本发明的实施例1：硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，将Al₂O₃质量百分比含量为30%的高铝粉煤灰采用磁选机对粉煤灰进行除铁，将脱铁后的高铝粉煤灰与浓度为40%的稀硫酸混合，溶出配料比采用氧化铝溶出化学反应理论计算量为1.0值的配比进行混合，制备成原矿浆A；用溶出进料泵将原矿浆A送入溶出装置中，采用套管预热、压煮器（溶出装置主要由套管预热器、压煮器、自蒸发器组成，其材质采用铅合金，铅合金材料在此温度范围可以耐硫酸腐蚀）保温溶出的连续溶出方式，保持溶出压力为0.9MPa，在160℃下保温停留1.5小时进行溶出，同时，为了提高溶出效果，还在压煮器内配备搅拌装置，使其在溶出过程中保持对原矿浆A进行搅拌，从原矿浆A中溶出得到料浆，其中氧化铝的溶出率为95%；将溶出的料浆采用沉降槽进行一次分离，再进行4次反向洗涤，分离及洗涤后沉降槽底流的固含量为400g/L，洗涤完成后的沉降槽底流用压滤机过滤，滤饼为洗干净的酸渣B，滤饼含水率为30%（每吨酸渣的洗水量为2.0t），沉降槽的溢流为硫酸铝粗液C，将酸渣B送入酸渣堆场；将剩下的硫酸铝粗液C通过控制过滤进行净化，并通过树脂吸附脱铁后，得到纯净的硫酸铝溶液D；将纯净的硫酸铝溶液D送入蒸发工序中，采用4效强制循环蒸发器进行蒸发，去纯净的硫酸铝溶液D中的水分，使纯净的硫酸铝溶液D中的硫酸铝E以Al₂（SO₄）₃·nH₂O形式结晶析出，析出的硫酸铝E经液固分离后滤饼的含水率为4%；将硫酸铝E送往硫酸铝焙烧工序，采用回转窑进行焙烧，焙烧温度为950℃，使其硫酸铝E分解得到氧化铝F及SO₃气体G，将SO₃气体G返回制酸工序中制成浓度为40%的稀硫酸，将其作为返回中压溶出工序的配料来循环使用。

本发明的实施例2：硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，将Al₂O₃质量百分比含量为42%的高铝粉煤灰采用磁选机对粉煤灰进行除铁，将脱铁后的高铝粉煤灰与浓度为32%的稀硫酸混合，溶出配料比采用氧化铝溶出化学反应理论计算量为1.0值的配比进行混合，制备成原矿浆A；用溶出进料泵将原矿浆A送入溶出装置中，采用套管预热、压煮器保温溶出的连续溶出方式，保持溶出压力为1.0MPa，在180℃下保温停留2.0小时进行溶出，从原矿浆A中溶出得到料浆，其中氧化铝的溶出率为85%；将溶出的料浆采用沉降槽进行一次分离，再进行5次反向洗涤，分离及洗涤后沉降槽底流的固含量为300g/L，洗涤完成后的沉降槽底流用压滤机过滤，滤饼为洗干净的酸渣B，滤饼含水率为35%（每吨酸渣的洗水量为2.5t），沉降槽的溢流为硫酸铝粗液C，将酸渣B送入酸渣堆场；将剩下的硫酸铝粗液C通过控制过滤进行净化，并通过树脂吸附脱铁后，得到纯净的硫酸铝溶液D；将纯净的硫酸铝溶液D送入蒸发工序中，采用2效强制循环蒸发器进行蒸发，去纯净的硫酸铝溶液D中的水分，使纯净的硫酸铝溶液D中的硫酸铝E以Al₂（SO₄）₃·nH₂O形式结晶析出，析出的硫酸铝E经液固分离后滤饼的含水率为6%；将硫酸铝E送往硫酸铝焙烧工序，采用回转窑进行焙烧，焙烧温度为1100℃，使其硫酸铝E分解得到氧化铝F及SO₃气体G，将SO₃气体G返回制酸工序中制成浓度为32%的稀硫酸，将其作为返回中压溶出工序的配料来循环使用。

根据煤炭产地的不同，高铝粉煤灰中通常含有1～3%的氧化铁（Fe₂O₃），由于氧化铁在高温下易于与硫酸反应形成硫酸铁溶于溶液中，给后序的硫酸铝溶液净化增加负担，故应尽可能在原料准备工序将其除去，因此通过采用磁选机对粉煤灰进行除铁，可以脱除粉煤灰中70～80%的氧化铁，为后续的净化加工减轻负担。由于生产过程中高铝粉煤灰含有的其他金属参与化学反应，以及酸渣会将少量硫酸带进酸渣堆场，生产中硫酸每循环一次需要消耗少量硫酸，故生产过程中需要补充少量新酸，预计酸消耗为每吨氧化铝消耗硫酸40～70kg。

Claims

1.一种硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，其特征在于：将高铝粉煤灰与稀硫酸混合，制备成原矿浆A；采用连续溶出的方式在中压条件下将原矿浆A溶出得到料浆；将溶出的料浆采用沉降槽分离，并进行反向洗涤，洗涤完成后的沉降槽底流用压滤机过滤，滤饼为洗干净的酸渣B，沉降槽的溢流为硫酸铝粗液C，将酸渣B送入酸渣堆场；将硫酸铝粗液C通过控制过滤进行净化，并通过脱铁后，得到纯净的硫酸铝溶液D；将纯净的硫酸铝溶液D送入蒸发工序中进行蒸发，去纯净的硫酸铝溶液D中的水分，使纯净的硫酸铝溶液D中的硫酸铝E以Al₂（SO₄）₃·nH₂O形式结晶析出；将硫酸铝E送往硫酸铝焙烧工序，硫酸铝E经过焙烧后分解得到氧化铝F及SO₃气体G。

2.根据权利要求1所述的硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，其特征在于：与高铝粉煤灰进行混合的稀硫酸浓度为25～40%。

3.根据权利要求1所述的硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，其特征在于：从原矿浆A中溶出酸渣B的溶出温度为150～180℃，溶出时间为60～90min，溶出压力为0.8～1.0mpa，氧化铝溶出率为85～95%，溶出配料比采用氧化铝溶出化学反应理论计算量为1.0值。

4.根据权利要求1或3所述的硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，其特征在于：在溶出过程中保持对原矿浆A进行搅拌。

5.根据权利要求1所述的硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，其特征在于：酸渣B进行一次分离，并进行4～5次反向洗涤，分离及洗涤后沉降槽底流固含250～450g/l，滤饼含水率≤35%，每吨酸渣的洗水量为1.5～2.5t。

6.根据权利要求1所述的硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，其特征在于：析出的硫酸铝E经液固分离后滤饼的含水率小于6%。

7.根据权利要求1所述的硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，其特征在于：将硫酸铝E在焙烧后得到的SO₃气体G返回制酸工序中制成浓度为25～40%的稀硫酸。

8.根据权利要求1所述的硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，其特征在于：在将高铝粉煤灰与稀硫酸混合前，先采用磁选机对高铝粉煤灰进行除铁处理，再将脱铁后的高铝粉煤灰与稀硫酸混合后制备成原矿浆A，并送往中压溶出工序。

9.根据权利要求1所述的硫酸法处理高铝粉煤灰提取冶金级氧化铝的工艺，其特征在于：硫酸铝E的焙烧温度为800～1100℃。