CN103936045A

CN103936045A - 一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法

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Publication number: CN103936045A
Application number: CN201410128644.9A
Authority: CN
Inventors: 孙琦; 王宝冬; 马铜锁
Original assignee: Individual
Current assignee: Changzhou Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-04-01
Also published as: CN103936045B

Abstract

本发明涉及从粉煤灰中提取氧化铝的方法。特别是涉及一种从大宗工业固废燃煤电厂排放的粉煤灰中提取氧化铝，同时联产超白玻璃和作为耐火保温材料的硅酸镁钙材料的集成方法。本发明的方法的成功开发可以彻底解决发电厂储灰场占地和粉煤灰的污染问题，提高粉煤灰的综合利用率；解决铝土矿资源短缺问题，有效增加铝资源安全供给；解决从粉煤灰中提取铝的成本高、产品单一和存在二次污染等问题；解决超白玻璃生产原料稀少的问题，大幅降低超白玻璃的生产成本。

Description

一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法

技术领域

本申请涉及从粉煤灰中提取氧化铝的方法。特别是涉及一种从大宗工业固废燃煤电厂排放的粉煤灰中提取氧化铝，同时联产超白玻璃和作为耐火保温材料的硅酸镁钙材料的集成方法。

背景技术

在中国，粉煤灰主要为高铝型粉煤灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等，并伴生钒、铅、镓、锗等杂质元素。其中90%以上的铝以氧化铝、铝硅酸盐等形式存在于莫来石-刚玉结晶相中，氧化硅含量在40%左右。

当前，从粉煤灰中提取氧化铝的方法主要包括酸法和碱法工艺，但对粉煤灰中的硅资源都还没有能够充分利用。

（1）酸法提铝工艺：代表性方法是直接酸浸法，该法以粉煤灰和硫酸或盐酸为原料，经磁选、混合、浸出、分离净化、浓缩结晶得到硫酸铝或氯化铝，煅烧后制得氧化铝产品。该方法主要适用于循环流化床锅炉产生的粉煤灰，优点是工艺流程短，但对设备材质要求苛刻，氧化铝产品纯度低、交换树脂再生困难等。

（2）碱法提铝工艺：代表性方法是石灰石烧结法和碱石灰烧结法。白光辉等采用石灰-碳酸钠烧结法，将碱液预处理后的粉煤灰，经烧结、碳酸钠浸出、脱硅、碳酸化分解制得氧化铝，铝提取率为90%。孙俊民等发明了一种高铝型粉煤灰经预脱硅、钙盐和碳酸钠烧结法生产氧化铝联产水泥的工艺。由于烧结法需要在高温(>1150℃)下添加大量石灰进行反应，因此能耗高、且尾渣产生量巨大，造成严重二次污染问题。

目前主要是以从粉煤灰中提取氧化铝为目的的现有工艺，生产过程不仅能耗较高，而且造成粉煤灰中有价值元素的资源浪费，引起二次污染问题。

发明内容

发明要解决的问题

针对上述从粉煤灰中提取氧化铝的现有工艺所存在的问题，本申请提供一种从粉煤灰中提取氧化铝的新方法。该方法在提取制备氧化铝的同时还利用粉煤灰中的硅元素等资源联产制得超白玻璃和硅酸镁钙材料。

用于解决问题的方案

本申请提供一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法，特征在于包括以下步骤：

粉煤灰原矿活化制得活化的粉煤灰；

活化的粉煤灰用苛性碱液进行预脱硅处理，得到预脱硅的粉煤灰，然后固液分离得到脱硅母液和脱硅滤饼；

脱硅滤饼烧结得到烧结熟料；

烧结熟料溶出反应得到硅镁钙渣和粗制的偏铝酸钠溶液；

粗制的偏铝酸钠溶液脱硅处理得到精制的偏铝酸钠溶液；

精制的偏铝酸钠溶液用二氧化碳进行碳酸化分解，析出氢氧化铝；

氢氧化铝煅烧得到氧化铝。

根据本申请所述的方法，特征在于使用球磨机对粉煤灰原矿进行活化。

根据本申请所述的方法，特征在于活化的粉煤灰与NaOH溶液在60-120℃、NaOH溶液浓度10-30wt%、液固体积比2:1～4:1的条件下反应进行预脱硅处理。

根据本申请所述的方法，特征在于所述烧结反应的条件为：烧结温度900℃-1150℃，烧结时间30-90分钟，钙比a为0.8-1.2，碱比b为0.9-1.1，其中钙比a=[CaO]/[SiO₂+TiO₂]，[CaO]表示CaO的摩尔量，[SiO₂+TiO₂]表示SiO₂和TiO₂的摩尔总量，碱比b=[Na₂O+K₂O]/[SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃]，[Na₂O+K₂O]表示Na₂O和K₂O的摩尔总量，[SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃]表示SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃的摩尔总量。

根据本申请所述的方法，特征在于所述溶出反应的条件为：液固体积比6:1～8:1，NaOH溶液浓度10-30wt%，溶出温度60-120℃，溶出时间30-90分钟。

根据本申请所述的方法，特征在于所述脱硅处理采用二段脱硅处理，第一段在90-120℃下使用硅镁钙渣进行脱硅处理；第二段使用石灰乳在90-120℃下进行脱硅处理。

根据本申请所述的方法，特征在于所述方法在提取氧化铝的同时还联产制备超白玻璃，包括以下步骤：

将预脱硅处理后得到的脱硅母液用二氧化碳进行碳酸化分解，然后固液分离得到碳酸钠溶液和二氧化硅；

将溶出反应得到的硅镁钙渣和上述得到的二氧化硅以及另外加入的氧化钠和氧化铝配合，得到超白玻璃配合料；

将所述配合料经造粒、熔制、成型、退火得到超白玻璃。

根据本申请所述的方法，特征在于以质量计，所述超白玻璃配合料包含6-10%Na₂O，6-8%CaO，68-78%SiO₂，0.5-4%Al₂O₃，2-4%MgO。

根据本申请所述的方法，特征在于所述方法在提取氧化铝的同时还联产制备硅酸镁钙材料，包括以下步骤：

将溶出反应得到的硅镁钙渣与碱性溶液进行脱碱反应，得到脱碱的硅镁钙渣；

将预脱硅处理后得到的脱硅母液用二氧化碳进行碳酸化分解，得到碳酸化分解后的脱硅母液；

将所述脱碱的硅镁钙渣和所述碳酸化分解后的脱硅母液中的硅酸钠溶液配合得到硅酸镁钙材料的配合料；

将所述硅酸镁钙材料的配合料经水化、养护制得硅酸镁钙材料。

根据本申请所述的方法，特征在于以质量计，硅酸镁钙材料包含：10-15%Na₂O，20-25%CaO，30-35%SiO₂，1-5%Al₂O₃，20-25%MgO。

发明的效果

本申请的技术方案可以彻底解决发电厂储灰场占地和粉煤灰的污染问题，提高粉煤灰的综合利用率；解决铝土矿资源短缺问题，有效增加铝资源安全供给；解决从粉煤灰中提取铝的成本高、产品单一和存在二次污染等问题；解决超白玻璃生产原料稀少的问题，大幅降低超白玻璃的生产成本。

附图说明

图1是本申请的从粉煤灰中提取氧化铝，同时联产超白玻璃和硅酸镁钙材料的工艺流程图。

图2是本申请实施例中使用的粉煤灰原料的X射线粉末衍射图（采用荷兰帕纳科公司制造的X射线粉末衍射仪，靶材：Cu；功率：2～3kW）。

图3～5是本申请实施例中使用的粉煤灰原料的透射电子显微镜图（采用日本电子公司制造的透射电子显微镜，型号JEM-2100）。

图6～7是本申请实施例中活化的粉煤灰经预脱硅处理后的透射电子显微镜图（采用日本电子公司制造的透射电子显微镜，型号JEM-2100）。

图8～9是本申请实施例中脱硅母液经碳酸化分解后的产物的透射电子显微镜图（采用日本电子公司制造的透射电子显微镜，型号JEM-2100）。

具体实施方式

在第一方面，本申请提供一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法，包括以下步骤：

粉煤灰原矿活化制得活化的粉煤灰；

脱硅滤饼烧结得到烧结熟料；

烧结熟料溶出反应得到硅镁钙渣和粗制的偏铝酸钠溶液；

粗制的偏铝酸钠溶液脱硅处理得到精制的偏铝酸钠溶液；

氢氧化铝煅烧得到氧化铝。

下面参考图1进一步解释该方法的各个步骤。

粉煤灰原矿活化制得活化的粉煤灰

该步骤如图1中的（1）活化步骤所示。

本申请使用的粉煤灰原料可以容易地从工业上的燃煤发电厂获得。在本申请中，优选地通过球磨方式将粉煤灰原矿进行活化，即物理活化。活化的目的是增加粉煤灰固体的比表面积以及破坏粉煤灰的晶格或引起晶格变形，增加粉煤灰固体的自由能，从而使粉煤灰活化。

活化的粉煤灰用苛性碱液进行预脱硅处理，得到预脱硅的粉煤灰，然后固液分离得到脱硅母液和脱硅滤饼

粉煤灰中主要的矿物相为刚玉和莫来石，这些矿物相的大部分（通常为>60%）以硅铝玻璃相存在。其中，SiO₂含量较高，铝硅质量比（通常为0.6-1.8）较低。如果将粉煤灰直接磨制成料浆然后进行烧结，将会产生烧结工段的物料处理量大、碱耗高、能耗高、低附加值尾渣量大等问题。但是如果对粉煤灰进行预脱硅处理，则能在一定程度上缓解以上问题。因此在本申请中，将活化的粉煤灰用苛性碱液进行预脱硅处理。

粉煤灰在苛性碱液中，在温度60-120℃下进行预脱硅，发生的主要反应有：

SiO₂(非晶态)+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O

10-30wt%浓度的苛性碱液能使存在于粉煤灰的玻璃相中的活性SiO₂大部分被溶解出来，而Al₂O₃则几乎不溶解而留在脱硅的滤饼中，从而实现初步硅铝分离。

通过该步骤得到脱硅母液和脱硅滤饼。

在本申请中，优选地，活化的粉煤灰与NaOH溶液在60-120℃（优选80℃）、NaOH溶液浓度10-30wt%（优选20wt%）、液固体积比2:1～4:1（优选4:1）的条件下反应进行预脱硅处理。

脱硅滤饼烧结得到烧结熟料

该步骤如图1中的（3）烧结步骤所示。

Al₂O₃主要存在于粉煤灰的玻璃相中，以相对稳定的Si-Al-O空间网络结构形式存在。要从粉煤灰中提取氧化铝，首先必须通过激活或破坏Si-Al-O网络结构而使其中的铝活化。

碱金属和碱土金属的氧化物为玻璃相中的网络变性体。这些氧化物提供大于等于6的阳离子配位数，它们的加入将会导致大量非桥氧的存在而诱发网络聚集体的置换和解聚。本申请选用碳酸镁（MgCO₃）、脱硫石膏（CaSO₄）和碳酸钠(Na₂CO₃)中的一种或几种为活化剂，利用其高温分解产生网络改性剂，活化机理如下：

MgCO₃→MgO+CO₂

CaSO₄→CaO+SO₃

SiO₂+MgO+Na₂CO₃=Na₂MgSiO₄+CO₂

Na₂CO₃→Na₂O+CO₂

Na₂O+SiO₂=Na₂SiO₃

Al₂O₃+Na₂O=2NaAlO₂

使用的CaO或MgO的比例如下确定：

a=[CaO]/[SiO₂+TiO₂]（摩尔比），其表示在粉煤灰中CaO的比例（钙比）。

[MgO]/[SiO₂+TiO₂]（摩尔比），其表示在粉煤灰中MgO的比例。

使用的Na₂O和K₂O的比例如下确定：

b=[Na₂O+K₂O]/[SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃]（摩尔比），其表示在粉煤灰中Na₂O和K₂O的比例（碱比）。

在本申请中，将脱硅滤饼进行烧结反应得到烧结熟料。烧结反应的条件通常为：烧结温度（900℃-1150℃），烧结时间（30-90分钟），钙比a（0.8-1.2），碱比b（0.9-1.1）。

烧结熟料溶出反应得到硅镁钙渣和粗制的偏铝酸钠溶液

该步骤如图1中的（4）溶出步骤所示。

将烧结熟料放入溶出液中，在机械搅拌下进行溶出反应。具体地，烧结熟料是在Na₂CO₃浓度为10g/L，NaOH浓度为20g/L的苛碱与碳碱组成的混合调配液（即溶出液）中进行溶出，通过控制溶出条件使熟料中的Al₂O₃尽可能完全进入溶液，而SiO₂进入固相赤泥，如此便能实现硅铝分离。溶出过程的反应主要有：

Na₂O·Al₂O₃(固)+4H₂O=2Na⁺+2Al(OH)₄ ^-

Na₂O·Fe₂O₃+4H₂O=2NaOH+Fe₂O₃·3H₂O

在溶出过程中，少量的Na₂CaSiO₄会与铝酸钠溶液中的组分发生反应，生成含有Al₂O₃的不溶性物质而进入溶出渣，造成Al₂O₃的损失。这是熟料溶出过程中的二次反应。因此，该熟料溶出工艺的选择，是从有效防止和降低溶出过程中的二次反应来进行考虑的。

反应结束后，过滤分离粗制的偏铝酸钠溶液和溶出的滤饼，并用水洗涤滤饼。将洗净后的滤饼干燥，得到溶出的赤泥，即硅镁钙渣。该硅镁钙渣为高碱型硅镁钙渣（其中碱含量为2-10wt%）

粗制的偏铝酸钠溶液脱硅处理得到精制的偏铝酸钠溶液

该步骤如图1中的（5）深度脱硅步骤所示。

将得到的粗制的偏铝酸钠溶液进行脱硅处理，优选第一次使用上述溶出步骤得到的硅镁钙渣，第二次使用石灰乳进行脱硅处理，得到精制的偏铝酸钠溶液。

精制的偏铝酸钠溶液用二氧化碳进行碳酸化分解，析出氢氧化铝

精制的偏铝酸钠溶液的碳酸化分解是一个气、液、固三相参加的复杂的多相反应，碳酸化分解的目的是通过向NaAlO₂溶液中通入CO₂，与NaAlO₂溶液发生化学反应，促使NaAlO₂分解为Al(OH)₃和Na₂CO₃，过滤后得到Al(OH)₃沉淀和Na₂CO₃溶液，达到Al和Na分离的目的。反应过程如下：

2NaAlO₂+CO₂+3H₂O=2Al(OH)₃↓+Na₂CO₃

在本申请中，还可以使得到的Na₂CO₃浓缩，回收到上述烧结步骤中用作活化剂。

氢氧化铝煅烧得到氧化铝

该步骤如图1中的（7）煅烧步骤所示。

将氢氧化铝煅烧的目的是使其脱水生成Al₂O₃。

由此，本申请完成从粉煤灰中提取氧化铝的工艺过程。

在第二方面，本申请的从粉煤灰中提取氧化铝的方法在制得氧化铝的同时，还可用于联产制备超白玻璃，包括以下步骤：

将所述配合料经造粒、熔制、成型、退火得到超白玻璃。

下面参照图1进一步解释该方法的各个步骤。

将预脱硅处理后得到的脱硅母液用二氧化碳进行碳酸化分解，然后固液分离得到碳酸钠溶液和二氧化硅

该步骤如图1中的（8）碳分步骤所示。

向预脱硅处理后得到的脱硅母液中通入二氧化碳以分解析出二氧化硅，然后进行固液分离，得到的固体二氧化硅用于后面的步骤，余下的碳酸钠溶液可用于使用例如氧化钙进行苛化，得到NaOH溶液和碳酸钙，该NaOH溶液可回收到预脱硅步骤中用作苛性碱液。

将溶出反应得到的硅镁钙渣和上述得到的二氧化硅以及另外加入的氧化钠和氧化铝配合，得到超白玻璃配合料

取溶出反应得到的硅镁钙渣和上述得到的二氧化硅，再补充氧化钠和氧化铝，得到超白玻璃配合料。以质量计，所述超白玻璃配合料包含6-10%Na₂O，6-8%CaO，68-78%SiO₂，0.5-4%Al₂O₃，2-4%MgO。

将所述配合料经造粒、熔制、成型、退火得到超白玻璃

该步骤如图1中的（10）造粒步骤和（11）熔制、成型、退火步骤所示。

在本申请中，使用本领域常用的造粒机将超白玻璃配料造粒。然后将得到的超白玻璃粒料通过熔制、成型、退火工艺，得到超白玻璃。

由此，本申请完成从粉煤灰中提取氧化铝并且联产超白玻璃的工艺过程。

在第三方面，本申请的从粉煤灰中提取氧化铝的方法在制得氧化铝的同时，还可用于联产制备硅酸镁钙材料，包括以下步骤：

将所述脱碱的硅镁钙渣和所述碳酸化分解后的脱硅母液中的碳酸钠溶液配合得到硅酸镁钙材料的配合料；

下面参照图1进一步解释该方法的各个步骤。

将溶出反应得到的硅镁钙渣与碱性溶液进行脱碱反应，得到脱碱的硅镁钙渣

该步骤如图1中的（12）脱碱步骤所示。

将溶出反应得到的硅镁钙渣与碱性溶液（优选氢氧化钠溶液）进行脱碱反应，反应浆液过滤，得到脱碱的硅镁钙渣，洗涤，干燥。

该脱碱反应的机理为：烧结熟料溶出铝酸钠后所得赤泥的主要物相是Na₂CaSiO₄，而Na₂CaSiO₄是一种不稳定的化合物，易发生水解。Na₂CaSiO₄水解的反应方程式为：

Na₂CaSiO₄+H₂O+aq=Na₂SiO₃+Ca(OH)₂+aq

Na₂SiO₃+Ca(OH)₂+H₂O+aq=CaO·SiO₂·H₂O+2NaOH+aq

Na₂CaSiO₄水解反应的速度与反应温度和水解介质浓度相关。随着反应温度升高，水解反应速度加快，同时赤泥的膨胀性加强，给料浆的输送和过滤分离带来不便。因此采用碱性溶液作为水解介质，可以抑制赤泥的膨胀。

将预脱硅处理后得到的脱硅母液用二氧化碳进行碳酸化分解，得到碳酸化分解后的脱硅母液

该步骤如图1中的（8）碳分步骤所示，已经在上面描述，在此不再赘述。

将所述脱碱的硅镁钙渣和所述碳酸化分解后的脱硅母液中的碳酸钠溶液配合得到硅酸镁钙材料的配合料

将所述脱碱的硅镁钙渣和所述碳酸化分解后的脱硅母液中的碳酸钠溶液构成硅酸镁钙材料的配合料。以质量计，所述硅酸镁钙材料的配合料包含：10-15%Na₂O，20-25%CaO，30-35%SiO₂，1-5%Al₂O₃，15-20%MgO。

所述组分及其含量通过国标GB/T1574-1995方法确定。

将所述硅酸镁钙材料的配合料经水化、养护制得硅酸镁钙材料

水化过程：硅酸镁钙材料加水拌合后成为既有可塑性又有流动性的浆料，同时产生水化，随着水化反应的进行，逐渐失去流动能力到达“初凝”。待完全失去可塑性，开始产生结构强度时，即为“终凝”。随着水化、凝结的继续，浆体逐渐转变为具有一定强度的坚硬固体，即为硬化。

养护过程：使用蒸汽，使浇铸完毕的硅酸镁钙渣浆料构件，经过1～3小时预养后，在90%以上的相对湿度、60℃以上温度的饱和水蒸气中养护，从而加速硅酸镁钙渣强度的发展。

所述硅酸镁钙材料可用作耐火保温材料。

实施例

下面通过实施例解释本申请，但本领域技术人员应当理解，本申请并不限于具体的实施例。在本实施例中，化学成分的分析采用国标GB/T1574-1995方法确定。

粉煤灰活化制得活化的粉煤灰

实验所用的粉煤灰原料取自内蒙古准格尔电厂，电厂采用四级除尘，收集一二级除尘灰单独存储到储灰罐，称其为粗灰，收集三四级除尘灰存储到另一储灰罐，称其为细灰。其中，绝大部分为粗灰，占全部灰的96质量%，因此该粉煤灰原料为粗灰。其化学成分分析结果如表1所示，其中Al₂O₃和SiO₂占90.51质量%，Al₂O₃/SiO₂质量比为1.25。

表1粉煤灰原料的化学成分分析结果(以质量%计)

该粉煤灰原料的X射线粉末衍射图谱如图2所示，可以看出，粉煤灰原料中的主要矿物相组成为刚玉和莫来石。粉煤灰原料中的活性物质主要来自玻璃相，其在玻璃相中的含量越高，活性越大。表2记载了粉煤灰原料的物相成分分析结果。

表2粉煤灰原料的物相成分分析结果(以质量%计)

刚玉	莫来石	氧化钙	石英	玻璃相
					9.46	16.47	1.21	3.36	69.50

用激光粒度仪（型号：HELOS-GRADIS，生产厂家：德国新帕泰克）对粉煤灰原料的粒度分布进行分析，粉煤灰原料的粒度分布范围为：0.209～416.869μm，d(0.1)=7.141μm；d(0.5)=48.632μm；d(0.9)=171.794μm。

表3记载了粉煤灰原料的密度和比表面积。

表3

粉煤灰原料的透射电子显微镜图如图3～5所示（采用日本电子公司制造的透射电子显微镜，型号JEM-2100）。

从图中可见，粉煤灰原料（粗灰）整体颗粒粒径较大，多数呈球形，并发现有含铁的微珠或磁珠，以及极少量的类似莫来石结构的物质。

通过球磨机（上海顶派行星球磨机）将粉煤灰原料（200克）进行活化。活化的目的是增加粉煤灰固体的比表面积以及破坏粉煤灰的晶格或引起晶格变形，增加粉煤灰固体的自由能，从而使粉煤灰活化。

表4示出了不同粒径的粉煤灰原料在活化后的脱硅率。

表4

从表中看出，由于力化学的作用效果，粉煤灰的脱硅率增加。

活化的粉煤灰用苛性碱液进行预脱硅处理

选用事先已配制好的20wt%浓度的NaOH溶液（3L），加入到200g上述活化后的粉煤灰中，搅拌均匀，置于机械搅拌反应釜中，拧好反应釜密封盖后开启加热与搅拌按钮。事先设定反应温度（90℃），并固定搅拌速率为150rpm。待釜内温度升高到90℃后开始计时，预定温度下保温1h后，立即关闭加热与搅拌按钮，同时通入冷却水使釜体迅速降温。待釜内温度降低至室温（25℃）即拧开釜盖，倾倒出反应浆液。

将预脱硅处理的反应浆液经真空抽滤，然后用热水洗涤滤饼4次，每次的洗涤用热水与脱硅滤饼的体积质量比为3:1，洗净的滤饼置于电热鼓风干燥箱中在110℃温度下烘干4h。取样分析滤饼的化学成分，计算在不同预脱硅反应条件下粉煤灰中SiO₂和Al₂O₃的溶出率。

通过优化实验得到该预脱硅处理的最佳反应条件为：脱硅温度90℃，灰碱比1:0.5（g/g），脱硅时间1小时，碱液浓度20%，脱硅率可达57.12%，A/S为2.83（即硅铝比，以质量计）。

表5示出了预脱硅处理后粉煤灰的化学成分分析结果

表5脱硅粉煤灰的化学成分分析结果(以质量%计)

经预脱硅处理后的粉煤灰的透射电子显微镜图如图6～7所示（采用日本电子公司制造的透射电子显微镜，型号JEM-2100）。

脱硅滤饼烧结得到烧结熟料

取100g预脱硅处理后的粉煤灰，在1020℃的烧结温度下进行烧结反应45分钟，钙比为1:0.95，碱比为1:1，得到烧结熟料。

烧结熟料溶出反应得到硅镁钙渣和粗制的偏铝酸钠溶液

称取烧结熟料100g，置于已加有1L溶出液（预热到160℃）的烧杯中，开启机械搅拌，进行溶出反应。反应结束后，抽滤分离粗制的偏铝酸钠溶液和溶出滤饼，并用热水洗涤滤饼3次，洗涤用水与滤饼的体积质量比为3:1。洗净后的滤饼在电热鼓风干燥箱中在110℃下烘干4小时，得到溶出赤泥，即硅镁钙渣。

通过测定熟料的Al₂O₃及Na₂O的溶出率来衡量烧结熟料的溶出效果。

烧结熟料溶出反应的最佳条件为：液固比3（l/g），Na₂CO₃溶液浓度6g/L，NaOH溶液浓度17g/L，溶出温度65℃，溶出时间20分钟。溶出液和硅镁钙渣的化学成分分析结果如表6和表7所示。

表6溶出液的化学成分分析结果

SiO₂(g/L)	Al₂O₃(g/L)	Fe₂O₃(mg/L)	CaO(mg/L)	MgO(mg/L)	Na₂O(g/L)	TiO₂(mg/L)
							0.61	37.5	8.14	667	52	59	0.41

表7硅镁钙渣的化学成分分析结果/质量%

SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	TiO₂
							25.57	1.13	2.32	18.3	17.4	32.4	2.09

粗制的偏铝酸钠溶液脱硅处理得到精制的偏铝酸钠溶液

对于粗制的偏铝酸钠溶液，采用二段脱硅处理，第一段在125℃向500mL粗制的偏铝酸钠溶液中加入10g硅镁钙渣，使其中的部分SiO₂结渣沉淀；第二段加入5g石灰乳在100℃下进行压煮脱硅。经过这两段脱硅之后，NaAlO₂中SiO₂的浓度达到1.5g/L。表8示出了脱硅处理前后偏铝酸钠溶液中的各组分含量。

表8

80℃下，向400ml脱硅处理后的精制的偏铝酸钠溶液以一定的气流量（50ml/min）通入CO₂，并以100rpm的速度进行搅拌，当pH=8时，Al(OH)₃开始析出。

氢氧化铝煅烧得到氧化铝

将Al(OH)₃在1250℃下煅烧，脱水生成Al₂O₃。

表9氧化铝化学成分

样品名

Al₂O₃

Na₂O

SiO₂

Cl

P₂O₅

SO₃

CaO

其它

Al₂O₃

99.70

<0.0128

0.0654

0.0646

<0.01

<0.03

0.0415

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以下是联产超白玻璃的实施例。

40℃下，向100ml预脱硅处理后得到的脱硅母液中以一定的气流量（50ml/min）通入CO₂，并以160rpm的速度进行搅拌，当pH=12时，SiO₂开始析出。固液分离得到碳酸钠溶液和二氧化硅。

图8～9示出了脱硅母液经碳酸化分解后的产物的透射电子显微镜图。从图中看出有大量针状晶体结构，可能为未洗净的碳酸钠晶体，这说明脱碱不完全。

取溶出反应得到的硅镁钙渣和上述得到的二氧化硅，再补充氧化钠和氧化铝，得到超白玻璃配合料。以质量计，所述超白玻璃配合料包含12%Na₂O，8%CaO，72%SiO₂，3%Al₂O₃，5%MgO。

将所述配合料经造粒（即，将破碎的超白玻璃配合料均匀混合，然后加水，使水与混合均匀的物料聚集成团粒，达到所需的粒径后，再经固化养护）、熔制（即，将玻璃配合料颗粒投入玻璃窑，保持温度在1100℃，原料变成由硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物；升温，当温度升到1250℃，原料完全溶解于熔融体中，成为大量可见气泡，当温度升至1450℃，气泡因玻璃液粘度降低而大量逸出）、均化（即，玻璃液在1400℃停留1小时，由于对流、扩散、溶解等作用，玻璃液中的条纹逐渐消除，化学组成和温度逐渐趋向均一）、退火（即，将澄清和均化的玻璃液均匀降温，冷却阶段结束的温度在1100℃，使玻璃液具有成型所需的粘度），得到超白玻璃。

以下是联产硅酸镁钙材料的实施例。

称取一定质量（50g）氢氧化钠固体溶解于蒸馏水中，配制成实验所需浓度（70g/L）的氢氧化钠溶液作为水解介质，备用。称取100g硅镁钙渣置于反应釜中，加入预先配制好的70g/L NaOH溶液，拧好反应釜密封盖后开启加热套加热并且搅拌（180rpm）。待反应釜内温度升高到实验温度160℃后开始保温计时，保温反应实验设定时间45分钟，立即关闭电源，采用循环水冷却机进行釜体快速降温减压。待反应釜内温度降低至小于100℃时即拧开釜盖，倾倒出反应浆液。反应浆液经真空抽滤，然后用干净的热水洗涤滤饼4次，每次洗涤水用量为150mL，洗净的脱碱硅镁钙渣滤饼置于电热鼓风干燥箱中105℃温度下烘干4小时。

表10脱碱硅镁钙渣的化学成分分析结果/质量%

SiO₂	Al₂O₃	TFe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	TiO₂
							34.21	4.25	3.18	26.54	24.14	2.45	3.09

重复联产超白玻璃工艺中的碳酸化分解步骤，即得到碳酸化分解后的脱硅母液。

将所述脱碱的硅镁钙渣和所述碳酸化分解后的脱硅母液中的硅酸钠溶液配合得到硅酸镁钙材料的配合料

用胶砂搅拌机（CYJB-450型实验室搅拌机，上海诚优机电公司）将脱碱的硅镁钙渣和硅酸钠溶液搅拌3分钟，将拌合好的浆体倒入三联模中，振动时间1分钟，得到硅酸镁钙材料的配合料。

将所述硅酸镁钙材料的配合料经水化制得硅酸镁钙材料

水化过程的温度为260℃，时间为2小时，液固比（l/g）为10。所得的硅酸镁钙材料的组分为（以质量计）：10%Na₂O，25%CaO，35%SiO₂，5%Al₂O₃，25%MgO。

可以看出，本申请的方法在提取制备氧化铝的同时还联产制得超白玻璃和硅酸镁钙材料。

Claims

1.一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法，特征在于包括以下步骤：

粉煤灰原矿活化制得活化的粉煤灰；

脱硅滤饼烧结得到烧结熟料；

烧结熟料溶出反应得到硅镁钙渣和粗制的偏铝酸钠溶液；

粗制的偏铝酸钠溶液脱硅处理得到精制的偏铝酸钠溶液；

氢氧化铝煅烧得到氧化铝。

2.根据权利要求1所述的方法，特征在于使用球磨机对粉煤灰原矿进行活化。

3.根据权利要求1或2所述的方法，特征在于活化的粉煤灰与NaOH溶液在60-120℃、NaOH溶液浓度10-30wt%、液固体积比2:1～4:1的条件下反应进行预脱硅处理。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，特征在于所述烧结反应的条件为：烧结温度900℃-1150℃，烧结时间30-90分钟，钙比a为0.8-1.2，碱比b为0.9-1.1，其中钙比a=[CaO]/[SiO₂+TiO₂]，[CaO]表示CaO的摩尔量，[SiO₂+TiO₂]表示SiO₂和TiO₂的摩尔总量，碱比b=[Na₂O+K₂O]/[SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃]，[Na₂O+K₂O]表示Na₂O和K₂O的摩尔总量，[SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃]表示SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃的摩尔总量。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，特征在于所述溶出反应的条件为：液固体积比6:1～8:1，NaOH溶液浓度10-30wt%，溶出温度60-120℃，溶出时间30-90分钟。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，特征在于所述脱硅处理采用二段脱硅处理，第一段在90-120℃下使用硅镁钙渣进行脱硅处理；第二段使用石灰乳在90-120℃下进行脱硅处理。

7.根据权利要求1所述的方法，特征在于所述方法在提取氧化铝的同时还联产制备超白玻璃，包括以下步骤：

将所述配合料经造粒、熔制、成型、退火得到超白玻璃。

8.根据权利要求7所述的方法，特征在于以质量计，所述超白玻璃配合料包含6-10%Na₂O，6-8%CaO，68-78%SiO₂，0.5-4%Al₂O₃，2-4%MgO。

9.根据权利要求1所述的方法，特征在于所述方法在提取氧化铝的同时还联产制备硅酸镁钙材料，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的方法，特征在于以质量计，硅酸镁钙材料包含：10-15%Na₂O，20-25%CaO，30-35%SiO₂，1-5%Al₂O₃，20-25%MgO。