CN102849767B - 一种利用电厂粉煤灰制取氧化铝的方法 - Google Patents
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Abstract
一种从电厂粉煤灰制取氧化铝的方法，将粉煤灰研磨，用浓硫酸浸出得硫酸铝溶液，浓缩冷却析出硫酸铝结晶，用盐酸溶解硫酸铝，然后通入HCl气体使溶液饱和，得到AlCl3•6H2O晶体析出，AlCl3•6H2O与氢氧化铵溶液或液氨或碳酸氢铵溶液或碳酸铵溶液反应得到氢氧化铝和氯化铵溶液，氢氧化铝经煅烧得到氧化铝，氯化铵经氧化镁置换得氨气和氯化镁，氯化镁经水解得到氧化镁和盐酸循环使用。
Description
技术领域
本发明属于有色金属冶金领域，涉及一种利用电厂粉煤灰制取氧化铝的方法。
背景技术
粉煤灰作为燃煤电厂的固体排放物，每年产出总量已超过2亿吨，累计堆存超过25亿吨，粉煤灰的堆放占用大量土地，并对临近地区的农业以及人类健康造成危害。粉煤灰中主要成分是Al2O3、SiO2和Fe2O3等，其中Al2O3含量为20～40%，利用粉煤灰作为原料提取氧化铝等有用物质，及解决了粉煤灰对环境造成的污染问题，也解决了氧化铝资源短缺的问题，意义很大。
氧化铝的生产方法到目前为止主要有碱法和酸法两大类，利用粉煤灰提取氧化铝，许多研究者也是沿用这两条路线。上世纪60年代，波兰曾采用碱石灰烧结法用粉煤灰提取氧化铝，建成了年产5000吨氧化铝和35万吨水泥的实验工厂。澳大利亚墨尔本的联邦科学与工业研究组织提出了碱式硫酸铝法，用硫酸铝溶液溶出高硅铝土矿，得到碱式硫酸铝，碱式硫酸铝在1150℃下煅烧得到氧化铝和SO3气体，SO3气体用于制硫酸返回继续使用。法国彼施涅公司发明了用浓硫酸和盐酸相结合的酸法处理粘土和煤页岩，即用浓硫酸处理含铝原料得到硫酸铝，然后用盐酸溶解硫酸铝并通入HCl气体使溶液饱和析出六水氯化铝，六水氯化铝在1100-1200℃下煅烧得到氧化铝和HCl气体，HCl气体返回系统循环使用。
进入21世纪随着世界各国对环境保护的强烈要求和铝矿资源日渐匮乏，人们对粉煤灰提取氧化铝的性趣得到进一步提升。我国的许多研究人员也开展了大量研究工作。专利CN101284668A、CN101070173A公开了石灰石烧结法生产氧化铝的方法，专利CN1792802、CN1923695A、CN101100304A、CN101397146A公开了浓硫酸浸出粉煤灰得到硫酸铝，然后煅烧硫酸铝得到含有杂质的氧化铝和SO3气体，然后再用拜耳法处理该含杂质的氧化铝的方法。CN101811711A公开了用盐酸浸出粉煤灰得到含结晶水的氯化铝，然后焙烧含结晶水的氯化铝得到不纯的氧化铝和HCl气体,再用拜耳法处理该氧化铝的方法，硫酸便宜，挥发性和腐蚀性都小，所以对硫酸法的研究较多。每分子硫酸铝带有18～24个结晶水，氧化铝的质量分数仅为13～15%，煅烧这种结晶产物热耗大、易熔化，而且废气中SO2和SO3体积分数低，不利于回收硫酸。加之得到的氧化铝纯度不高，需要再用拜耳法进行处理，成本较高。
碱石灰烧结法处理粉煤灰最大的困扰是粉煤灰得铝硅比较低，需要使用较大量的碱石灰，大量的铝原料进入赤泥，氧化铝的回收率较低，成本较高。
发明内容
针对现有利用粉煤灰提取氧化铝工艺成本高的问题，本发明提供一种利用电厂粉煤灰制取氧化铝的新方法，本发明按以下步骤进行：
将粉煤灰研磨至100-200μm；用水漂去其中的碳粉，然后干燥， 按1：（3～8）的质量比，将粉煤灰与75-98%的硫酸混合均匀，在100～350℃下浸出1～3小时；过滤经硫酸浸出的粉煤灰，使余酸与滤渣分离；按1：（3～5）的质量比，将滤渣与水混合，在50～90℃下煮溶30～60分钟，溶出反应物；过滤除去残渣，得到硫酸铝溶液；将硫酸铝蒸发结晶或将硫酸铝溶液浓缩至密度为1.4g/ml；用15～38%盐酸与硫酸铝混合；然后通入HCl气体使溶液饱和，得到AlCl3·6H2O晶体析出；将AlCl3·6H2O晶体与氢氧化铵溶液或液氨或碳酸氢铵溶液混合，经过反应，得到氢氧化铝和氯化铵溶液；氢氧化铝在1100～1200℃煅烧，得到氧化铝；将氯化铵溶液与氧化镁或氢氧化镁混合加热到100～136℃，蒸发得到氨气和氯化镁晶体，将氯化镁加热到200～250℃，分解得到HCl气体和氧化镁晶体，氨气、氧化镁、盐酸返回系统循环使用。
本发明具有粉煤灰中硅不参与反应，氯化铝饱和析出纯度高等优点，采用氨水解的方法直接得到氢氧化铝，简化了工艺步骤。
本发明在制造氢氧化铝过程中均是在较低的温度下进行，煅烧氢氧化铝的余热可以用于前段各工序加热，能源利用率高，生产成本低，设备易实现，并可得到白炭黑、氯化铁、氯化镓、四氯化钛等有用的副产品。
附图说明
图1为本发明方法氨水与氯化铝水解的工艺流程图；
图2为本发明方法碳酸氢铵与氯化铝水解的工艺流程图。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明的方法，所使用的粉煤灰为锦州发电厂脱硫粉煤灰，其主要化学成分按表1所示。
表1 粉煤灰主要成分（质量百分含量%）
| Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | CaO | TiO2 | MgO | MnO | 其它 |
| 41.20 | 48.49 | 3.37 | 3.31 | 1.30 | 0.20 | 0.013 | 2.117 |
实施例1：
取粉煤灰1000克，研磨至100μm，将粉煤灰与质量百分含量75%的硫酸2600ml混合，在100℃下浸出1小时；过滤经硫酸浸出的粉煤灰，使余酸与滤渣分离。向滤渣中加入3000ml的水，在50℃下煮溶30分钟，溶出反应物，过滤除去残渣，得到硫酸铝溶液。
将硫酸铝溶液加热浓缩至1000ml，加入15%盐酸5500ml，然后通入HCl气体，析出氯化铝晶体,过滤得到1853克氯化铝晶体。
用NH3含量25%wt氢氧化铵溶液1750ml，与氯化铝溶液反应，得到氢氧化铝沉淀和氯化铵溶液。过滤后在1100℃下焙烧氢氧化铝晶体得到Al2O3晶体358.5克，纯度为99.3%，符合YS/T274-1998标准，经计算粉煤灰的Al2O3溶出率为86.4%。
滤液与460克氧化镁晶体混合在100℃下加热，得到氯化镁晶体2275克，蒸发的气体通入100ml蒸馏水中，5秒钟蒸馏水显示蓝色，然后将氨蒸汽在2000ml蒸馏水中收集，得到2336ml含量18.6%wt的氨水溶液。取2176克MgCl2•6H2O晶体在200℃下加热，氯化镁晶体脱水，然后放出氯化氢气体，氯化氢体通入2100ml蒸馏水中收集，得到2351ml 29%的盐酸溶液和460克氧化镁粉末。
实施例2：
取粉煤灰1000克，研磨至125μm，将粉煤灰与质量百分含量80%的硫酸6000ml混合，在150℃下浸出1.5小时；过滤经硫酸浸出的粉煤灰，使余酸与滤渣分离。向滤渣中加入3500ml的水，在60℃下煮溶40分钟，溶出反应物，过滤除去残渣，得到硫酸铝溶液。
将硫酸铝溶液蒸发结晶，得2719克Al2(SO4)3•18H2O晶体，将硫酸铝晶体与32%盐酸4500ml混合，然后通入HCl气体，析出氯化铝晶体,过滤得到1916克氯化铝晶体。
用NH3含量25%wt氢氧化铵溶液1750ml，与氯化铝溶液反应，得到氢氧化铝沉淀和氯化铵溶液。过滤后在1125℃下焙烧氢氧化铝晶体得到Al2O3晶体382克，纯度为99.6%，符合YS/T274-1998标准，经计算粉煤灰的Al2O3溶出率为92.7%。
滤液与500克氧化镁晶体混合在107℃下加热，得到氯化镁晶体2176克，蒸发的气体通入1800ml蒸馏水中收集，得到2145ml含量20.3%wt的氨水溶液。取2176克MgCl2•6H2O晶体在220℃下加热，氯化镁晶体脱水，然后放出氯化氢气体，氯化氢体通入1800ml蒸馏水中收集，得到2105ml 32%的盐酸溶液和500克氧化镁粉末。
实施例3：
取粉煤灰1000克，研磨至150μm，将粉煤灰与质量百分含量90%的硫酸3500ml混合，在200℃下浸出2小时；过滤经硫酸浸出的粉煤灰，使余酸与滤渣分离。向滤渣中加入4000ml的水，在70℃下煮溶45分钟，溶出反应物，过滤除去残渣，得到硫酸铝溶液。
将硫酸铝溶液加热浓缩至1000ml，加入25%盐酸3500ml，然后通入HCl气体，析出氯化铝晶体,过滤得到1911克氯化铝晶体。
取液氨400g，将氯化铝加入水2500ml溶解，将液氨与氯化铝溶液混合得到氢氧化铝沉淀和氯化铵溶液。过滤后在1150℃下焙烧氢氧化铝晶体得到Al2O3晶体380克，纯度为99.2%，符合YS/T274-1998标准，经计算粉煤灰的Al2O3溶出率为91.5%。
滤液与500克氧化镁晶体混合在118℃下加热，得到氯化镁晶体2168克，蒸发的气体2300ml蒸馏水中收集，得到2569ml含量17.3%wt的氨水溶液。取2168克MgCl2•6H2O晶体在235℃下加热，氯化镁晶体脱水，然后放出氯化氢气体，氯化氢体通入2500ml蒸馏水中收集，得到2443ml 28%的盐酸溶液和500克氧化镁粉末。
实施例4：
取粉煤灰1000克，研磨至175μm，将粉煤灰与质量百分含量95%的硫酸4000ml克混合，在250℃下浸出2.5小时；过滤经硫酸浸出的粉煤灰，使余酸与滤渣分离。向滤渣中加入4500ml的水，在80℃下煮溶50分钟，溶出反应物，过滤除去残渣，得到硫酸铝溶液。
将硫酸铝溶液蒸发结晶，得2725克Al2(SO4)3•18H2O晶体，将硫酸铝晶体与32%盐酸3000ml混合，然后通入HCl气体，析出氯化铝晶体,过滤得到1813克氯化铝晶体。
用NH3含量21%wt碳酸氢铵1800ml，加入水8500ml溶解，将氯化铝加入水2500ml溶解，将碳酸氢铵溶液与氯化铝溶液混合得到氢氧化铝沉淀和氯化铵溶液。过滤后在1175℃下焙烧氢氧化铝晶体得到Al2O3晶体390.1克，纯度为99.5%，符合YS/T274-1998标准，经计算粉煤灰的Al2O3溶出率为94.2%。
滤液与700克氢氧化镁晶体混合在128℃下加热，得到含水氯化镁晶体2169克，蒸发的气体通入1800ml蒸馏水中收集，得到2161ml含量19.9%wt的氨水溶液。取2169克MgCl2•6H2O晶体在250℃下加热，氯化镁晶体脱水，然后放出氯化氢气体，氯化氢体通入2300ml蒸馏水中收集，得到2542ml27%的盐酸溶液和430克氧化镁粉末。
实施例5：
取粉煤灰1000克，研磨至200μm，将粉煤灰与质量百分含量98%的硫酸5000ml混合，在350℃下浸出3小时；过滤经硫酸浸出的粉煤灰，使余酸与滤渣分离。向滤渣中加入5000ml的水，在90℃下煮溶60分钟，溶出反应物，过滤除去残渣，得到硫酸铝溶液。
将硫酸铝溶液加热浓缩至1000ml，加入38%盐酸2000ml，然后通入HCl气体，析出氯化铝晶体,过滤得到1716克氯化铝晶体。
用NH3含量22%wt碳酸铵2000ml，与氯化铝溶液反应，得到氢氧化铝沉淀和氯化铵溶液。过滤后在1200℃下焙烧氢氧化铝晶体得到Al2O3晶体367.2克，纯度为99.4%，符合YS/T274-1998标准，经计算粉煤灰的Al2O3溶出率为88.6%。
滤液与700克氢氧化镁晶体混合在138℃下加热，得到氯化镁晶体2178克，蒸发的气体通入2000ml蒸馏水中收集，得到2295ml含量21.3%wt的氨水溶液。取2178克MgCl2•6H2O晶体在200℃下加热，氯化镁晶体脱水，然后放出氯化氢气体，氯化氢体通入2000ml蒸馏水中收集，得到2396ml 28.5%的盐酸溶液和430克氧化镁粉末。
Claims (1)
1.一种利用电厂粉煤灰制取氧化铝的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：取粉煤灰1000克，研磨至150μm，将粉煤灰与质量百分含量90％的硫酸3500mL混合，在200℃下浸出2小时；过滤经硫酸浸出的粉煤灰，使余酸与滤渣分离；向滤渣中加入4000mL的水，在70℃下煮溶45分钟，溶出反应物，过滤除去残渣，得到硫酸铝溶液；
将硫酸铝溶液加热浓缩至1000mL，加入25％盐酸3500mL，然后通入HCl气体，析出氯化铝晶体，过滤得到1911克氯化铝晶体；
取液氨400g，将氯化铝加入水2500mL溶解，将液氨与氯化铝溶液混合得到氢氧化铝沉淀和氯化铵溶液；过滤后在1150℃下焙烧氢氧化铝晶体得到Al2O3晶体380克，纯度为99.2％，经计算粉煤灰的Al2O3溶出率为91.5％；
氯化铵溶液与500克氧化镁晶体混合在118℃下加热，得到氯化镁晶体2168克，蒸发的氨气通入2300mL蒸馏水中收集，得到2569mL含量17.3％wt的氨水溶液；取2168克MgCl2·6H2O晶体在235℃下加热，氯化镁晶体脱水，然后放出氯化氢气体，氯化氢体通入2500mL蒸馏水中收集，得到2443mL28％的盐酸溶液和500克氧化镁粉末。
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