CN103373738A - 一种粉煤灰低温湿法活化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种粉煤灰低温湿法活化方法，包括以下步骤：(1)将粉煤灰和浓度为300-700g/l的强碱溶液混合在一起进行活化处理，碱溶液与粉煤灰体积质量配比为3∶1-20∶1(ml/g)，活化温度为130-180℃，活化时间为0.5-10h，活化压力为常压至0.5Mpa。活化后液固分离得到粗碱液和活化粉煤灰；(2)粗碱液经稀释后加入氧化钙净化处理，液固分离后得到含钙渣和强碱溶液，含钙渣作为副产物输出系统，强碱溶液循环利用于粉煤灰活化处理；该方法所述的碱溶液为NaOH水溶液、KOH水溶液、铝酸钠溶液或铝酸钾溶液，活化后粉煤灰采用稀酸溶出，氧化铝溶出率达到95-99％。该方法活化温度低，活化效果佳，活化过程不会产生二次污染，为后续粉煤灰处理尤其是提取氧化铝、制备沸石等创造必要条件。

Description

一种粉煤灰低温湿法活化处理方法

技术领域

本发明涉及一种粉煤灰低温湿法活化处理方法。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，我国铝工业面临严重的资源短缺问题，铝工业安全已经受到严峻挑战。同时，由于我国是世界上少数以煤为主要能源的国家之一，煤炭在我国的能源消费格局中一直占据主导地位。煤炭燃烧后产生了大量的燃煤固体废弃物，其中之一即粉煤灰，火电厂每消耗四吨煤就会产生一吨粉煤灰，2010年我国粉煤灰的排放量约4.8亿吨。由于粉煤灰利用率不高，且产地非常集中，导致我国粉煤灰大量堆存，累计堆存量已经达到约30亿吨，粉煤灰污染已成为我国最大单一固体污染源，粉煤灰综合利用已经非常迫切。尤其是，我国某些地区的粉煤灰中Al₂O₃含量高达30％甚至40％以上，达到了中级铝土矿的品位。而我国铝土矿资源非常短缺，资源保障年限已经不足10年，2011年氧化铝工业对外依存度达到60％。因此，若能将粉煤灰中的氧化铝提取出来，使粉煤灰成为铝土矿资源的替代品，对解决我国铝土矿资源紧缺和燃煤环境污染问题无疑都具有重要的意义。

目前，粉煤灰提取氧化铝得到政府、科研工作者、企业等高度重视，相继开发了碱法(主要指烧结法)、酸法以及酸-碱联合法等。其中，酸法是用盐酸或硫酸处理粉煤灰，得到相应的铝盐经高温分解得到氧化铝。该方法由于反应温度低、硅铝资源能同时得到利用、渣量小而备受青睐。但是，由于粉煤灰的特殊结构，其中Al-O-Si结合紧密，键能高，氧化铝活性低。为此，通常将粉煤灰进行预活化处理。

季惠明等在专利申请号200710150915.0中提出采用碳酸钠作活化剂，在750℃-950℃下烧结粉煤灰，活化后粉煤灰采用硫酸分解，分解率可达95％。

专利申请号200610048295.5提出一种粉磨粉煤灰提取氧化铝的方法，其工艺过程是首先通过粉磨来增加粉煤灰的表面活性，然后在200-760℃下焙烧活化1-1.5小时，再与浓H₂SO₄混匀后在200-400℃下焙烧，这种方法氧化铝提取率达到90％以上。

于建国等在专利申请号为200910195363.4中公开了一种利用高温微波活化粉煤灰的方法，该方法利用高温微波对粉煤灰和氧化钙的混合料在800-1000℃下进行煅烧，然后酸浸熟料，氧化铝浸取率可达75％以上。

赵剑宇等通过添加氟化铵等助剂，利用其与二氧化硅的强烈作用强化粉煤灰的分解，常压条件下100℃左右氧化铝提取率可达97％。

可见，现有酸法处理粉煤灰工艺中，为提高氧化铝回收率，多采用粉煤灰预活化技术，如粉磨、烧结、微波、外加氟化物助剂等。但是，粉磨和烧结能耗高；添加氟化物法不仅可能对大气造成污染，而且粉煤灰分解过程中会产生高毒性氟硅酸，造成二次污染；微波加热技术工业上实施难度大，前景并不看好。因此，研发流程简单、环境污染小、能耗低、温度低的粉煤灰活化方法是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粉煤灰低温湿法活化处理方法，该技术为高效回收粉煤灰中的氧化铝、实现废弃物的资源化利用奠定坚实基础。

本发明的目的是通过以下技术实现的。

本发明提供的粉煤灰低温湿法活化处理方法，其步骤如下：

(1)配料：将粉煤灰和强碱溶液混合在一起加入到活化反应器中；

(2)活化：将步骤(1)得到的物料在反应器中进行活化处理，活化温度为130-180℃，活化时间为0.5-10h，活化压力为常压至0.5Mpa，活化反应完成后得到料浆；

(3)分离：将步骤(2)得到的料浆液固分离，得到粗碱液和活化粉煤灰；

(4)净化：粗碱液经稀释后加入氧化钙在80-120℃条件下反应1-5h，所得料浆液固分离后得到含钙渣和碱液，含钙渣作为副产物输出系统，碱液经浓度调整后循环利用。

所述的碱溶液为NaOH水溶液、KOH水溶液、铝酸钠溶液或铝酸钾溶液。

所采用的碱液浓度为300-700g/l。碱溶液与粉煤灰体积质量配比为3∶1-20∶1(ml/g)。

活化后粉煤灰中原有难分解物将近100％转化，采用酸法溶出时氧化铝溶出率达到95-99％，活化粉煤灰可作为生产氧化铝、制备沸石的原料。

本发明提供的粉煤灰活化方法具有如下明显优越性：

(1)本发明提出的粉煤灰活化温度为130-180℃，较硫酸铵法等其它方法降低200℃以上，而且常压至0.5Mpa操作，可显著降低能耗和设备投资；

(2)本发明采用碱溶液活化粉煤灰，污染小，环境相容性好；

(3)本发明中碱溶液经过净化后可循环利用，大大减少原材料成本；

(4)本发明副产硅酸钙或铝酸钙产品，有利于粉煤灰中硅、铝组分的高值化利用。

(5)本发明中活化粉煤灰为在酸洗介质中易溶的铝硅酸盐化合物，采用稀盐酸或稀硫酸常压下溶出时氧化铝溶出率达到95-99％，是生产氧化铝、制备沸石等的原料。

附图说明

图1是本发明粉煤灰活化反应流程图(以氢氧化钠为例)。

具体实施方式

下面选取几个具体例子对本发明进一步详细说明，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的权利范围以权利要求书为准。

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1：

本实施例使用粉煤灰含Al₂O₃41.41％，SiO₂39.54％，是煤粉经煤粉炉高温燃烧后，从烟道气体中收捕下来的一种类似火山灰质的白色或灰色粉末物质。

1)配料：将粉煤灰和NaOH浓度为300g/l的碱溶液混合在一起加入到活化反应器中，碱溶液与粉煤灰体积质量配比为5∶1(ml/g)；

2)活化：将步骤1)得到的物料在反应器中进行活化处理，活化温度为180℃，活化时间为2h，活化完成后得到反应料浆；

3)分离：将步骤2)得到的料浆进行液固分离，得到粗碱液和活化粉煤灰；

4)净化：粗碱液经稀释后加入氧化钙在100℃条件下反应3h，所得料浆液固分离后得到含钙渣和碱液；含钙渣作为副产物输出系统，碱液经浓度调整后循环利用；

5)活化后粉煤灰采用1M盐酸80℃溶出时，氧化铝溶出率达到99％。

实施例2：

本实施例使用粉煤灰含Al₂O₃32.43％，SiO₂41.77％，是煤粉经循环流化床高温燃烧后，从烟道气体中收捕下来的一种类似火山灰质的白色或灰色粉末物质。

1)配料：将粉煤灰和NaOH浓度为700g/l的NaOH碱溶液混合在一起加入到活化反应器中，碱溶液与粉煤灰体积质量配比为20∶1(ml/g)；

2)活化：将步骤1)得到的物料在反应器中进行活化处理，活化温度为130℃，活化时间为5h，活化完成后得到反应料浆；

3)分离：将步骤2)得到的料浆稀释后液固分离，得到粗碱液和活化粉煤灰；

4)净化：粗碱液经稀释后加入氧化钙在80℃条件下反应5h，所得料浆液固分离后得到含钙渣和碱液；含钙渣作为副产物输出系统，碱液经浓度调整后循环利用；

5)活化后粉煤灰采用1M盐酸50℃溶出时，氧化铝溶出率达到95％。

实施例3：

本实施例使用粉煤灰含Al₂O₃41.41％，SiO₂39.54％，是煤粉经煤粉炉高温燃烧后，从烟道气体中收捕下来的一种类似火山灰质的白色或灰色粉末物质。

1)配料：将粉煤灰和NaOH浓度为550g/l的碱溶液混合在一起加入到活化反应器中，碱溶液与粉煤灰体积质量配比为20∶1(ml/g)；

2)活化：将步骤1)得到的物料在反应器中进行活化处理，活化温度为175℃，活化时间为0.5h，活化完成后得到反应料浆；

3)分离：将步骤2)得到的料浆液固分离，得到粗碱液和活化粉煤灰；

4)净化：粗碱液经稀释后加入氧化钙在120℃下反应1h，所得料浆液固分离后得到含钙渣和碱液；含钙渣作为副产物输出系统，碱液经浓度调整后循环利用；

5)活化后粉煤灰采用1M硫酸90℃溶出时，氧化铝溶出率达到97％。

实施例4：

本实施例使用粉煤灰含Al₂O₃41.41％，SiO₂39.54％，是煤粉经煤粉炉高温燃烧后，从烟道气体中收捕下来的一种类似火山灰质的白色或灰色粉末物质。

1)配料：将粉煤灰和Na₂O浓度为550g/l的苛性比为10的铝酸钠溶液混合在一起加入到活化反应器中，碱溶液与粉煤灰体积质量配比为8∶1(ml/g)；

2)活化：将步骤1)得到的物料在反应器中进行活化处理，活化温度为140℃，活化时间为8h，活化压力为近常压，活化完成后得到反应料浆；

3)分离：将步骤2)得到的料浆液固分离，得到粗碱液和活化粉煤灰；

4)净化：粗碱液稀释后加入氧化钙在90℃条件下反应6h，所得料浆液固分离后得到含钙渣和碱液；含钙渣作为副产物输出系统，碱液经浓度调整后循环利用；

5)活化后粉煤灰采用1M硫酸75℃溶出时，氧化铝溶出率达到97％。

实施例5：

本实施例使用粉煤灰含Al₂O₃32.43％，SiO₂41.77％，是煤粉经循环流化床高温燃烧后，从烟道气体中收捕下来的一种类似火山灰质的白色或灰色粉末物质。

1)配料：将粉煤灰和K₂O浓度为500g/l的苛性比为8的铝酸钾溶液混合在一起加入到活化反应器中，碱溶液与粉煤灰体积质量配比为7∶1(ml/g)；

2)活化：将步骤1)得到的物料在反应器中进行活化处理，活化温度为150℃，活化时间为1.5h，活化完成后得到反应料浆；

3)分离：将步骤2)得到的料浆液固分离，得到粗碱液和活化粉煤灰；

4)净化：粗碱液稀释后加入氧化钙在95℃条件下反应3h，所得料浆液固分离后得到含钙渣和碱液；含钙渣作为副产物输出系统，碱液经浓度调整后循环利用。

5)活化后粉煤灰采用1M盐酸70℃溶出时，氧化铝溶出率达到98％。

实施例6：

本实施例使用粉煤灰含Al₂O₃32.43％，SiO₂41.77％，是煤粉经循环流化床高温燃烧后，从烟道气体中收捕下来的一种类似火山灰质的白色或灰色粉末物质。

1)配料：将粉煤灰和KOH浓度为500g/l的碱溶液混合在一起加入到活化反应器中，碱溶液与粉煤灰体积质量配比为3∶1(ml/g)；

2)活化：将步骤1)得到的物料在反应器中进行活化处理，活化温度为140℃，活化时间为10h，活化完成后得到反应料浆；

3)分离：将步骤2)得到的料浆液固分离，得到粗碱液和活化粉煤灰；

4)净化：粗碱液稀释后加入氧化钙在100℃条件下反应4h，所得料浆液固分离后得到含钙渣和碱液；含钙渣作为副产物输出系统，碱液经浓度调整后循环利用。

5)活化后粉煤灰采用1M盐酸80℃溶出时，氧化铝溶出率达到99％。

Claims (7)

1.一种粉煤灰低温湿法活化处理的方法，包括以下步骤：

(1)配料：将粉煤灰和强碱溶液混合在一起加入到活化反应器中；

(2)活化：将步骤(1)得到的物料在反应器中进行活化处理，活化温度为130-180℃，活化时间为0.5-10h，活化压力为常压至0.5Mpa，活化反应完成后得到料浆；

(3)分离：将步骤(2)得到的料浆液固分离，得到粗碱液和活化粉煤灰；

(4)净化：粗碱液经稀释后加入氧化钙在80-120℃条件下反应1-5h，所得料浆液固分离后得到含钙渣和碱液，含钙渣作为副产物输出系统，碱液经浓度调整后循环利用。

2.根据权利要求1所述的粉煤灰低温湿法活化处理方法，其特征在于：所述的碱溶液为NaOH水溶液、KOH水溶液、铝酸钠溶液或铝酸钾溶液。

3.根据权利要求1或2所述的粉煤灰低温湿法活化处理方法，其特征在于：所采用的碱液中NaOH或KOH的浓度为300-700g/l。

4.根据权利要求1所述的粉煤灰低温湿法活化处理方法，其特征在于：碱溶液与粉煤灰体积质量配比为3∶1-20∶1(ml/g)。

5.根据权利要求1所述的粉煤灰低温湿法活化处理方法，其特征在于：活化温度为130-180℃。

6.根据权利要求1所述的粉煤灰低温湿法活化处理方法，其特征在于：活化时间为0.5-10h。

7.根据权利要求1所述的粉煤灰低温湿法活化处理方法，其特征在于：活化后粉煤灰中原有难分解物将近100％转化，采用酸法溶出时氧化铝溶出率达到95-99％，活化粉煤灰可作为生产氧化铝、制备沸石的原料。

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