CN102557091A - 粉煤灰提取氧化铝工艺过程中硫酸铝的后续处理方法 - Google Patents

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杨超
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Abstract

本发明涉及一种粉煤灰提取氧化铝工艺过程中硫酸铝的后续处理方法。从粉煤灰中提取氧化铝的工艺中，用盐酸溶出，设备腐蚀严重，难以实现连续化生产；用硫酸溶出，制得的铝盐晶体中结晶水含量高，焙烧分解的热耗较高。本发明在工艺过程中的硫酸铝溶液中或结晶后的硫酸铝晶体中，加入后续氯化铝洗液或盐酸溶液稀释，在30～85℃的条件下，向混合溶液中通入HCl气体使之饱和，析出六水氯化铝结晶；焙烧得到氧化铝。本发明克服了粉煤灰提取氧化铝工艺中采用盐酸溶出带来的设备腐蚀问题，采用硫酸溶出然后焙烧硫酸铝盐晶体能耗过高问题；生产过程中带入的HCl气体可从焙烧六水氯化铝的烟气中获得，无需任何转换即可循环使用，有效降低成本。

Description

粉煤灰提取氧化铝工艺过程中硫酸铝的后续处理方法
技术领域
    本发明涉及粉煤灰处理工艺，具体涉及一种粉煤灰提取氧化铝工艺过程中硫酸铝的后续处理方法。
背景技术
粉煤灰是煤燃烧后烟气中收集下来的细灰，主要组成为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。全世界每年都排放巨量的粉煤灰，2010年国内排放超过3亿吨。其堆积占地和流失形成的空气、水质污染，土地沙化、碱化等环境污染问题是困扰世界的难题，各国都在积极寻找粉煤灰的再利用途径。
从粉煤灰中提取氧化铝的技术研究始于20世界80年代。要从粉煤灰中以较高的提取率得到氧化铝，需要设法破坏SiO2-Al2O3键，提高Al2O3的活性。国内外粉煤灰提取氧化铝的工艺一般分为碱溶法、烧结法、酸浸法、酸碱联合法等，其中碱溶法属于碱性工艺，其生产过程产生的渣量巨大，势必造成新的堆积及环境污染问题，不符合国家绿色循环经济的要求，正逐渐被淘汰。目前，众多能源企业都在进行粉煤灰提取氧化铝工艺的项目开发。而在提取氧化铝的工艺过程中若使用盐酸溶出，参与反应，则设备腐蚀问题严重，难以实现连续化生产，投资成本高。而工艺过程采用硫酸进行溶出时（溶出反应时），虽然设备腐蚀问题予以解决，投资成本低于前者，但制得的硫酸铝盐晶体中带有的结晶水比氯化铝晶体高，氧化铝含量比氯化铝晶体低，硫酸铝晶体用于焙烧分解的热耗将远远高于氯化铝晶体，故生产成本较高。因此，综合优化方案寻找一种工艺简单、成本更低的方法是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效降低焙烧能耗、提高氧化铝提取率的粉煤灰提取氧化铝工艺过程中硫酸铝的后续处理方法。
本发明所采用的技术方案是：
粉煤灰提取氧化铝工艺过程中硫酸铝的后续处理方法，其特征在于：
由以下步骤实现：
步骤一：将粉煤灰提取氧化铝过程中得到的中间产物硫酸铝溶液或硫酸铝溶液浓缩结晶后的硫酸铝晶体，加入质量分数为20%～36%盐酸溶液稀释，硫酸铝与盐酸质量百分比为1：1～5；
步骤二：在30～85℃的温度条件下，边搅拌边向上述混合溶液中通入HCl气体使之饱和，析出六水氯化铝晶体；
步骤三：过滤并洗涤六水氯化铝晶体；
步骤四：焙烧六水氯化铝晶体，得到氧化铝、HCl气体和水。
步骤一中，粉煤灰提取氧化铝的工艺过程中采用的酸为硫酸,硫酸铝溶液或硫酸铝溶液浓缩结晶后的硫酸铝晶体为提取过程中产生的中间产物。
步骤三中，洗涤六水氯化铝晶体时得到的氯化铝洗液可用于步骤一中的稀释。
步骤四中，焙烧六水氯化铝产物中的HCl气体可回用到步骤二中用于六水氯化铝晶体的析出。
    本发明具有以下优点：
本发明提供的方法克服现有技术中采用盐酸带来的设备腐蚀，难以实现连续化生产，投资成本高的问题；解决了工艺中采用硫酸获得硫酸铝盐然后焙烧过程中，结晶水量大，氧化铝含量不高，分解能耗较高的问题；本发明结合了硫酸和盐酸在粉煤灰提取氧化铝工艺中的优点，将硫酸铝转变为六水氯化铝，而氯化铝分解脱出的HCl气体无需任何转化就可循环使用，有效降低了成本，提高了经济效益。
附图说明
图1为直接在硫酸铝晶体中加入盐酸溶液的工艺流程图。
图2为在硫酸铝溶液中加入盐酸溶液的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
在粉煤灰提取氧化铝工艺过程中，常在粉煤灰中加酸进行溶出，并与二氧化硅分离，从而转化为铝盐溶液，之后结晶成铝盐晶体，并焙烧得到氧化铝产品。实际操作中一般使用的是硫酸和盐酸，采用盐酸溶出时，由于全套生产过程使用盐酸，有的工艺中还有温度要求，因此，设备腐蚀问题严重，难以实现连续化生产，投资成本高；采用硫酸进行溶出反应时，虽然设备腐蚀问题予以解决，投资成本低于前者，但制得的硫酸铝盐晶体中带有的结晶水比氯化铝晶体高，氧化铝含量比氯化铝晶体低，用于焙烧分解的热耗高于氯化铝晶体，故生产成本较高。因此，本方法结合了两种酸各自的优势，在粉煤灰提取氧化铝过程中采用“双酸”方案，即：在溶出过程中使用硫酸，而在后续工艺中用HCl气体（盐酸）将硫酸铝盐转化为六水氯化铝，这样就避免了前期溶出过程中对设备腐蚀的较高要求，也避免了后续焙烧过程中分解硫酸铝盐的高能耗和低产出率问题。
本发明所述的粉煤灰提取氧化铝工艺过程中硫酸铝的后续处理方法，由以下步骤实现：
步骤一：将粉煤灰提取氧化铝过程中得到的硫酸铝溶液或硫酸铝溶液浓缩结晶后的硫酸铝晶体，加入六水氯化铝的洗液或质量分数为20%～36%盐酸溶液稀释，硫酸铝与盐酸质量百分比为1：1～5。
步骤二：在30～85℃的温度条件下，边搅拌边向步骤一得到的混合溶液中通入HCl气体使之饱和，析出六水氯化铝晶体；
其反应方程式如下：
Al2(SO4)3·18H2O +6HCl=2(AlCl3·6H2O)+3H2SO4+6H2O
步骤三：过滤并洗涤六水氯化铝晶体；
步骤四：焙烧六水氯化铝晶体，得到氧化铝、HCl气体和水。
步骤一中，粉煤灰提取氧化铝的工艺过程中采用的酸为硫酸,提取的中间产物为硫酸铝溶液或硫酸铝晶体。
步骤三中，洗涤六水氯化铝晶体时得到的氯化铝洗液可用于步骤一中的稀释。
步骤四中，焙烧产物中的HCl气体可回用到步骤二中用于六水氯化铝晶体的析出。
六水氯化铝中结晶水含量比硫酸铝盐晶体（如十八水硫酸铝）低，且六水氯化铝中氧化铝质量百分含量比硫酸铝盐晶体（如十八水硫酸铝）高，而两者焙烧制氧化铝的温度均在1100℃左右，因此，焙烧六水氯化铝制氧化铝的能耗将大大低于焙烧硫酸铝盐，且氯化铝分解脱出的HCl气体无需任何转化就可循环使用。有效降低了成本，提高了经济效益。
其反应方程式如下：
2(AlCl3·6H2O)=AL2O3+6HCl+9H2O
实施例一：
步骤一：将粉煤灰提取氧化铝过程中得到的硫酸铝溶液，加入六水氯化铝的洗液稀释。
步骤二：在30℃的温度条件下，边搅拌边向步骤一得到的混合溶液中通入HCl气体使之饱和，析出六水氯化铝晶体；
其反应方程式如下：
Al2(SO4)3·18H2O +6HCl=2(AlCl3·6H2O)+3H2SO4+6H2O
步骤三：过滤并洗涤六水氯化铝晶体；
步骤四：焙烧六水氯化铝晶体，得到氧化铝、HCl气体和水。
步骤一中，粉煤灰提取氧化铝的工艺过程中采用的酸为硫酸,提取的中间产物为硫酸铝溶液或硫酸铝晶体。
步骤三中，洗涤六水氯化铝晶体时得到的氯化铝洗液用于步骤一中的稀释。
步骤四中，焙烧产物中的HCl气体可回用到步骤二中用于六水氯化铝晶体的析出。
实施例二：
步骤一：将粉煤灰提取氧化铝过程中得到的硫酸铝溶液浓缩结晶后的硫酸铝晶体，加入质量分数为20%的盐酸溶液稀释，硫酸铝与盐酸质量百分比为1：5。
步骤二：在30℃的温度条件下，边搅拌边向步骤一得到的混合溶液中通入HCl气体使之饱和，析出六水氯化铝晶体；
其反应方程式如下：
Al2(SO4)3·18H2O +6HCl=2(AlCl3·6H2O)+3H2SO4+6H2O
步骤三：过滤并洗涤六水氯化铝晶体；
步骤四：焙烧六水氯化铝晶体，得到氧化铝、HCl气体和水。
步骤一中，粉煤灰提取氧化铝的工艺过程中采用的酸为硫酸,提取的中间产物为硫酸铝溶液或硫酸铝晶体。
步骤四中，焙烧产物中的HCl气体可回用到步骤二中用于六水氯化铝晶体的析出。
实施例三：
步骤一：将粉煤灰提取氧化铝过程中得到的硫酸铝溶液浓缩结晶后的硫酸铝晶体，加入质量分数为28%的盐酸溶液稀释，硫酸铝与盐酸质量百分比为1：3。
步骤二：在55℃的温度条件下，边搅拌边向步骤一得到的混合溶液中通入HCl气体使之饱和，析出六水氯化铝晶体；
其反应方程式如下：
Al2(SO4)3·18H2O +6HCl=2(AlCl3·6H2O)+3H2SO4+6H2O
步骤三：过滤并洗涤六水氯化铝晶体；
步骤四：焙烧六水氯化铝晶体，得到氧化铝、HCl气体和水。
步骤一中，粉煤灰提取氧化铝的工艺过程中采用的酸为硫酸,提取的中间产物为硫酸铝溶液或硫酸铝晶体。
步骤四中，焙烧产物中的HCl气体可回用到步骤二中用于六水氯化铝晶体的析出。
实施例四：
步骤一：将粉煤灰提取氧化铝过程中得到的硫酸铝溶液浓缩结晶后的硫酸铝晶体，加入质量分数为36%的盐酸溶液稀释，硫酸铝与盐酸质量百分比为1：1。
步骤二：在85℃的温度条件下，边搅拌边向步骤一得到的混合溶液中通入HCl气体使之饱和，析出六水氯化铝晶体；
其反应方程式如下：
Al2(SO4)3·18H2O +6HCl=2(AlCl3·6H2O)+3H2SO4+6H2O
步骤三：过滤并洗涤六水氯化铝晶体；
步骤四：焙烧六水氯化铝晶体，得到氧化铝、HCl气体和水。
步骤一中，粉煤灰提取氧化铝的工艺过程中采用的酸为硫酸,提取的中间产物为硫酸铝溶液或硫酸铝晶体。
步骤四中，焙烧产物中的HCl气体可回用到步骤二中用于六水氯化铝晶体的析出。

Claims (4)

1.粉煤灰提取氧化铝工艺过程中硫酸铝的后续处理方法，其特征在于：
由以下步骤实现：
步骤一：将粉煤灰提取氧化铝过程中得到的中间产物硫酸铝溶液或硫酸铝溶液浓缩结晶后的硫酸铝晶体，加入质量分数为20%～36%盐酸溶液稀释，硫酸铝与盐酸质量百分比为1：1～5；
步骤二：在30～85℃的温度条件下，边搅拌边向上述混合溶液中通入HCl气体使之饱和，析出六水氯化铝晶体；
步骤三：过滤并洗涤六水氯化铝晶体；
步骤四：焙烧六水氯化铝晶体，得到氧化铝、HCl气体和水。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰提取氧化铝工艺过程中硫酸铝的后续处理方法，其特征在于：
步骤一中，粉煤灰提取氧化铝的工艺过程中采用的酸为硫酸,硫酸铝溶液或硫酸铝溶液浓缩结晶后的硫酸铝晶体为提取过程中产生的中间产物。
3.根据权利要求1所述的粉煤灰提取氧化铝工艺过程中硫酸铝的后续处理方法，其特征在于：
步骤三中，洗涤六水氯化铝晶体时得到的氯化铝洗液可用于步骤一中的稀释。
4.根据权利要求1所述的粉煤灰提取氧化铝工艺过程中硫酸铝的后续处理方法，其特征在于：
步骤四中，焙烧六水氯化铝产物中的HCl气体可回用到步骤二中用于六水氯化铝晶体的析出。
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