CN104445307A

CN104445307A - 一种粉煤灰的处理方法

Info

Publication number: CN104445307A
Application number: CN201310420610.2A
Authority: CN
Inventors: 马家玉
Original assignee: Guiyang Aluminum Magnesium Design and Research Institute Co Ltd
Current assignee: Guiyang Aluminum Magnesium Design and Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2015-03-25

Abstract

本发明涉及一种粉煤灰的处理方法，先将研磨后的粉煤灰添加碳酸钠进行焙烧，然后用水进行浸取，浸取液碳分后得到硅胶与氢氧化铝；将得到的硅胶与氢氧化铝用盐酸进行中和，过滤后得到硅胶，进一步处理，煅烧后得到白炭黑；将得到的氯化铝溶液进行蒸发浓缩，结晶得到氯化铝晶体，并热解该晶体获得初氧化铝；将初氧化铝用拜耳法进行处理，得到冶金级氧化铝和高铁渣，高铁渣可作为炼铁的原料。本发明可实现粉煤灰中铝、硅、铁等有用元素的提取，提取率均可达到90%以上，提取后的残渣量不足粉煤灰量的10%。同时本发明所需的二氧化碳，酸及碱均可回收利用，整个工艺技术可实现零排放，不会对环境造成二次污染。

Description

一种粉煤灰的处理方法

技术领域

本发明属于粉煤灰高值化利用领域，特别涉及一种从粉煤灰中提取铝、硅、铁等有用元素的酸碱联合法。

背景技术

近年来，我国的煤电工业迅速发展的同时带来了固体废弃物粉煤灰排放量的急剧增加，到2007年，我国粉煤灰的年排放量已超过2亿吨，且仍在逐年增加，累计堆存量超过25亿吨。大量排放的粉煤灰既占用大量土地，又对土壤，水资源和空气造成严重污染。因此，粉煤灰的综合利用已成为当务之急。

目前，粉煤灰已在建工，建筑等多个领域得到应用，尽管用量较大，但其消化量远远赶不上排放量的增长，且属于低附加值，低技术含量的粗放式利用。另一方面，粉煤灰中含有丰富的铝、硅、铁等有用元素，其中二氧化硅含量40～60%，氧化铝含量17～35%，氧化铁含量2～15%，从粉煤灰中把这些有用物质提取出来，成为粉煤灰高值化利用的热点。而当前粉煤灰高值化利用主要集中在氧化铝的提取方面。

国内外处理粉煤灰大致可分为碱法和酸法。上世纪六十年代，波兰就利用碱石灰烧结法从粉煤灰中提取氧化铝，建成了年产5000吨氧化铝及35万吨水泥的实验工厂。我国安徽省冶金研究所和安徽水泥研究院在八十年代联合申报了由石灰石烧结，碳酸钠溶出从粉煤灰中提取氧化铝，残渣用于生产水泥的成果，并通过了专家鉴定。虽然碱法处理粉煤灰报道很多，但目前未见工业化的报道。其原因是碱法工艺冗长，设备投资大，能耗高，成本高，而且产生的残渣量是粉煤灰的数倍，残渣制成的大量水泥就地销售困难，综合效益差，因而阻碍了碱法在粉煤灰综合利用方面的应用。

与碱法相比，酸法处理粉煤灰有明显的优势。酸法在有效提取氧化铝的同时，可以得到硅产品，进一步处理后可制成白炭黑而出售。酸法工艺设备投资小，能耗低，成本亦低，残渣量小，但是使用的反应设备制造有一定困难。再者，粉煤灰是经过高温燃烧后形成的细小微粒，其中玻璃相与刚玉占到了80%以上，严重影响了粉煤灰与酸反应的活性。因此，需要改善粉煤灰与酸的反应活性以提高氧化铝等的溶出率。文献报道的较多的是在酸浸取反应中添加助溶剂（如NH₄F和CaF），但溶出率仍比较低，只有35～45%，资源利用率低，而且添加了对环境有污染的氟元素，引起了二次污染。总之，当前粉煤灰的高值化利用只注重其中铝的提取，而忽视了其中硅，铁等元素的提取，很难以产生经济效益。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种粉煤灰的处理方法，从粉煤灰中提取铝、硅、铁等有用元素，以实现粉煤灰综合高值化利用。

本发明采用的技术方案是：一种粉煤灰的处理方法，包括以下步骤：

（1）将粉煤灰研磨至200～400目，将研磨后的粉煤灰添加碳酸钠在500～1000℃焙烧0.5～3小时，粉煤灰与碳酸钠按重量百分比粉煤灰：碳酸钠=1:1～3进行配料，将烧结产物用水在60～100℃下浸取1～5小时后过滤，其中烧结产物与水的重量百分比为1:50～150，浸取液用二氧化碳碳分并过滤后得到硅胶与氢氧化铝混合物，滤液为碳酸钠溶液，碳分时间为1～5小时，碳分温度80～95℃，碳分后溶液中二氧化硅的浓度小于1g/L；

（2）将步骤（1）得到的硅胶与氢氧化铝混合物用盐酸进行中和，盐酸的浓度为25～36%，每吨硅胶和氢氧化铝混合物配用4～6吨盐酸，温度为50～100℃，时间0.5～2小时，过滤后得到硅胶，经洗涤、分离后，在100～110℃下干燥6～10小时，再在400～500℃下煅烧2～3小时后得到白炭黑；

（3）将步骤（2）得到的氯化铝溶液进行蒸发浓缩，结晶得到六水氯化铝晶体，并热解该晶体获得初氧化铝，氯化铝晶体的热解温度在300℃以上；

（4）将含有三氧化二铁的初氧化铝用拜耳法进行处理，得到冶金级氧化铝和高铁渣。

所述的步骤（1）中碳酸钠溶液经蒸发、浓缩后返回到流程中循环利用，浸取用水为普通自来水。

所述的步骤（3）中所得氯化氢气体用水吸收后回收盐酸，返回步骤（2）循环利用。

所述的步骤（4）中采用拜耳法处理初氧化铝为生产氧化铝的全拜耳法流程，包括原矿浆调配、低温溶出、赤泥分离洗涤、铝酸钠溶液分解、氢氧化铝分离洗涤和氢氧化铝焙烧工序。

所述的步骤（4）中高硅渣可作为炼铁原料。

本发明通过对粉煤灰进行研磨，并将其与碳酸钠按一定比列进行混合，在一定温度下进行焙烧，其目的是提高粉煤灰中铝，硅的活性，降低焙烧温度。焙烧过程中所发生的主要化学反应如下：

3Al₂O₃·2SiO₂+4SiO₂+3Na₂CO₃=6NaAlSiO₄+3CO₂↑

Al₂O₃+Na₂CO₃=2NaAlO₂+CO₂↑

SiO₂+Na₂CO₃=Na₂SiO₃+CO₂↑

生成的烧结产物主要物相是霞石、铝酸钠和硅酸钠，烧结过程中释放的二氧化碳直接回收利用。烧结产物可用水进行溶解，其中硅酸钠与铝酸钠被溶于水中。通过向浸取液中通入二氧化碳进行碳分，过滤后得到硅胶与氢氧化铝的混合物，滤液为碳酸钠溶液，经蒸发、浓缩后返回到流程中循环利用，该过程发生的主要化学反应方程式如下：

2NaAlO₂+CO₂+3H₂O=2Al(OH)₃↓+Na₂CO₃

Na₂SiO₃+CO₂+H₂O=Na₂CO₃+H₂SiO₃↓

用盐酸处理硅胶与氢氧化铝的混合物，反应后过滤滤渣为硅胶，滤液为含有氯化铁杂质的氯化铝溶液，经蒸发、浓缩、结晶后得到六水氯化铝晶体（含有氯化铁杂质），热解该晶体可得到初氧化铝，同时得到的氯化氢气体经水吸收后循环利用，所发生的主要化学反应为：

Al(OH)₃+3HCl=AlCl₃+3H₂O

AlCl₃+6H₂O=AlCl₃·6H₂O↓

2(AlCl₃·6H₂O)=Al₂O₃+6HCl↑+9H₂O

用拜耳法处理初氧化铝得到冶金级氧化铝是公知技术，这里不再累述。

与其它处理粉煤灰的方法相比，本发明的优点有（主要针对二氧化硅含量40～60%，氧化铝含量17～35%，氧化铁含量2～15%的粉煤灰，以上均为重量比）：

（1）本发明可将粉煤灰中的硅、铝、铁等有用元素提取出来，并可得到冶金级氧化铝，白炭黑等产品，产品附加值高，经济效益好，从而实现了粉煤灰的综合高值化利用。

（2）本发明原料适应性广，不受粉煤灰产地，化学成分，燃烧方式等影响，而且提取出的氧化铝和硅胶纯度高，铝，硅的提取率均可达90%以上，提取后的渣量不足粉煤灰量的十分之一。

（3）本发明过程中所用的CO₂、酸、碱均可实现循环利用，无三废污染，实现了粉煤灰的清洁化利用。

（4）本发明所涉及到的技术均为冶金化工常用技术，而且一些技术和设备已在工业化上应用，因此本发明技术风险小，是一个极具有产业化前景的粉煤灰综合利用方法。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

表1某地循环流化床高铝粉煤灰化学组成

组成	Al₂O₃	SiO₂	Fe₂O₃	CaO	TiO₂	K₂O	Na₂O	MgO	灼碱	其他	总计
												重量比%	48.20	38.33	1.85	3.42	1.1	0.33	0.21	0.09	5.21	1.26	100.00

实施例1

1）将某地循环流化床高铝粉煤灰（化学组成见表1）研磨至200目，将研磨后的粉煤灰与碳酸钠按重量百分比粉煤灰：碳酸钠=1:2的比例进行混合，并在800℃下焙烧1小时。将烧结产物用水（烧结产物与水的重量百分比为1:100，水为普通自来水）在80℃下浸取3小时后过滤，浸取液用二氧化碳在90℃下碳分3小时后过滤，得到硅胶与氢氧化铝，滤液为碳酸钠溶液，经蒸发、浓缩后返回到流程中循环利用。

2）将步骤（1）得到的硅胶与氢氧化铝用浓度为36%的盐酸（每吨硅胶和氢氧化铝配用5吨盐酸）在80℃下中和1小时后过滤得到硅胶，经洗涤、分离后，在105℃下干燥8小时，再在450℃下煅烧2.5小时后得到白炭黑，经计算知粉煤灰中硅的提取率约为95%。

3）将步骤（2）得到的氯化铝溶液进行蒸发浓缩，结晶得到氯化铝晶体，并在300℃下热解该晶体获得初氧化铝，所得氯化氢气体用水吸收后回收盐酸，返回步骤（2）循环利用。

4）将含有三氧化二铁的初氧化铝用拜耳法进行处理，得到冶金级氧化铝和高铁渣，高铁渣作为炼铁原料。经计算知粉煤灰中铝的提取率约为91%。

实施例2

1）将化学组成如表1所示的某地循环流化床高铝粉煤灰研磨至400目，将研磨后的粉煤灰与碳酸钠按重量百分比粉煤灰：碳酸钠=1:3的比例进行混合，并在1000℃下焙烧3小时。将烧结产物用水（烧结产物与水的重量百分比为1:150，水为普通自来水）在100℃下浸取5小时后过滤，浸取液用二氧化碳在90℃下碳分5小时后过滤，得到硅胶与氢氧化铝，滤液为碳酸钠溶液，经蒸发、浓缩后返回到流程中循环利用。

2）将步骤1）得到的硅胶与氢氧化铝用浓度为36%的盐酸（每吨硅胶和氢氧化铝配用6吨盐酸）在100℃下中和2小时后过滤得到硅胶，经洗涤、分离后，在110℃下干燥10小时，再在500℃下煅烧3小时后得到白炭黑，经计算知粉煤灰中硅的提取率约为97%。

3）将步骤2）得到的氯化铝溶液进行蒸发浓缩，结晶得到氯化铝晶体，并在500℃下热解该晶体获得初氧化铝，所得氯化氢气体用水吸收后回收盐酸，返回步骤（2）循环利用。

4）将含有三氧化二铁的初氧化铝用拜耳法进行处理，得到冶金级氧化铝和高铁渣，高铁渣作为炼铁原料。经计算知粉煤灰中铝的提取率约为93%。

表2 某地煤粉炉高铝粉煤灰化学组成

组成	Al₂O₃	SiO₂	Fe₂O₃	CaO	TiO₂	K₂O	Na₂O	MgO	灼碱	其他	总计
												重量比%	53.30	35.10	2.63	1.41	1.96	0.25	0.18	0.68	3.25	1.24	100.00

实施例3

1）将某地煤粉炉高铝粉煤灰（化学组成见表2）研磨至300目，将研磨后的粉煤灰与碳酸钠按重量百分比粉煤灰：碳酸钠=1:1的比例进行混合，并在500℃下焙烧0.5小时。将烧结产物用水（烧结产物与水的重量百分比为1:50，水为普通自来水）在60℃下浸取1小时后过滤，浸取液用二氧化碳在80℃下碳分1小时后过滤，得到硅胶与氢氧化铝，滤液为碳酸钠溶液，经蒸发、浓缩后返回到流程中循环利用。

2）将步骤1）得到的硅胶与氢氧化铝用浓度为25%的盐酸（每吨硅胶和氢氧化铝配用4吨盐酸）在50℃下中和0.5小时后过滤得到硅胶，经洗涤、分离后，在100℃下干燥6小时，再在400℃下煅烧2小时后得到白炭黑，经计算知粉煤灰中硅的提取率约为85%。

3）将步骤2）得到的氯化铝溶液进行蒸发浓缩，结晶得到氯化铝晶体，并在300℃下热解该晶体获得初氧化铝，所得氯化氢气体用水吸收后回收盐酸，返回步骤2）循环利用。

实施例4

1）将某地煤粉炉粉煤灰（化学组成见表3）研磨至300目，将研磨后的粉煤灰与碳酸钠按重量百分比粉煤灰：碳酸钠=1:3的比例进行混合，并在1000℃下焙烧3小时。将烧结产物用水（烧结产物与水的重量百分比为1:150，水为普通自来水）在90℃下浸取5小时后过滤，浸取液用二氧化碳在90℃下碳分4小时后过滤，得到硅胶与氢氧化铝，滤液为碳酸钠溶液，经蒸发、浓缩后返回到流程中循环利用。

2）将步骤1）得到的硅胶与氢氧化铝用浓度为36%的盐酸（每吨硅胶和氢氧化铝配用5吨盐酸）在80℃下中和1小时后过滤得到硅胶，经洗涤、分离后，在108℃下干燥7小时，再在480℃下煅烧3小时后得到白炭黑，经计算知粉煤灰中硅的提取率约为91%。

3）将步骤2）得到的氯化铝溶液进行蒸发浓缩，结晶得到氯化铝晶体，并在400℃下热解该晶体获得初氧化铝，所得氯化氢气体用水吸收后回收盐酸，返回步骤2）循环利用。

4）将含有三氧化二铁的初氧化铝用拜耳法进行处理，得到冶金级氧化铝和高铁渣，高铁渣作为炼铁原料。经计算知粉煤灰中铝的提取率约为92%。

表3 某地煤粉炉粉煤灰化学组成

Claims

1.一种粉煤灰的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

将粉煤灰研磨至200～400目，研磨后的粉煤灰添加碳酸钠在500～1000℃焙烧0.5～3小时，其中粉煤灰与碳酸钠按重量百分比粉煤灰：碳酸钠=1:1～3进行配料，将烧结产物用水在60～100℃下浸取1～5小时后过滤，其中烧结产物与水的重量百分比为1:50～150，浸取液用二氧化碳碳分并过滤后得到硅胶与氢氧化铝混合物，滤液为碳酸钠溶液，碳分时间为1～5小时，碳分温度80～95℃，碳分后溶液中二氧化硅的浓度小于1g/L；

将步骤1）得到的硅胶与氢氧化铝混合物用盐酸进行中和，盐酸的浓度为25～36%，每吨硅胶和氢氧化铝混合物配用4～6吨盐酸，温度为50～100℃，时间0.5～2小时，过滤后得到硅胶，经洗涤、分离后，在100～110℃下干燥6～10小时，再在400～500℃下煅烧2～3小时后得到白炭黑；

将步骤2）得到的氯化铝溶液进行蒸发浓缩，结晶得到六水氯化铝晶体，并热解该晶体获得初氧化铝，六水氯化铝晶体的热解温度在300℃以上；

将含有三氧化二铁的初氧化铝用拜耳法进行处理，得到冶金级氧化铝和高铁渣。

2.根据权利要求1所述的一种粉煤灰的处理方法，其特征在于：步骤1）中所得碳酸钠溶液经蒸发、浓缩后返回到流程中循环利用。

3.根据权利要求1或2所述的一种粉煤灰的处理方法，其特征在于：步骤3）中所得氯化氢气体用水吸收后回收盐酸，返回步骤2）循环利用。