CN102424412A - 一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用工业固体废弃物生产氧化铝的方法，尤其涉及一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法。它包括下述步骤：生料磨制、熟料烧成、熟料溶出、氨气回收、高硅渣分离洗涤、硫酸铝溶液分解、氢氧化铝分离洗涤、氢氧化铝焙烧、循环液硫酸铵溶液蒸发等过程，产品为氧化铝。本发明不添加任何助剂，可有效提取粉煤灰中氧化铝，氧化铝的提取率可达到85%以上。

Description

一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法
技术领域
本发明涉及一种利用工业固体废弃物生产氧化铝的方法，尤其涉及一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法。
背景技术
粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃物。2008年我国粉煤灰年排放量高达3亿吨，我国粉煤灰的总堆存量有五、六十几亿吨。大量粉煤灰的排放不仅侵占大量土地，而且严重污染环境，构成了对生态和环境的双重破坏。因此开展粉煤灰的综合利用具有重大现实意义和长远战略意义。同样，我国是一个铝土矿资源不富有的国家，按目前氧化铝产量的增长速度和铝土矿开采速度，即使考虑到远景储量，我国的铝土矿的年限也很难达到30年。所以，解决这种资源危机的方法有两种：一是合理利用现有铝土矿资源；二是积极找寻并利用其他含铝资源。而氧化铝是粉煤灰的主要成分之一，其质量分数一般为15%~40%，最高可达58%。所以，开展从粉煤灰中提取氧化铝的研究工作可以解决粉煤灰的污染，变废为宝。
目前，从粉煤灰中提取氧化铝的研究比较成熟的有石灰石烧结法和碱石灰烧结法，此两者通称为碱法。2004年12月内蒙古自治区科技厅召开了蒙西高新技术集团有限公司研究开发的“粉煤灰提取氧化铝联产水泥产业化技术”项目科技成果鉴定会，采用的就是改进的碱石灰烧结法。但碱法提取粉煤灰中氧化铝也存在一些问题，主要是① 烧结法产生的硅钙渣，只能用做水泥原料，每生产1吨的氧化铝要产生数倍于粉煤灰的硅钙渣，而水泥有其相应的销售半径，如果当地没有大型的水泥工业支持将会造成二次污染；② 烧结法只提取了粉煤灰中的氧化铝，其二氧化硅的利用价值低。③烧结法处理粉煤灰设备投资大，能耗高，成本高。
由于粉煤灰的铝硅比很低，一般都小于1，所以采用酸法处理粉煤灰原则上更合理。酸或酸性化合物与粉煤灰中的氧化铝反应生成的铝盐，铝盐溶解后进入溶液，硅不与酸或酸性化合物反应，完全在固相渣中。酸法处理粉煤灰可以克服烧结法的不足，不会产生多于原料粉煤灰的固体废物，而且提取氧化铝后，二氧化硅会富集，渣中其含量能达到80~90%（按氧化铝提取率85%计），这样更有利于其利用。
发明内容
为解决上述技术问题本发明提供一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，不添加任何助剂，粉煤灰中氧化铝提取率高。
为实现上述目的本发明一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，它包括下述步骤：
生料磨制：将粉煤灰与硫酸铵混合，磨制成生料，其中硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为4.5～8：1；
熟料烧成：将生料加热至230~600℃，烧成时间控制在0.5~5h，制成含硫酸铝的熟料和氨气，氨气用于制备氨水或通入硫酸铝分解工序；
熟料溶出：熟料用热水溶出，溶出时间0.1~2h，铝以硫酸铝的形式进入溶液，硅留在残渣中形成高硅渣；
氨气回收：熟料烧成过程产生的氨气采用水或洗液回收，或通过除尘后用压缩机送至分解工序；
高硅渣分离洗涤：溶出后的浆液进行固液分离和逆流洗涤，溶液为硫酸铝溶液，洗后渣为高硅渣；
硫酸铝溶液分解：向硫酸铝溶液通过熟料烧成工序得到的氨气或氨水，得到氢氧化铝和硫酸铵溶液；
氢氧化铝分离洗涤：硫酸铝分解后的浆液进行固液分离和氢氧化铝洗涤，液体为硫酸铵溶液（循环液），固体为氢氧化铝；
氢氧化铝焙烧：氢氧化铝在950~1200℃下焙烧得到成品氧化铝；
硫酸铵溶液（循环液）蒸发：氢氧化铝分离得到的硫酸铵溶液进行蒸发，得到适合配料的硫酸铵溶液或硫酸铵晶体。
本发明的优点效果：本发明不添加任何助剂，可有效提取粉煤灰中氧化铝，氧化铝的提取率可达到90%以上。本发明工艺流程中实现了硫酸铵循环，通过循环可以一批批的提取粉煤灰中氧化铝，整个过程没有废气、废液的排出，粉煤灰提取氧化铝后的残渣主要成分是二氧化硅，易于利用。本发明反应体系为弱酸体系，设备容易解决，利于产业化。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
原料粉煤灰组成为：Al2O3：41%、SiO2：48%、Fe2O3：3.3%、CaO：3.3%、TiO2：1.3%、MgO：0.2%。原料粉煤灰的成分也可以采用其它组成成分，这不能用于限定本发明的保护范围。
取1000g上述组成的粉煤灰，将粉煤灰与硫酸铵溶液混合湿磨得到生料，其中硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为5：1；将生料加热至450℃，保温1h，制成熟料，排出气体用于硫酸铝分解；熟料在热水中溶出0.5h，铝以硫酸铝的形式进入溶液，硅留在残渣中形成高硅渣；溶出后浆液经沉降分离和三级逆流洗涤，液体为硫酸铝溶液，固体为高硅渣；向硫酸铝溶液中通入熟料烧成产生的氨气，使溶液分解出氢氧化铝固体，液体为硫酸铵溶液；分解后浆液经过滤机分离洗涤，得到氢氧化铝固体和硫酸铵溶液；硫酸铵溶液经蒸发后返回生料磨制，循环使用；氢氧化铝固体1150℃焙烧得到氧化铝。
实施例2
取1000g实施例1中组成的原料粉煤灰，将原料粉煤灰与硫酸铵晶体混合干磨得到生料，其中硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为6：1；将生料加热至500℃，保温0.5h，制成熟料，排出气体用于硫酸铝分解；熟料在热水中溶出0.5h，铝以硫酸铝的形式进入溶液，硅留在残渣中形成高硅渣；溶出后浆液经沉降分离和三级逆流洗涤，液体为硫酸铝溶液，固体为高硅渣；向硫酸铝溶液中通入熟料烧成产生的氨气，使溶液分解出氢氧化铝固体，液体为硫酸铵溶液；分解后浆液经过滤机分离洗涤，得到氢氧化铝固体和硫酸铵溶液；硫酸铵溶液经蒸发后返回生料磨制，循环使用；氢氧化铝固体1150℃焙烧得到氧化铝。
实施例3
取1000g实施例1中组成的原料粉煤灰，将原料将粉煤灰与硫酸铵溶液混合湿磨得到生料，其中硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为7：1；将生料加热至300℃，保温3h，制成熟料，排出气体用水吸收得到氨水，氨水于硫酸铝分解；熟料在热水中溶出2h，铝以硫酸铝的形式进入溶液，硅留在残渣中形成高硅渣；溶出后浆液经过滤机分离洗涤，液体为硫酸铝溶液，固体为高硅渣；向硫酸铝溶液中加入熟料烧成产生的氨水，使溶液分解出氢氧化铝固体，液体为硫酸铵溶液；分解后浆液经沉降槽分离和洗涤，得到氢氧化铝固体和硫酸铵溶液；硫酸铵溶液经蒸发后返回生料磨制，循环使用；氢氧化铝固体1150℃焙烧得到氧化铝。
实施例4
取1000g实施例1中组成的原料粉煤灰，将原料将粉煤灰与硫酸铵溶液混合磨制得到生料，其中硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为8：1；将生料加热至550℃，保温0.5h，制成熟料，排出气体用水吸收得到氨水，氨水于硫酸铝分解；熟料在热水中溶出1.5h，铝以硫酸铝的形式进入溶液，硅留在残渣中形成高硅渣；溶出后浆液经沉降分离和三级逆流洗涤，液体为硫酸铝溶液，固体为高硅渣；向硫酸铝溶液中加入熟料烧成产生的氨水，使溶液分解出氢氧化铝固体，液体为硫酸铵溶液；分解后浆液经过滤机分离洗涤，得到氢氧化铝固体和硫酸铵溶液；硫酸铵溶液经蒸发后返回生料磨制，循环使用；氢氧化铝固体1150℃焙烧得到氧化铝。
实施例5
取1000g实施例1中组成的原料粉煤灰，将原料将粉煤灰与硫酸铵溶液混合磨制得到生料，其中硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为6.5：1；将生料加热至400℃，保温1.5h，制成熟料，排出气体用水吸收得到氨水，氨水于硫酸铝分解；熟料在热水中溶出1h，铝以硫酸铝的形式进入溶液，硅留在残渣中形成高硅渣；溶出后浆液经沉降分离和三级逆流洗涤，液体为硫酸铝溶液，固体为高硅渣；向硫酸铝溶液中加入熟料烧成产生的氨水，使溶液分解出氢氧化铝固体，液体为硫酸铵溶液；分解后浆液经过滤机分离洗涤，得到氢氧化铝固体和硫酸铵溶液；硫酸铵溶液经蒸发后返回生料磨制，循环使用；氢氧化铝固体1150℃焙烧得到氧化铝。 

Claims (8)

1.一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于包括下述步骤：
生料磨制：将粉煤灰与硫酸铵混合，磨制成生料，其中硫酸铵与粉煤灰中的氧化铝的重量比为4.5～8：1；
熟料烧成：将生料加热至350~700℃，烧成时间控制在0.5~5h，制成含硫酸铝的熟料和氨气，氨气用于制备氨水或通入硫酸铝分解工序；
熟料溶出：熟料用热水溶出，溶出时间0.1~2h，铝以硫酸铝的形式进入溶液，硅留在残渣中形成高硅渣；
氨气回收：熟料烧成过程产生的氨气采用水或洗液回收，或通过除尘后用压缩机送至分解工序；
高硅渣分离洗涤：溶出后的浆液进行固液分离和逆流洗涤，溶液为硫酸铝溶液，洗后渣为高硅渣；
硫酸铝溶液分解：向硫酸铝溶液通过熟料烧成工序得到的氨气或氨水，得到氢氧化铝和硫酸铵溶液；
氢氧化铝分离洗涤：硫酸铝分解后的浆液进行固液分离和氢氧化铝洗涤，液体为循环液硫酸铵溶液，固体为氢氧化铝；
氢氧化铝焙烧：氢氧化铝在900~1300℃下焙烧得到成品氧化铝；
循环液硫酸铵溶液蒸发：氢氧化铝分离得到的硫酸铵溶液进行蒸发，得到适合配料的硫酸铵溶液或硫酸铵晶体。
2.根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在于所述的生料磨制是采用湿磨或干磨中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在于所述的熟料溶出采用湿磨溶出或搅拌溶出中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在于所述的高硅渣分离洗涤采用过滤机分离或沉降槽分离中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在于所述的高硅渣分离洗涤采用一级、二级或多级逆流洗涤中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在于所述的硫酸铝分解采用通入氨气分解或加入氨水分解中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在于所述的氢氧化铝分离洗涤采用过滤机分离或沉降槽分离中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在于所述的高硅渣的主要成分为二氧化硅，用于制备白炭黑或其它高硅填料。
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