CN105565350A

CN105565350A - 一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法

Info

Publication number: CN105565350A
Application number: CN201610083295.2A
Authority: CN
Inventors: 张广; 麻树春; 李光柱; 董凯伟
Original assignee: HANGZHOU JINJIANG GROUP CO Ltd
Current assignee: KAIMAN ALUMINUM (SANMENXIA) Co.,Ltd.
Priority date: 2016-02-06
Filing date: 2016-02-06
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2036-02-06
Also published as: CN105565350B

Abstract

本发明提供一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，包括以下步骤：(1)石灰石加入粉煤灰、纯碱和碱液进行配料，用圆盘造球机造球团，成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，用立磨进行干磨，加水或洗渣水进行溶出，将水或洗涤水与渣混合进行脱碱，将溶出液进行脱硅，加氢氧化铝晶种进行种分分解，分解得到Al(OH)₃，经过焙烧得到氧化铝；将种分母液分两步进行蒸发和排盐。本发明提出的方法实现了粉煤灰的高效综合利用，通过控制配料配方、烧成条件和脱碱条件能够生产出不同规格的硅酸钙副产品，容重可以控制在300～800kg/m³，分别适用于建材和土壤调理，既可以保证其轻质特性，又可以保证降低运输成本。

Description

一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法

技术领域

本发明属于固体废物利用领域，具体涉及一种利用粉煤灰生产氧化铝的方法。

背景技术

由于特殊的成矿背景，在我国内蒙古中西部的部分煤炭资源中，赋存大量勃姆石和高岭石等含铝矿物。此煤炭资源主要分布于准格尔煤田、卓资山煤田及大青山煤田，其中氧化铝含量达到9～13％。发电后产生的粉煤灰中氧化铝含量可达40～50％，是一种非传统的铝土矿资源。

每年仅内蒙古鄂尔多斯地区高铝煤炭产量就达到1.2亿吨，其中部分煤炭用于发电后产生近3000万吨高铝粉煤灰，其中内蒙古中西部地区约1400万吨，集中堆存在呼和浩特、鄂尔多斯，具有较高经济开发价值的含铝资源。

粉煤灰提取氧化铝的工艺路线目前主要有碱法、酸法、酸碱联合法和气体氯化法。碱法主要包括石灰石烧结法，碱石灰烧结法，预脱硅+碱石灰烧结法等；酸法主要包括：硫酸法、盐酸法、硝酸法、氢氟酸法等。

而目前我国国内的工艺路线主要有：石灰石烧结法，预脱硅碱石灰烧结法，酸法，硫酸铵烧结法。以上几种方案从工艺方面比较，均能实现粉煤灰中的氧化铝和二氧化硅分别提取利用。石灰石烧结法存在产品单一、能耗较高、渣量大等缺点。预脱硅碱石灰烧结法按照“先硅后铝”的生产工艺，主要的化学消耗材料如碳酸钠和氢氧化钠基本实现了循环利用，但生产成本较高。酸法和硫酸铵法是按照“先铝后硅”的生产工艺，可实现硫酸铵和盐酸的循环利用，得到的产品为氧化铝、硅副产品等，生产中产生的废渣仅为预脱硅碱石灰烧结法的50％，渣量相对较少。但酸法设备投资很高，且生产维护费用也很高，而且生产过程还会造成较大的环境压力。硫酸铵法虽然克服了设备的相对腐蚀及对环境造成的压力，但在规模化生产情况下，设备的大型化还存在困难，生产工艺也需要进一步探索，工艺的可靠性还不是很确定。目前我国能够实现连续化工业生产的粉煤灰提取氧化铝的工艺只有碱石灰烧结法，但由于成本居高，亏损严重。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种克服现有的碱石灰烧结法工艺的不足，改进和简化工艺，以实现降低生产成本的技术。该技术采用干法烧结、全种分和高浓度碱液蒸发技术，既可以大幅度简化工艺环节，降低操作难度，又可以实现硅铝成分的综合利用，渣可以得到有效利用，节能效果明显，成本大幅降低。

实现本发明目的的技术方案为：

一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，包括以下步骤：

(1)石灰石加入粉煤灰、纯碱和碱液进行配料，其中碱液为循环铝酸钠溶液，配料比例为粉煤灰38～43重量份、石灰石32～37重量份、纯碱20～25重量份，然后加入碱液，配料完成后，水分控制在23—26％，

(2)将配好的料加入混料机进行充分混合，再用圆盘造球机造球团，球团粒径为8～20mm；

(3)将成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，五个阶段温度控制为100～130℃、600～650℃、900～950、1000～1350℃、80～100℃，时间分别为5分钟、10分钟、10分钟、50分钟、10分钟；然后熟料采用立磨进行干磨，磨细到-0.074mm占90％以上的熟料粉末；

(4)将熟料粉加水或洗渣水进行溶出，液固比为3～4:1，溶出时间为15～20分钟，温度为72～76℃；

(5)将步骤(4)熟料粉溶出得到的渣进行充分洗涤后(洗渣水即在步骤(4)溶出所用)，将水或洗涤水与渣混合进行脱碱，脱碱条件为：脱碱液成分Na₂O90g/L，温度160～200℃，时间1小时，液固比4:1，脱碱完的渣进行充分洗涤(洗涤水用于配制脱碱液)后得到容重在300～800kg/m³副产品硅酸钙，可以用于建材和土壤调理。

(6)将步骤(4)熟料粉溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后进行脱硅。脱硅条件为：温度160～180℃，时间1～2小时。

(7)将步骤(6)得到的溶液加氢氧化铝晶种进行种分分解，分解得到Al(OH)₃，经过焙烧得到氧化铝；

(8)将步骤(7)得到的种分母液分两步进行蒸发和排盐，第一步蒸发到碱液浓度为Na₂O280～300g/L，然后与第二步蒸发得到的浓度为Na₂O500～600g/L的碱液按一定比例混合进行排盐，将排盐后的母液再进行第二步蒸发，得到碱液浓度为Na₂O500～600g/L；将步骤(5)得到的脱碱液也同样进行两步蒸发得到碱液浓度为Na₂O500～600g/L，作为一种液碱副产品用于氧化铝行业作为原料。

(9)将第二步蒸发后的种分母液进行降温结晶，结晶条件为：首温80～110℃，末温40～50℃，时间6～8小时。

(10)将步骤(9)得到的母液与步骤(8)得到的盐和步骤(6)得到的硅渣进行混合，然后作为配料碱液返回到步骤(1)中，实现碱液循环。

本申请采用的粉煤灰中氧化铝含量可达40～50％。

其中，所述步骤(1)中，石灰石矿首先被破碎至2～5mm，再磨细至粒度为-0.074mm占85％以上；然后用于配料。

其中，所述步骤(1)中，碱液浓度为Na₂O500～600g/L，αk＝12～30。所述碱液是蒸发排盐后的母液。

其中，所述步骤(2)中，造球过程中加入碱液，造球加液量为步骤(1)碱液量发的12～18％。

其中，所述步骤(5)中，用洗渣的水配置脱碱液，脱碱液成分Na₂O90g/L，温度160～200℃，时间1小时，液固比4:1，脱碱完的渣进行充分洗涤后得到容重在300～800kg/m³副产品硅酸钙，可用于建材和土壤调理。

优选地，所述步骤(6)中，得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，加入脱硅种子进行脱硅。种子量40～60g/L，脱硅种子为脱硅步骤产生的固体(初投产时没有种子)。

其中，所述步骤(8)中，种分母液(晶种分解的母液)分两步进行蒸发和排盐，第一步采用七效蒸发器蒸发到碱液浓度为Na₂O280～300g/L，第二步采用三效蒸发器蒸发；将步骤(5)得到的脱碱液也同样进行两步蒸发得到碱液浓度为Na₂O500～600g/L，作为一种液碱副产品用于氧化铝行业作为原料。

进一步地，所述步骤(9)中，种分母液进行加种子降温结晶，种子量10～40g/L，所述种子为铝酸纳晶体。

本发明与现有技术相比优点在于：

(1)本发明在氧化铝传统烧结法技术的基础上，提出了干法烧成技术，通过在脱硅、分解、蒸发、熟料先干磨再溶出等方面的新技术的发明，从整个流程上实现了干法烧成技术。使氧化铝的设备产能大幅提高，能耗实现了大幅度的下降。通过两步蒸发、高低浓度混合排盐技术，解决了传统种分母液蒸发因排盐困难制约蒸发浓度的问题。

(2)实现了粉煤灰的高效综合利用，通过控制配料配方、烧成条件和脱碱条件能够生产出不同规格的硅酸钙副产品，容重可以控制在300—800kg/m³，分别适用于建材和土壤调理，既可以保证其轻质特性，又可以保证降低运输成本。

(3)可以将部分廉价的工业纯碱转化为附加值高的液碱，进一步降到了本技术的主产品的成本，经济效益明显。

总之，本发明的方法在传统烧结法生产氧化铝的技术上实现了突破，生产成本及建厂投资都大幅度降低，在处理工业固废粉煤灰时效果更加突出，实现了铝硅的综合循环利用的目的。同时在设备选型方面，在化工和冶金行业都有成熟的设备选择，工业化非常容易可行。

附图说明

图1：本发明利用高铝粉煤灰生产氧化铝的流程图。

具体实施方式

下面以优选的实施例对本发明技术方案进一步说明。

本领域技术人员应当知晓，以下实施例只用来说明本发明，而不用来限制本发明的范围。

原料粉煤灰采用内蒙古鄂尔多斯地区某电厂产出的高铝粉煤灰，其成分如表1所示。石灰石采用呼和浩特地区所产石灰石，其成分如表2。

表1：粉煤灰成分

表2：石灰石成分

实施例1

首先将成分如表2的石灰石破碎至2～5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-0.074mm占85％以上。然后加入成分如表1的粉煤灰及纯碱粉进行充分混合，粉煤灰、石灰石、纯碱分别为38重量份，32重量份和20重量份，然后加入碱液(结晶得到的循环母液)，将准备好的碱液分为两部分，分配比例为87:13。碱液的浓度为Na₂O550g/L，αk＝14。配料指标为：水分26％，碱比为1，钙比为1。

将配好的料连同87％的碱液一起加入强力混料机进行充分混合，再用圆盘造球机造球团，造球加液量为剩余的13％碱液，球团粒径为8～12mm，抗压强度大于10N。

将成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，其中温度控制为100℃、600℃、900、1000℃、80℃，时间控制为5分钟、10分钟、10分钟、50分钟、10分钟。然后磨细到-0.074mm占90％以上的熟料粉磨。

将磨制好的熟料粉加调整液(洗渣水)在溶出槽内进行溶出，溶出条件为：碱液浓度Na₂O50g/L，αk＝1.2，液固比为4:1，溶出时间为20分钟，温度为75℃。

将溶出后的渣进行充分洗涤后(洗渣水用于熟料粉溶出)加入脱碱渣的洗液进行脱碱，液固比4:1，配制的脱碱液中Na₂O90g/L。脱碱温度200℃，时间1小时，脱碱完的渣进行充分洗涤后得到副产品硅酸钙(洗涤水用于配制脱碱液)，容重测定为310kg/m³用于制作轻质建材。

溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，用一段种分蒸发母液调整αk为1.5，AL₂O₃浓度控制为140g/L，加入脱硅种子在脱硅机内进行脱硅。脱硅条件为：种子量60g/L(脱硅得到的固体)，温度160℃，时间1小时，脱硅完成后，浆液用叶滤机进行精制，精液进行种分分解，脱硅渣与循环母液混合回头配料。

脱硅得到的精液加氢氧化铝晶种进行种分分解，分解得到Al(OH)₃，然后焙烧得到氧化铝。

分解得到的种分母液分两步进行蒸发和排盐，第一步用七效降膜蒸发器蒸发到碱液浓度为Na₂O280～300g/L，然后再用三效蒸发器进行第二步蒸发，得到碱液浓度为Na₂O550g/L。将溶出渣脱碱得到的脱碱液也同样进行两步蒸发得到碱液浓度为Na₂O500～600g/L，作为一种液碱副产品用于氧化铝行业作为原料。

将第二步蒸发后的种分母液进行加种子降温结晶，得到铝酸钠晶体，铝酸钠晶体再加入到溶出粗液中进行溶解循环。结晶条件为：首温80℃，末温50℃，种子量20g/L，时间6小时。

将结晶得到的循环母液与蒸发排出盐和脱硅得到的硅渣进行混合，然后作为配料碱液返回进行配料，实现碱液循环。

将蒸发排盐步骤和降温结晶步骤得到的分解循环母液综合计算，种分分解率可以达到92％。氧化铝回收率和氧化钠回收率计算的基准是粉煤灰中的含量和排放废渣中的含量，本实施例方法中，氧化铝回收率92％,氧化钠回收率95％。

实施例2

首先将成分如表2的石灰石破碎至2～5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-0.074mm占85％以上。然后加入成分如表1的粉煤灰及纯碱粉进行充分混合，粉煤灰40重量份、石灰石35重量份、纯碱25重量份，然后加入碱液，浓度为Na₂O580g/L，αk＝20。配料控制指标，水分25％，碱比为1，钙比为1。

将配好的料一起加入强力混料机进行充分混合，再用圆盘造球机造球团，造球加液量为碱液(体积为上一步的15％)，球团粒径为16～20mm，抗压强度大于10N。

将成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，其中温度控制为130℃、650℃、950、1200℃、100℃，时间控制为5分钟、10分钟、10分钟、50分钟、10分钟。然后磨细到-0.074mm占90％以上的熟料粉磨。

将磨制好的熟料粉加调整液在溶出槽内进行溶出，液固比为3:1，溶出条件为：熟料粉加水后Na₂O50g/L，αk＝1.2，溶出时间为15分钟，温度为75℃。

将溶出后的渣进行充分洗涤(洗渣水为调整液)后加入脱碱渣洗液进行脱碱，液固比4:1，加入脱碱渣洗液后的脱碱液中Na₂O90g/L，脱碱温度180℃，时间1小时，脱碱完的渣进行充分洗涤(得脱碱渣洗液)后得到副产品硅酸钙，容重测定为450kg/m³用于制作建材。

溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，用一段种分蒸发母液调整αk为1.5，AL₂O₃浓度控制为140g/L，加入脱硅种子在脱硅机内进行脱硅。脱硅条件为：种子量60g/L，温度160℃，时间1小时，脱硅完成后，浆液用叶滤机进行精制，精液进行种分分解，脱硅渣与循环母液混合回头配料。

重复实例1中的分解、蒸发结晶方式，实现工艺循环。

将蒸发排盐步骤和降温结晶步骤得到的分解循环母液综合计算，种分分解率可以达到93％。

实施例3

首先将成分如表2的石灰石破碎至2～5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-0.074mm占85％以上。然后加入成分如表1的粉煤灰及纯碱粉进行充分混合，粉煤灰43重量份、石灰石37重量份、纯碱25重量份，然后加入碱液，浓度为Na₂O600g/L，αk＝30。配料控制指标，水分23％。，碱比为1，钙比为1。将准备好的碱液按体积分为两部分，分配比例为87:13。

将配好的料连同87％的碱液一起加入强力混料机进行充分混合，再用圆盘造球机造球团，造球加液量为剩余的13％，球团粒径为16～20mm，抗压强度大于10N。

将成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，其中温度控制为130℃、650℃、950、1350℃、100℃，时间控制为5分钟、10分钟、10分钟、50分钟、10分钟。然后磨细到-0.074mm占90％以上的熟料粉磨。

将磨制好的熟料粉加调整液在溶出槽内进行溶出，溶出条件为：碱液浓度Na₂O50g/L，αk＝1.2，液固比为3.5:1，溶出时间为20分钟，温度为75℃。

将溶出后的渣进行充分洗涤后加入脱碱渣洗液进行脱碱，洗液液成分Na2O90g/L，温度160℃，时间1小时，液固比4:1，脱碱完的渣进行充分洗涤后得到副产品硅酸钙，容重测定为760kg/m³用于制作建材和土壤调理剂。

溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，用一段种分蒸发母液调整αk为1.5，AL2O3浓度控制为140g/L，加入脱硅种子在脱硅机内进行脱硅。脱硅条件为：种子量60g/L，温度160℃，时间1小时，脱硅完成后，浆液用叶滤机进行精制，精液进行种分分解，脱硅渣与循环母液混合回头配料。

重复实例1中的分解、蒸发结晶方式，实现工艺循环。将蒸发排盐步骤和降温结晶步骤得到的分解循环母液综合计算，种分分解率可以达到91％。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)石灰石加入粉煤灰、纯碱和碱液进行配料，其中碱液为循环铝酸钠溶液，配料比例为粉煤灰38～43重量份、石灰石32～37重量份、纯碱20～25重量份，然后加入碱液，配料完成后，水分控制在23～26％；

(5)将步骤(4)熟料粉溶出得到的渣进行充分洗涤后，将水或洗涤水与渣混合进行脱碱，脱碱条件为：温度160～200℃，时间1小时，液固比4:1，脱碱完的渣进行充分洗涤后得到容重在300～800kg/m³副产品硅酸钙；

(6)将步骤(4)熟料粉溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后进行脱硅，脱硅条件为：温度160～180℃，时间1～2小时；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，石灰石矿首先被破碎至2～5mm，再磨细至粒度为-0.074mm的颗粒占85％以上，然后用于配料。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，碱液浓度为Na₂O500～600g/L，αk＝12～30。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，造球过程中加入碱液，造球加液量为步骤(1)碱液量的12～18％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，用洗涤水配置脱碱液，脱碱液成分Na₂O90g/L，温度160～200℃，时间1小时，液固比4:1，脱碱完的渣进行充分洗涤后得到容重在300～800kg/m³副产品硅酸钙。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)中，得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，加入脱硅种子进行脱硅，种子量40～60g/L，脱硅种子为脱硅步骤产生的固体。

7.根据权利要求1～6任一所述的方法，其特征在于，所述步骤(8)中，种分母液分两步进行蒸发和排盐，第一步采用七效蒸发器蒸发到碱液浓度为Na₂O280～300g/L，第二步采用三效蒸发器蒸发；将步骤(5)得到的脱碱液也同样进行两步蒸发得到碱液浓度为Na₂O500～600g/L，作为一种液碱副产品用于氧化铝行业作为原料。

8.根据权利要求1～6任一所述的方法，其特征在于，所述步骤(9)中，种分母液进行加种子降温结晶，种子量10～40g/L，所述种子为铝酸纳晶体。