CN103420406B - 利用赤泥活化处理煤矸石和/或粉煤灰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用氧化铝厂赤泥活化处理煤矸石/或粉煤灰的方法，该方法是将煤矸石和/或粉煤灰与一定量的赤泥和Na₂CO₃配料，然后在600～1000℃下烧结，可得到反应活性高的烧结熟料，然后用质量浓度为15～25%的盐酸溶液在80～120℃反应浸提氧化铝，配料中氧化铝的溶出率可达到90%以上。采用该方法，可降低活化助剂碱的消耗量，实现赤泥与煤矸石/或粉煤灰的协同处理，为煤矸石和/或粉煤灰的下一步利用奠定了基础。

Description

利用赤泥活化处理煤矸石和/或粉煤灰的方法

技术领域

本发明涉及含铝废渣的综合利用，具体是一种利用氧化铝厂赤泥活化处理煤矸石和/或粉煤灰的方法。

背景技术

煤矸石和/或粉煤灰含有丰富的氧化铝和二氧化硅，从煤矸石和/或粉煤灰中提取氧化铝和二氧化硅制备高附加值铝、硅产品成为煤矸石和/或粉煤灰高值化利用的重要方向。从煤矸石和/或粉煤灰中提取氧化铝和二氧化硅的典型工艺是酸碱联合法，即利用盐酸或硫酸先将煤矸石和/或粉煤灰中的氧化铝溶解形成水溶性的铝盐溶液，剩余的残渣主要以二氧化硅为主，再进一步转化利用。但由于煤矸石主要由高岭石组成，结构晶相稳定，粉煤灰主要以莫来石、黄长石、方钠石和尖晶石铁酸盐等铝硅铁玻璃体的形式存在，结构也非常稳定，反应活性很差，开发高效的活化技术，对提高煤矸石和/或粉煤灰的活性及其资源化利用非常重要。

煤矸石和/或粉煤灰的活化主要有机械活化和热活化。与机械活化相比，热活化由于操作简单，活化效果好而成为常用的一种方法。崔莉等人在《环境工程学报》（2007年第1卷第11期，99页）发表的“煤矸石中氧化铝溶出的实验研究”，将煤矸石在650℃下煅烧，用20%的盐酸浸取氧化铝，氧化铝的溶出率只有71.49%。秦晋国、翟玉春研发的“一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法”（专利申请号200510048274.9）将粉煤灰在300～760℃焙烧后，用60%～98%的H₂SO₄在160～330℃浸提粉煤灰中的氧化铝，过滤后的残渣再在65～90℃用水煮溶，氧化铝的溶出率达到85%以上。从文献可以看出，单独采用热活化的方法，氧化铝的溶出率较低，只有采用高的酸浓度才能提高氧化铝提取率，但酸耗量大，酸浓度高也给操作带来困难。

近年来，一些研究者利用Na₂CO₃在助熔活化粉煤灰、煤矸石再用酸浸取分离铝、硅的工艺表现出良好的效果。刘成长发明的“利用粉煤灰生产氢氧化铝和硅酸工艺方法”（专利申请号200710133216.5）采用“纯碱碱融-烧碱碱熔-水解-碳化-苛化”工艺，实现同时提取95%的氧化铝和90%的二氧化硅。马鸿文发明的“利用高铝粉煤灰制取氧化铝和白炭黑清洁生产工艺”（专利申请号200710087028.3）将碳酸钠与粉煤灰在750～880℃煅烧后用酸酸浸，得到铝盐溶液和硅酸，进一步制备铝、硅产品。类似的工艺如潘爱芳发明的“从粉煤灰中提取高纯氧化铝及硅胶的方法”（专利申请号200810017869.1）以及马昱昭发明的“一种从粉煤灰中提取高纯度氧化铝及硅胶的方法”（专利申请号201010013749.1）。该工艺可使粉煤灰中氧化铝和二氧化硅的提取率均可达90%以上。以上可以看出，在煤矸石和/或粉煤灰煅烧过程中加助剂碳酸钠，可有效提高氧化铝的提取率，但所需助剂量大，原料成本高，工艺复杂，限制了该技术的产业化应用。降低助剂添加量、降低活化成本，对于煤矸石和/或粉煤灰的资源化利用意义重大。

文献“一种从粉煤灰中提取氧化铝和白炭黑的方法”（专利申请号201310038565.4）指出，当原料中Al:Si摩尔比为1:1时，Na₂CO₃的理论消耗量最小。煤矸石和粉煤灰中的Al:Si摩尔比一般为0.5～0.8，过量的SiO₂会消耗大量的Na₂CO₃。因而降低Na₂CO₃消耗的重要途径之一就是调配原料的铝硅比。

赤泥是在氧化铝生产过程中产生的固体废渣，碱含量高，高碱含量造成赤泥在综合利用上的困难，目前综合利用率不足5%（《大宗工业固体废物综合利用“十二五”规划》），大量堆存带来了非常严重的资源浪费和土地碱化的环境问题，亟需开发有效的赤泥综合利用技术。

发明内容

本发明的目的在于解决煤矸石和/或粉煤灰活化过程中助剂耗量大的问题，提供一种在煤矸石和/或粉煤灰中加入适量赤泥和碳酸钠来提高煤矸石和/或粉煤灰活性的方法，开发高效的赤泥与煤矸石和/或粉煤灰协同处理技术。

本发明提供的一种利用氧化铝厂赤泥活化处理煤矸石和/或粉煤灰的方法，具体步骤包括：

（1）将煤矸石和/或粉煤灰与赤泥、Na₂CO₃按比例配料并混合均匀，使配料中Na、Al、Si摩尔比为0.5～1.5:1:1，于600～1000℃下烧结，冷却制得烧结熟料；

（2）将烧结熟料与质量浓度为15～25%的盐酸按照质量比1:3～6混合，在80～120℃反应后溶出反应物，过滤除去残渣，得到含AlCl₃的铝盐溶液。经检测，氧化铝的溶出率达到90%以上。

所述的粉煤灰为燃煤形成的飞灰、底灰或锅炉渣，或它们的混合物。

所述的煤矸石和/或粉煤灰与赤泥、Na₂CO₃的配比满足Na、Al、Si摩尔比优选0.8～1.3:1:1。

所述的烧结温度优选为750℃-900℃。

与现有技术相比本发明的优点和效果：

赤泥是在氧化铝生产过程中产生的固体废渣，约含有10%左右的Na₂O和20%左右的Al₂O₃，其铝硅摩尔比一般大于1。本发明利用赤泥高铝硅比和含有大量的Na₂O的特点，以其作为煤矸石和/或粉煤灰的配料，其中的Na₂O可替代一部分碳酸钠用于物料的热活化过程，实现煤矸石和/或粉煤灰的高效活化，氧化铝的溶出率可达到90%以上。利用该方法，既可显著减少碳酸钠的消耗，又实现了赤泥和煤矸石和/或粉煤灰的协同处理，是一种经济、高效的资源利用方式。

具体实施方式

以下实施例中所用煤矸石取自山西潞安集团郭庄煤矿，粉煤灰取自太原一电厂，赤泥取自山西兆丰铝业有限责任公司氧化铝厂。

实施例1

1）取氧化铝含量为22.9%、二氧化硅含量为41.1%的煤矸石100g，加入175g氧化铝含量为23.4%、二氧化硅含量为19.1%、氧化钠含量为9.4%的赤泥和38g碳酸钠，充分混匀，于850℃煅烧3h，冷却制得烧结熟料；

2）酸浸提铝：在烧结熟料中加入18%的盐酸1252mL，升温至100℃反应2h，溶出反应物，过滤除去残渣，得到AlCl₃的铝盐溶液。

通过采用EDTA络合-铜盐反滴定法检测溶液中的铝，得出氧化铝的溶出率为91.2%。

实施例2

1）取氧化铝含量为35.3%、二氧化硅含量为50.9%的燃煤飞灰100g，加入110g氧化铝含量为23.4%、二氧化硅含量为19.1%、氧化钠含量为9.4%的赤泥和52g碳酸钠，充分混匀，于800℃煅烧2h，冷却制得烧结熟料；

2）酸浸提铝：在烧结熟料中加入20%的盐酸1000mL，升温至105℃反应2h，溶出反应物，过滤除去残渣，得到AlCl₃的铝盐溶液。

通过采用EDTA络合-铜盐反滴定法检测溶液中的铝，氧化铝的溶出率为93.7%。

实施例3

1）取氧化铝含量为32.7%、二氧化硅含量为45.3%的锅炉渣100g，加入80g氧化铝含量为23.4%、二氧化硅含量为19.1%、氧化钠含量为9.4%的赤泥和35g碳酸钠，充分混匀，于900℃煅烧2h，冷却制得烧结熟料；

2）酸浸提铝：在烧结熟料中加入20%的盐酸1010mL，升温至100℃反应2h，溶出反应物，过滤除去残渣，得到AlCl₃的铝盐溶液。

通过采用EDTA络合-铜盐反滴定法检测溶液中的铝，氧化铝的溶出率为90.2%。

实施例4

1）取氧化铝含量为22.9%、二氧化硅含量为41.1%的煤矸石70g以及氧化铝含量为33.9%、二氧化硅含量为49.3%的粉煤灰（飞灰、底灰和锅炉渣的混合物）30g，加入151g氧化铝含量为23.4%、二氧化硅含量为19.1%、氧化钠含量为9.4%的赤泥和50g碳酸钠，充分混匀，于850℃煅烧1.5h，冷却制得烧结熟料；

2）酸浸提铝：在烧结熟料中加入20%的盐酸1070mL，升温至95℃反应2h，溶出反应物，过滤除去残渣，得到AlCl₃的铝盐溶液。

通过采用EDTA络合-铜盐反滴定法检测溶液中的铝，氧化铝的溶出率为96.8%。

Claims (1)

1.一种从含铝废渣中提取氧化铝的方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)取氧化铝含量为22.9％、二氧化硅含量为41.1％的煤矸石70g以及氧化铝含量为33.9％、二氧化硅含量为49.3％的粉煤灰30g，加入151g氧化铝含量为23.4％、二氧化硅含量为19.1％、氧化钠含量为9.4％的赤泥和50g碳酸钠，充分混匀，于850℃煅烧1.5h，冷却制得烧结熟料；所述的粉煤灰为飞灰、底灰和锅炉渣的混合物；

2)酸浸提铝：在烧结熟料中加入20％的盐酸1070mL，升温至95℃反应2h，溶出反应物，过滤除去残渣，得到AlCl₃的铝盐溶液。