CN103936040A

CN103936040A - 一种超声波酸法从粉煤灰中提取氧化铝的方法

Info

Publication number: CN103936040A
Application number: CN201310018054.6A
Authority: CN
Inventors: 秦高飞; 宿新泰; 杨超; 王吉德; 马凤云; 李志娟; 钟梅; 武荣兰
Original assignee: Xinjiang University
Current assignee: Xinjiang University
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2014-07-23

Abstract

本发明涉及一种利用超声波技术，以酸溶液为浸取剂从粉煤灰中提取氧化铝的方法。该方法首先将粉煤灰研磨至小于200目后，放入超声波反应器中；以一定的液固比例加水混合均匀；以粉煤灰中氧化铝及其它阳离子氧化物耗酸理论值加入10-98％浓硫酸并混合均匀；在密闭体系中于搅拌下进行超声波加热反应；固液分离、除杂、洗涤至滤渣接近中性，获得硫酸铝溶液。本发明以硫酸为浸取剂，以超声波为加热源浸取粉煤灰中的氧化铝，改变了传统的加热方法，充分利用超声波加热的高频性和穿透性，破坏Si-Al键，并使粉煤灰-硫酸体系内部均匀生热，加速硫酸与粉煤灰颗粒的反应，从而加大粉煤灰中氧化铝的溶出速度，大大缩短了反应时间，并且提高了氧化铝的溶出率，使氧化铝的溶出率大于90％。超声波酸溶提取氧化铝可降低能耗，节省能源。

Description

一种超声波酸法从粉煤灰中提取氧化铝的方法

(一)技术领域

本发明属于一种煤炭固体废弃物资源利用方法，特别是涉及从粉煤灰中利用超声波酸溶液浸取氧化铝的方法。

(二)背景技术

我国是世界上火力发电最大的国家，也是粉煤灰排放量最大的国家，近年来，我国电力工业发展迅速，火电发电总量也迅速增加，因而，粉煤灰的排放量也在逐年增加。据中国煤炭工业协会2009年1月的报告，2008年我国的产煤总量为27.16亿吨，其中大部分用于发电，电厂排放的粉煤灰高达4亿吨以上，约占全国固体废弃物的40％，占用了大量耕地、大范围的污染了环境。在我国2008年排放的4亿吨粉煤灰中含有约160.36吨氧化铝，可从这些氧化铝中提取约80吨铝，当然这是理论上得，如果实际上可能获得1/20，也可以得到4吨铝，可以节约16吨优质铝土矿。

我国的粉煤灰综合利用工作长期以来一直受到国家的高度重视，特别是粉煤灰的高附加值利用已越来越受到相关学者的关注，许多研究人员对粉煤灰，特别是高铝粉煤灰进行了提取氧化铝制备冶金级氧化铝、聚合氯化铝铁净水剂等研究。

粉煤灰中含有的主要成分有：Al₂O₃、SiO₂、FeO、TiO₂、CaO、K₂O、MgO等，其中氧化铝的含量一般可达到20％～40％，最高可达50％以上，可代替铝土矿成为一种很好的氧化铝资源。

目前国内外由粉煤灰制备氧化铝的方法，主要有酸浸法、碱熔法。

碱熔法是将粉煤灰与石灰石或碳酸钠等混合在高温下煅烧、粉化后制备出可溶于碱的铝酸盐，经脱硅、拜耳法制备出Al₂O₃，涉及的工艺容易掌握且易形成规模。但碱熔法不仅能耗高，而且产生的废渣量大，限制了该方法的推广使用。

酸浸法相对于碱熔法较为灵活，二次残渣较少，且容易实现粉煤灰中硅与铝、铁的彻底分离。但由于粉煤灰是在炉膛中高温燃烧的产物，所以大部分粉煤灰是以玻璃体形式存在，其结构聚合度大，化学性质十分稳定，需要加入氟化铵等助溶剂。

(三)发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种利用超声波酸溶液浸取粉煤灰中氧化铝的方法。

本发明是以硫酸为浸取剂以超声波为加热源溶解粉煤灰中得氧化铝，其特点是改变了传统的加热方法，充分利用超声波加热的高频性和穿透性，使粉煤灰加硫酸体系内部均匀生热，加速硫酸与粉煤灰颗粒的反应，同时有利于Si-Al键断裂，使粉煤灰中含铝莫来石结构破坏形成硫酸铝。反应在密闭体系下进行，这样既可以避免硫酸的外溢或挥发，又可以产生自生压力，有助于酸溶反应，从而加大粉煤灰中氧化铝的溶出速度，提高氧化铝的提取率。通过超声波酸溶液密闭体系下的化学反应，最终可以使粉煤灰中氧化铝溶出率大于90％。

本发明技术解决方案是：

利用超声波技术从粉煤灰中提取氧化铝的方法是通过以下技术方案实现的：

是一定浓度的硫酸与粉煤灰均匀混合，在有搅拌的条件下利用超声波加热，在密闭体系下进行化学反应，使粉煤灰中含铝莫来石结构破坏形成硫酸铝，然后进行渣液分离、除杂、过滤、洗涤获得硫酸铝溶液，可用于制备硫酸铝或氧化铝。

其步骤为：

(1)取一定量经粉磨后粒度小于200目的粉煤灰放入超声波反应器中；

(2)以液固比2-6∶1(升∶千克)的比例加入水并与水混合均匀；

(3)以粉煤灰中氧化铝及其它阳离子氧化物耗酸理论值的1-3∶1(摩尔比)的比例加入98％浓硫酸，并混合均匀；

(4)在密闭体系中边搅拌边进行超声波加热5-15分钟，以超声波加热功率500-2000W，反应温度100-200℃，反应压力0.15-0.4MPa；

(5)固液分离、清水洗涤至滤渣接近中性，获得硫酸铝溶液；由硫酸铝转化为氧化铝是公知技术，不再累述。

有益效果：采用超声波加热的方式加热速度快，反应迅速，可在15分钟内完成反应，大大缩短了反应时间；在密闭体系中反应既可以避免硫酸的外溢或挥发又可以产生自生压力，有助于酸溶反应，并降低了反应温度(低于200℃)；采用该方法在优选的工艺技术条件下获得的硫酸铝溶液，氧化铝溶出率占粉煤灰中氧化铝含量的90％以上。此外采用超声波加热还具有加热均匀、能耗低的优点。

(四)具体实施方式

下面结合实际事例作进一步详细说明：

按如下顺序和步骤实现粉煤灰中氧化铝的提取：

(2)以液固比2-6∶1(升∶千克)的比例加入水并与水混合均匀；

(5)固液分离、清水洗涤至滤渣接近中性，获得硫酸铝溶液；

如粉煤灰的化学组成为：

Al₂O₃49.98％，SiO₂40.95％，TiO₂1.17％，CaO0.33％，MgO0.48％，Fe₂O₃1.01％，FeO0.4％，K₂O0.03％，Na₂O0.48％，SO₃0.13％

矿物组成以莫来石为主，含少量石英、石膏、赤铁矿和非晶态物质。

粉煤灰粒度小于200目。

每100g粉煤灰的理论耗酸量为98％的硫酸1.54mol(84.2638mL)。

实例一

(1)取100g粉煤灰放入超声波反应器中；

(2)加入220mL水并混合均匀；

(3)加入88mL98％浓硫酸并混合均匀；

(4)在密闭体系中于搅拌下进行超声波加热15分钟，超声波加热功率500W，反应温度140℃，压力0.15MPa；

(5)固液分离、除杂、洗涤至滤渣接近中性，获得硫酸铝溶液。由硫酸铝转化为氧化铝是公知技术，不再累述。

该条件下氧化铝溶出率为90.04％。

实例二

(1)取100g粉煤灰放入超声波反应器中；

(2)加入455mL水并混合均匀；

(3)加入130mL98％浓硫酸并混合均匀；

(4)在密闭体系中于搅拌下进行超声波加热5分钟，超声波加热功率800W，反应温度150℃，压力0.22MPa；

该条件下氧化铝溶出率为90.85％。

实例三

(1)取100g粉煤灰放入超声波反应器中；

(2)加入350mL水并混合均匀；

(3)加入100mL98％浓硫酸并混合均匀；

(4)在密闭体系中于搅拌下进行超声波加热10分钟，超声波加热功率1000W，反应温度170℃，压力0.31MPa；

该条件下氧化铝溶出率为92.43％。

实例四

(1)取100g粉煤灰放入超声波反应器中；

(2)加入500mL水并混合均匀；

(3)加入220mL55％浓硫酸并混合均匀；

(4)在密闭体系中于搅拌下进行超声波加热10分钟，超声波加热功率1800W，反应温度200℃，压力0.37MPa；

该条件下氧化铝溶出率为89.27％。

实例五

(1)取100g粉煤灰放入超声波反应器中；

(2)加入500mL水并混合均匀；

(3)加入220mL30％浓硫酸并混合均匀；

该条件下氧化铝溶出率为82.27％。

Claims

1.一种超声波酸法从粉煤灰中提取氧化铝的方法，其特征在于，以硫酸为浸取剂，以超声波为加热源浸取粉煤灰中的氧化铝，且氧化铝的浸取率大于90％。

2.按照权利要求1所述的用超声波酸溶液浸取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤：

步骤一、取一定量经粉磨后的粉煤灰放入超声波反应器中；

步骤二、按一定比例加入水，并混合均匀；以粉煤灰中氧化铝及其它阳离子氧化物耗酸理论值的1-3∶1(摩尔比)的比例加入某酸溶液，并混合均匀；

步骤三、在密闭体系中边搅拌边进行超声波加热5-15分钟，反应温度100-200℃，反应压力0.15-0.4MPa；

步骤四、将反应后的溶液进行分离、除杂、洗涤至滤渣接近中性，获得硫酸铝溶液；由硫酸铝转化为氧化铝是公知技术，不再累述。

3.根据权利要求2所述用超声波酸溶液浸取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在步骤一中粉煤灰研磨粒度小于200目。

4.根据权利要求2所述用超声波酸溶液浸取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在步骤二中固液比例为2-6∶1(升∶千克)。

5.根据权利要求2所述用超声波酸溶液浸取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在步骤二中所加入的酸溶液为10-98％浓硫酸。

6.根据权利要求2所述用超声波酸溶液浸取粉煤灰中氧化铝的方法，其特征在步骤三中超声波加热功率500-2000W。