CN107381585B - 粉煤灰硫酸铵焙烧熟料热解提取铝硅的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粉煤灰硫酸铵焙烧熟料热解活化提取铝硅的方法，属于粉煤灰综合利用技术领域。粉煤灰与硫酸铵混合均匀，在300‑650℃焙烧0.5‑4h得到焙烧熟料；将焙烧熟料在850‑1200℃热解活化得到热解焙砂及含硫和氨的烟气，含硫和氨的烟气收集后可生产硫酸铵循环使用，热解焙砂经低温低碱溶液溶出脱硅，得到脱硅渣，脱硅液可制备硅产品，脱硅渣采用传统拜耳法回收其中的氧化铝。该方法省去了硫酸铝氨浸出、硫酸铝铵溶液净化、沉淀粗氧化铝和洗涤，流程简单，能耗低，成本低，实现铝硅产品无害化制备，氧化铝和硅产品质量好。

Description

粉煤灰硫酸铵焙烧熟料热解提取铝硅的方法
技术领域
本发明属于粉煤灰的综合利用技术领域，涉及一种粉煤灰生产硅产品和氧化铝的方法，尤其是粉煤灰硫酸铵焙烧熟料热解活化脱硅制备硅产品和氧化铝产品的方法。
背景技术
我国的发电能源一直是以煤炭为主，电力行业几乎90％的燃料来源于煤炭，我国每年生产的煤中约84％直接用于燃烧，其中绝大部分用作发电燃料，随着我国对电能资源的需求量日益增加，发电用煤的消耗量与日俱增，从而导致我国粉煤灰的排放量也急剧增加。目前，我国粉煤灰的排放量达1.5亿t/年，预计至2020年底我国粉煤灰累计堆存量将达到30亿t。粉煤灰中含有多种化学成分及有机质，处理不当会形成严重污染，主要表现为：侵占土地、污染大气、污染水体及土壤、放射性污染等。
随着我国西部煤炭资源的开发及大型火力发电厂的建设，在内蒙中西部地区出现一种新型的高铝粉煤灰，其氧化铝含量通常可达50％左右，相当于我国中低品位的铝土矿中氧化铝的含量。利用这种高铝粉煤灰提取氧化铝，对降低我国铝土矿的进口依存度、增加有效供给、保障产业安全、保障氧化铝工业可持续发展都具有重要意义。目前国内外研究的粉煤灰生产氧化铝方法大致分为碱法、酸法和铵法等三类。
碱烧结法处理粉煤灰目前是较为成功的技术。该法的优点是工艺简单，能实现工业化生产，但该法存在添加辅料过多，导致提铝后渣量过大，生成的大量渣难以处理等问题。
酸法处理粉煤灰能避免生成大量的渣的问题，并且在浓酸作用下能实现铝硅的高效解离，铝硅分离较好，但该法存在后续提铝能耗高的问题。
铵法工艺是通过粉煤灰与硫酸铵混合焙烧，然后用水或者稀酸溶液浸出熟料中的铝。 CN103086410A公开的粉煤灰硫酸铵混合焙烧制备氧化铝的方法中，其工艺包括生料制备、熟料烧成、熟料溶出、高硅渣分离洗涤、硫酸铝铵溶液一次除铁、硫酸铵溶液二次除铁、一次除铁精制液还原、硫酸铝铵精制液溶液分解、粗氢氧化铝分离洗涤、粗氢氧化铝脱硫、氢氧化铝分离洗涤和氢氧化铝焙烧等主要工序，流程复杂。
发明内容
为克服粉煤灰提取铝硅技术中的上述不足，本发明提供一种粉煤灰硫酸焙烧熟料热解活化提取铝硅的方法，目的是通过硫酸铵与粉煤灰混合焙烧——焙烧熟料热解活化——热解焙砂碱溶脱硅制备硅产品——脱硅渣拜耳法生产冶金级氧化铝，取消现有铵法工艺中硫酸铝铵浸出、硫酸铝铵溶液净化、沉淀粗氢氧化铝、粗氢氧化铝洗涤、硫酸铵浓缩结晶等复杂过程，流程短、能耗低、实现铝硅在碱性体系下分离并提取的目的。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下。
粉煤灰硫酸铵焙烧熟料热解活化提取铝硅的方法，包括以下步骤：
(1)将粉煤灰与硫酸铵混合焙烧，得到硫酸铝氨焙烧熟料；
(2)将硫酸铝铵熟料进行热解活化，得到热解焙砂；
(3)热解焙砂经低温低碱溶出脱硅，固液分离得到脱硅液和脱硅渣；
(4)脱硅液制备硅产品，脱硅渣采用常规拜耳法提取氧化铝。
本发明的粉煤灰硫酸铵焙烧熟料热解活化提取氧化铝的方法，所述的粉煤灰与硫酸铵混合焙烧，是利用粉煤灰中的铝矿物与硫酸铵在加热的条件下发生复分解反应生成硫酸铝铵。
本发明中所述的热解活化，是将硫酸铝铵进行热解，是硫酸铝铵转变为碱活性低的氧化铝相，使氧化铝与二氧化硅存在碱活性差异，然后低温低碱溶出脱硅，脱硅渣采用传统拜耳法回收其中的氧化铝，避免了硫酸铝铵熟料浸出及浸出矿浆过滤、硫酸铝铵溶液净化、浓缩、结晶等高能耗过程。
进一步地，步骤(1)的混合焙烧是将粉煤灰与硫酸铵按比例混合均匀后焙烧，其中硫酸铵加入量按粉煤灰中氧化铝与硫酸铵的摩尔比1:4-1:7加入，焙烧温度300-650℃，优选焙烧温度400-550℃，焙烧时间0.5-4h。
进一步地，步骤(2)的热解活化是将硫酸铝铵焙烧熟料在850-1200℃下热解10-120min，得到热解焙砂以及含硫和氨的烟气，含硫和氨的烟气收集后生产硫酸铵循环使用。
进一步地，上述热解活化温度为850-1000℃，热解时间为30-60min。
进一步地，热解活化为流态化焙烧或回转窑动态焙烧，热解活化设备为循环流态化焙烧炉，气态悬浮焙烧炉，流态闪速焙烧炉或回转窑中的一种。
进一步地，步骤(3)的低温低碱溶出脱硅是将热解焙砂在温度≤100℃的条件下用氢氧化钠溶液溶出。
进一步地，上述焙砂溶出脱硅的温度为25-95℃，氢氧化钠的初始浓度50-150g/L，溶出时间10-120min，溶出液固质量比为5-20∶1。
进一步地，上述焙砂溶出得到的矿浆经液固分离，得到脱硅液和脱硅渣。脱硅液回收二氧化硅。脱硅渣采用传统的拜耳法回收其中的氧化铝，将脱硅渣在温度100-300℃的条件下用循环母液溶出，循环母液氢氧化钠浓度为50-250g/L，溶出时间30-180min，配料分子比αk＝1.0-3.5。。
本发明具有以下有益技术效果：粉煤灰硫酸铵固相焙烧熟料经热解活化后低温低碱脱硅，脱硅渣拜耳法回收氧化铝，省去了硫酸铝铵浸出、浸出矿浆过滤、硫酸铝铵溶液净化、硫酸铝铵溶液浓缩结晶等复杂过程，流程简单，成本低，铝硅组分在碱性体系下分离并提取，氧化铝质量好。
附图说明
图1是本发明的方法的原则流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，粉煤灰硫酸铵焙烧熟料热解提取铝硅的方法，按粉煤灰中氧化铝与硫酸铵摩尔比1:4-1:7，将粉煤灰与硫酸铵混合均匀制成生料，然后将生料在300-650℃焙烧0.5-4h 得到焙烧熟料；将焙烧熟料在850-1000℃下热解活化10-120min，得到热解焙砂，及含硫和氨的烟气，含硫、氨烟气经收集后可生产硫酸铵循环使用；将得到的热解焙砂用氢氧化铝溶液溶出脱硅，溶出温度≤100℃，碱浓度50-150g/L，溶出时间10-120min，液固比5-20；脱硅液回收硅产品；脱硅渣采用拜耳法回收氧化铝产品。
以下用非限定性实施例对本发明的方法作进一步地说明，以有助于理解本发明的内容及其有点，而不做为本发明保护范围的限定，本发明的保护范围由权利要求书决定。
本发明的优选实施例如下。
实施例1
取1000g粉煤灰按其中氧化铝摩尔数的4倍配入硫酸铵，混合均匀，然后在450℃下焙烧60min得到焙烧熟料，将焙烧熟料在1000℃下热解活化60min得到热解焙砂，将热解焙砂用氢氧化钠浓度75g/L的碱液于95℃溶出60min，过滤得到脱硅液和脱硅渣，脱硅渣采用氢氧化钠浓度250g/L的碱液于200℃下溶出60min，得到铝酸钠溶液，铝酸钠溶液经种分得到氢氧化铝，氢氧化铝经煅烧得到冶金级氧化铝。
实施例2
取1000g粉煤灰按其中氧化铝摩尔数的6倍配入硫酸铵，混合均匀，然后在550℃下焙烧120min得到焙烧熟料，将焙烧熟料在950℃下热解活化60min得到热解焙砂，将热解焙砂用氢氧化钠浓度50g/L的碱液于95℃溶出3min，过滤得到脱硅液和脱硅渣，脱硅渣采用氢氧化钠浓度250g/L的碱液于180℃下溶出60min，得到铝酸钠溶液，铝酸钠溶液经种分得到氢氧化铝和种分母液，氢氧化铝经煅烧得到冶金级氧化铝。
实施例3
取1000g粉煤灰按其中氧化铝摩尔数的6倍配入硫酸铵，混合均匀，然后在550℃下焙烧120min得到焙烧熟料，将焙烧熟料在900℃下热解活化90min得到热解焙砂，将热解焙砂用氢氧化钠浓度50g/L的碱液于95℃溶出30min，过滤得到脱硅液和脱硅渣，将实施例2的种分母液补充氢氧化钠浓度至250g/L后，与脱硅渣混合进行溶出，溶出温度180℃，溶出时间60min，得到铝酸钠溶液，铝酸钠溶液经种分得到氢氧化铝和种分母液，氢氧化铝经煅烧得到冶金级氧化铝。
实施例4
取1000g粉煤灰按其中氧化铝摩尔数的6倍配入硫酸铵，混合均匀，然后在550℃下焙烧2h得到焙烧熟料，将焙烧熟料在950℃下热解活化60min得到热解焙砂，将实施例3中的脱硅液经苛化后的氢氧化钠浓度调至50g/L，与热解焙砂混合进行溶出，溶出温度95℃，溶出时间30min，过滤得到脱硅液和脱硅渣，脱硅渣采用氢氧化钠浓度250g/L的碱液于180℃下溶出1h，得到铝酸钠溶液，铝酸钠溶液经种分得到氢氧化铝，氢氧化铝经煅烧得到冶金级氧化铝。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.粉煤灰硫酸铵焙烧熟料热解活化提取铝硅的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将粉煤灰与硫酸铵混合焙烧，得到硫酸铝氨焙烧熟料；
(2)将硫酸铝铵熟料进行热解活化，得到热解焙砂；
(3)热解焙砂经低温低碱溶出脱硅，固液分离得到脱硅液和脱硅渣；
(4)脱硅液制备白炭黑，脱硅渣采用常规拜耳法提取氧化铝。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)的混合焙烧是将粉煤灰与硫酸铵按一定比例混合均匀后进行焙烧，其中粉煤灰中氧化铝与硫酸铵的摩尔比为1:4-1:7，焙烧温度250-650℃，焙烧时间0.5-4h。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，焙烧温度为400-550℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)的热解活化是将硫酸铝铵焙烧熟料在850-1200℃下热解10-120min，得到热解焙砂以及含硫和氨的烟气，含硫和氨的烟气收集后生产硫酸铵循环使用。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤(2)的热解温度为850-1200℃，热解时间为10-60min。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，热解活化为流态化焙烧或回转窑动态焙烧，热解活化设备为循环流态化焙烧炉、气态悬浮焙烧炉、流态闪速焙烧炉、回转窑中的一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)的低温低碱溶出脱硅是将热解焙砂在温度≤100℃的条件下用氢氧化钠溶液溶出。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，溶出氢氧化钠起始浓度50-150g/L，溶出时间10-120min，溶出液固质量比为5-20∶1。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述脱硅渣采用拜耳法提取氧化铝，是将脱硅渣在温度100-300℃的条件下用循环母液溶出，循环母液氢氧化钠浓度为50-250g/L，溶出时间30-180min，配料分子比αk＝1.0-3.5。
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