CN107522214B - 利用粉煤灰生产氢氧化铝的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用粉煤灰生产氢氧化铝的方法和系统。本发明的方法包括如下步骤：1)使铝酸钠溶液经第一立盘过滤机进入种分系统进行种分；2)对种分系统出料进行旋流分离，得到第一溢流和第一底流；3)使第一溢流中的一部分经第一立盘过滤机过滤后进入种分系统进行种分；4)使第一溢流中的另一部分经第二立盘过滤机过滤后进入碳分系统，同时使铝酸钠溶液经第二立盘过滤机进入碳分系统进行碳分；5)对碳分系统出料进行沉降，得到第二溢流和第二底流；6)使第一底流经第三立盘过滤机过滤后进入平盘过滤机进行过滤，同时使第二底流进入平盘过滤机进行过滤，得到氢氧化铝产品。上述方法得到的氢氧化铝产品粒级分布均匀。

Description

利用粉煤灰生产氢氧化铝的方法和系统

技术领域

本发明属于粉煤灰提取氧化铝技术领域，具体涉及一种利用粉煤灰生产氢氧化铝的方法和系统。

背景技术

粉煤灰是煤炭在燃烧后经除尘器收集的粉状固体废物，是燃煤电厂的主要废弃物。近年来，已经开展了从粉煤灰、特别是高铝粉煤灰中提取氧化铝的技术研究和产业化探索，其中预脱硅－碱石灰烧结法提取氧化铝已经实现工业化生产。预脱硅－碱石灰烧结法提取氧化铝的工艺过程为：首先对粉煤灰进行预处理，处理后的粉煤灰进行配料烧结，然后进行溶出工艺；由于烧结熟料中氧化铝的含量较低，从而导致溶出后的铝酸钠溶液中氧化铝的浓度较低，通常为70-90g/L，远远低于目前铝土矿烧结法生产氧化铝的铝酸钠浓度120g/L，低浓度的氧化铝使后续氢氧化铝产品的粒度难以控制。

此外，在氧化铝行业中，对氢氧化铝产品的粒度分布一般采用-15μm(即15μm以下)、-20μm(即20μm以下)、-45μm(即45μm以下)、+150μm(即150μm以上)、D50粒级所占质量含量(质量百分数)表示。其中，-45μm粒级是冶金级氧化铝的标准之一，通过要求-45μm粒级所占质量含量控制在12％以下。由于产品粒度对氧化铝在电解时的影响较大，若产品粒度均匀，电解时的流动性较好；若产品的粒度不均匀，则电解时的流动性能差，电耗较高。

公开号为CN 105800653 A的专利公开了一种基于碱石灰烧结法的粉煤灰提取氧化铝的方法，该方法以粉煤灰为原料向铝酸钠溶液中通入二氧化碳，碳分得到的氢氧化铝作为种分系统的种子进行添加。此外，公开号为CN 102249253 A的专利公开了一种高铝粉煤灰生产氧化铝联产活性硅酸钙的方法，以高铝粉煤灰为原料，进行连续碳分后进行种分。现有烧结法制备氢氧化铝的工艺，均采用先进行碳分，碳分氢氧化铝作为种子进入种分系统，然后种分出氢氧化铝产品的方式进行。由于碳分时氢氧化铝的粒度难以控制，粒度大小不一，在采用碳分氢氧化铝作为种分系统的种子后，产品的粒度仍然大小不一，当粒度长大到一定程度后，晶体爆裂成更细的颗粒，导致产品粒度不均匀。因此，期待一种能够使氢氧化铝产品粒级分布均匀的方法。

发明内容

本发明提供一种利用粉煤灰生产氢氧化铝的方法和系统，其能够使氢氧化铝产品的粒级分布均匀，从而达到优化产品粒级的目的。

本发明提供一种利用粉煤灰生产氢氧化铝的方法，利用粉煤灰通过烧结法产生的铝酸钠溶液进行，所述方法包括如下步骤：

1)使所述铝酸钠溶液经第一立盘过滤机进入种分系统进行种分；

2)对种分系统出料进行旋流分离，得到第一溢流和第一底流；

3)使所述第一溢流中的一部分经所述第一立盘过滤机过滤后进入所述种分系统进行种分；

4)使所述第一溢流中的另一部分经第二立盘过滤机过滤后进入碳分系统，同时使所述铝酸钠溶液经所述第二立盘过滤机进入所述碳分系统进行碳分；

5)对碳分系统出料进行沉降，得到第二溢流和第二底流；

6)使所述第一底流经第三立盘过滤机过滤后进入平盘过滤机进行过滤，同时使所述第二底流进入所述平盘过滤机进行过滤，得到氢氧化铝产品。

本发明的方法，将铝酸钠溶液以洗液冲洗第一立盘过滤机的方式进入后续工艺流程，种分系统出料旋流分离形成的第一溢流同时进入种分系统和碳分系统，种分系统和碳分系统均产出氢氧化铝，通过种分后的旋流分离和向碳分系统中加入第一溢流作为种子以控制氢氧化铝的粒度，实现了低浓度铝酸钠溶液生产粒度均匀的氢氧化铝的目的。

本发明的方法中，所采用的铝酸钠溶液为粉煤灰生产氧化铝过程中的铝酸钠溶液，铝酸钠溶液中的氧化铝来源于粉煤灰中的氧化铝；具体地，铝酸钠溶液中氧化铝浓度为70-90g/L。

在本发明中，种分是铝酸钠溶液自发结晶析出部分氢氧化铝的过程，一般首先向铝酸钠溶液中加入一定量的氢氧化铝作为晶种，然后将铝酸钠溶液的温度降到一定温度(例如50-55℃)，使铝酸钠溶液变成过饱和溶液而以已加入的氢氧化铝晶种为晶核析出氢氧化铝。在本发明中，碳分是向铝酸钠溶液中通入二氧化碳，同时加入一定量的上述第一溢流作为种子，使其中的大部分可溶性铝转化为氢氧化铝沉淀物的过程。

在本发明的方法中，种分系统出料旋流分离形成的第一溢流中的氢氧化铝的粒度较细，且粒级分布较集中；以该第一溢流作为种分系统的种子，种分系统易于控制；以该第一溢流作为碳分系统的种子，碳分条件易于控制，并且易于实现产品粒级的分布均匀，从而达到了优化产品粒级的目的。

本发明对进入种分系统和碳分系统的第一溢流的质量比不作严格限制；在本发明的具体方案中，第一溢流中进入种分系统的部分与进入碳分系统的部分的质量比可以为(1-1.3)：1。

本发明可以本领域的常规条件进行种分和碳分；具体地，种分系统中氢氧化铝的浓度可以为100-200g/L，所述第一底流中氢氧化铝的浓度可以为400-500g/L。此外，进行碳分时，所述碳分系统中氢氧化铝的浓度可以为10-20g/L，二氧化碳的质量浓度可以为30-38％，通气量可以为200-300L/h，碳分时间可以为4-5h；特别是，碳分分解率为90-100％。

进一步地，本发明的方法，还可以采用所述第二溢流对所述第三立盘过滤机进行冲洗。此外，可以对所述第一立盘过滤机、第二立盘过滤机和第三立盘过滤机过滤形成的滤液进行蒸发处理，从而便于溶液回收利用。

本发明方法所生产的氢氧化铝产品中，粒径为45μm以下的颗粒的质量含量小于10％，粒径为15μm以下的颗粒的质量含量小于3％，粒径为150μm以上的颗粒的质量含量小于10％。

本发明还提供一种利用粉煤灰生产氢氧化铝的系统，用于上述方法，所述系统包括第一立盘过滤机、种分系统、旋流分离器、第二立盘过滤机、碳分系统、沉降槽、第三立盘过滤机和平盘过滤机，

所述第一立盘过滤机的出口端与所述种分系统的入口端连接，

所述种分系统的出口端与所述旋流分离器的入口端连接，

所述旋流分离器具有溢流出口和底流出口，所述溢流出口分别与所述第一立盘过滤机和第二立盘过滤机的入口端连接，所述底流出口与所述第三立盘过滤机的入口端连接，

所述第二立盘过滤机的出口端与所述碳分系统的入口端连接，

所述碳分系统的出口端与所述沉降槽的入口端连接，

所述沉降槽具有溢流出口和底流出口，所述第三立盘过滤机的出口端和所述沉降槽的底流出口分别与所述平盘过滤机的入口端连接。

进一步地，所述沉降槽的溢流出口可以与所述第三立盘过滤机的入口端连接。

在本发明中，各立盘过滤机、种分系统、旋流分离器、碳分系统、沉降槽和平盘过滤机均可以采用本领域的常规设备。

本发明的实施，至少具有以下优势：

1、本发明的方法，种分系统出料旋流分离形成的第一溢流中的氢氧化铝的粒度较细，且粒级分布较集中；以该第一溢流作为种分系统和碳分系统的种子，种分系统和碳分系统易于控制，并且易于实现产品粒级的分布均匀，从而达到了优化产品粒级的目的。

2、本发明的方法操作简单、出料速度快、工艺易于控制，通过种分后的旋流分离和向碳分系统中加入第一溢流作为种子来控制氢氧化铝的粒度，大大减少了氢氧化铝产品中的大颗粒和细颗粒氢氧化铝，实现了低浓度铝酸钠溶液生产粒度均匀的氢氧化铝产品的目的，生产的氢氧化铝产品的粒级分布均匀且集中。

附图说明

图1为本发明一实施方式的利用粉煤灰生产氢氧化铝的方法的工艺流程图；

图2为本发明一实施方式的利用粉煤灰生产氢氧化铝的系统的结构示意图。

附图标记说明：

1：第一立盘过滤机；2：种分系统；3：旋流分离器；4：第二立盘过滤机；5：碳分系统；6：沉降槽；7：第三立盘过滤机；8：平盘过滤机；9：蒸发器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图和实施例，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。

实施例1

如图1所示，本实施例的利用粉煤灰生产氢氧化铝的方法，利用粉煤灰通过烧结法产生的铝酸钠溶液进行，该铝酸钠溶液氧化铝含量为70g/L，具体步骤如下：

将上述铝酸钠溶液以洗液冲洗第一立盘过滤机的方式进入种分系统，对种分系统出料进行旋流分离，得到第一溢流和第一底流；使第一溢流中的一部分经上述第一立盘过滤机过滤后进入种分系统进行种分，种分系统中氢氧化铝的浓度为100g/L，第一底流中氢氧化铝的浓度为400g/L；同时，使第一溢流中的另一部分经第二立盘过滤机过滤后进入碳分系统，铝酸钠溶液经上述第二立盘过滤机进入碳分系统进行碳分，其中，第一溢流中进入种分系统的部分与进入碳分系统的部分的质量比为1：1，碳分系统中氢氧化铝的浓度为10g/L，碳分系统中二氧化碳的质量浓度为30％，通气量为200L/h，碳分时间为4h，碳分分解率为90％。随后，对碳分系统出料进行沉降，得到第二溢流和第二底流

使上述第一底流经第三立盘过滤机过滤后进入平盘过滤机进行过滤，同时采用上述第二溢流对第三立盘过滤机进行冲洗，并且使上述第二底流进入平盘过滤机进行过滤，收集平盘过滤机过滤形成的产物，即得到氢氧化铝产品。此外，对上述第一立盘过滤机、第二立盘过滤机和第三立盘过滤机过滤形成的滤液进行蒸发处理，以便溶液回收利用。

经检测，上述氢氧化铝产品中，粒径为45μm以下的颗粒的质量含量为9.4％，粒径为15μm以下的颗粒的质量含量为2.5％，粒径为150μm以上的颗粒的质量含量为9.6％。

实施例2

本实施例的利用粉煤灰生产氢氧化铝的方法，利用粉煤灰通过烧结法产生的铝酸钠溶液进行，该铝酸钠溶液氧化铝含量为80g/L，具体步骤如下：

将上述铝酸钠溶液以洗液冲洗第一立盘过滤机的方式进入种分系统，对种分系统出料进行旋流分离，得到第一溢流和第一底流；使第一溢流中的一部分经上述第一立盘过滤机过滤后进入种分系统进行种分，种分系统中氢氧化铝的浓度为150g/L，第一底流中氢氧化铝的浓度为450g/L；同时，使第一溢流中的另一部分经第二立盘过滤机过滤后进入碳分系统，铝酸钠溶液经上述第二立盘过滤机进入碳分系统进行碳分，其中，第一溢流中进入种分系统的部分与进入碳分系统的部分的质量比为1.15：1，碳分系统中氢氧化铝的浓度为15g/L，碳分系统中二氧化碳的质量浓度为34％，通气量为250L/h，碳分时间为4.5h，碳分分解率为95％。随后，对碳分系统出料进行沉降，得到第二溢流和第二底流

使上述第一底流经第三立盘过滤机过滤后进入平盘过滤机进行过滤，同时采用上述第二溢流对第三立盘过滤机进行冲洗，并且使上述第二底流进入平盘过滤机进行过滤，收集平盘过滤机过滤形成的产物，即得到氢氧化铝产品。此外，对上述第一立盘过滤机、第二立盘过滤机和第三立盘过滤机过滤形成的滤液进行蒸发处理，以便溶液回收利用。

经检测，上述氢氧化铝产品中，粒径为45μm以下的颗粒的质量含量为9.0％，粒径为15μm以下的颗粒的质量含量为2.3％，粒径为150μm以上的颗粒的质量含量为9.2％。

实施例3

本实施例的利用粉煤灰生产氢氧化铝的方法，利用粉煤灰通过烧结法产生的铝酸钠溶液进行，该铝酸钠溶液氧化铝含量为90g/L，具体步骤如下：

将上述铝酸钠溶液以洗液冲洗第一立盘过滤机的方式进入种分系统，对种分系统出料进行旋流分离，得到第一溢流和第一底流；使第一溢流中的一部分经上述第一立盘过滤机过滤后进入种分系统进行种分，种分系统中氢氧化铝的浓度为200g/L，第一底流中氢氧化铝的浓度为500g/L；同时，使第一溢流中的另一部分经第二立盘过滤机过滤后进入碳分系统，铝酸钠溶液经上述第二立盘过滤机进入碳分系统进行碳分，其中，第一溢流中进入种分系统的部分与进入碳分系统的部分的质量比为1.3：1，碳分系统中氢氧化铝的浓度为20g/L，碳分系统中二氧化碳的质量浓度为38％，通气量为300L/h，碳分时间为5h，碳分分解率为100％。随后，对碳分系统出料进行沉降，得到第二溢流和第二底流

使上述第一底流经第三立盘过滤机过滤后进入平盘过滤机进行过滤，同时采用上述第二溢流对第三立盘过滤机进行冲洗，并且使上述第二底流进入平盘过滤机进行过滤，收集平盘过滤机过滤形成的产物，即得到氢氧化铝产品。此外，对上述第一立盘过滤机、第二立盘过滤机和第三立盘过滤机过滤形成的滤液进行蒸发处理，以便溶液回收利用。

经检测，上述氢氧化铝产品中，粒径为45μm以下的颗粒的质量含量为8.6％，粒径为15μm以下的颗粒的质量含量为2.0％，粒径为150μm以上的颗粒的质量含量为8.3％。

实施例4

如图2所示，本发明的利用粉煤灰生产氢氧化铝的系统，可用于上述实施例1-3的方法，该系统包括第一立盘过滤机1、种分系统2、旋流分离器3、第二立盘过滤机4、碳分系统5、沉降槽6、第三立盘过滤机7和平盘过滤机8，第一立盘过滤机1的出口端与种分系统2的入口端连接，种分系统2的出口端与旋流分离器3的入口端连接，旋流分离器3具有溢流出口和底流出口，溢流出口分别与第一立盘过滤机1和第二立盘过滤机4的入口端连接，底流出口与第三立盘过滤机7的入口端连接，第二立盘过滤机4的出口端与碳分系统5的入口端连接，碳分系统5的出口端与沉降槽6的入口端连接，沉降槽6具有溢流出口和底流出口，第三立盘过滤机7的出口端和沉降槽6的底流出口分别与平盘过滤机8的入口端连接。

此外，沉降槽6的溢流出口与第三立盘过滤机7的入口端连接；第一立盘过滤机1、第二立盘过滤机4和第三立盘过滤机7的滤液出口与蒸发器9连接。

上述系统的工作过程为：

使铝酸钠溶液进入第一立盘过滤机1中对第一立盘过滤机1的滤布进行冲洗，冲洗后的铝酸钠溶液进入种分系统2进行种分，对种分系统2的出料随后进入旋流分离器3中进行旋流分离，旋流分离形成的第一溢流中的一部分经第一立盘过滤机1过滤后进入种分系统2进行种分，旋流分离形成的第一溢流中的另一部分经第二立盘过滤机4过滤后进入碳分系统5，同时铝酸钠溶液经第二立盘过滤机4进入碳分系统5进行碳分，碳分系统5的出料经沉降槽6沉降，形成第二溢流和第二底流。上述旋流分离形成的第一底流经第三立盘过滤机7过滤后进入平盘过滤机8进行过滤，同时，上述第二溢流进入第三立盘过滤机7中对第三立盘过滤机7的滤布进行冲洗，上述第二底流进入平盘过滤机8进行过滤，收集平盘过滤机8过滤形成的产物，即得到氢氧化铝产品。此外，上述第一立盘过滤机1、第二立盘过滤机4和第三立盘过滤机7过滤形成的滤液进入蒸发器9进行蒸发，以便溶液回收利用。

对照例1

本对照例的利用粉煤灰生产氢氧化铝的方法，采用公开号为CN102249253A的专利所公开的方法进行(即先进行碳分，再以碳分得到的氢氧化铝作为种子进行种分)；具体地，将二段脱硅精化液进行碳分，碳分的温度为87℃，碳分率在90％，种分工艺遵循拜耳法种分过程，用碳分得到的氢氧化铝作晶种，将其加入未进行二段深度脱硅的一段深度脱硅精化液中进行种分，得到氢氧化铝。

经检测，上述氢氧化铝中，粒径为45μm以下的颗粒的质量含量为20％，粒径为15μm以下的颗粒的质量含量为10％，粒径为150μm以上的颗粒的质量含量为25％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种利用粉煤灰生产氢氧化铝的方法，其特征在于，利用粉煤灰通过烧结法产生的铝酸钠溶液进行，所述方法包括如下步骤：

1)使所述铝酸钠溶液经第一立盘过滤机进入种分系统进行种分；

2)对种分系统出料进行旋流分离，得到第一溢流和第一底流；

3)使所述第一溢流中的一部分经所述第一立盘过滤机过滤后进入所述种分系统进行种分；

4)使所述第一溢流中的另一部分经第二立盘过滤机过滤后进入碳分系统，同时使所述铝酸钠溶液经所述第二立盘过滤机进入所述碳分系统进行碳分；

5)对碳分系统出料进行沉降，得到第二溢流和第二底流；

6)使所述第一底流经第三立盘过滤机过滤后进入平盘过滤机进行过滤，同时使所述第二底流进入所述平盘过滤机进行过滤，得到氢氧化铝产品；

所述种分系统中氢氧化铝的浓度为100-200g/L，所述第一底流中氢氧化铝的浓度为400-500g/L。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：采用所述第二溢流对所述第三立盘过滤机进行冲洗。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述第一立盘过滤机、第二立盘过滤机和第三立盘过滤机过滤形成的滤液进行蒸发处理。

4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述铝酸钠溶液中氧化铝浓度为70-90g/L。

5.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述第一溢流中进入种分系统的部分与进入碳分系统的部分的质量比为(1-1.3)：1。

6.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，进行碳分时，所述碳分系统中氢氧化铝的浓度为10-20g/L，二氧化碳的质量浓度为30-38％，通气量为200-300L/h，碳分时间为4-5h。

7.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述氢氧化铝产品中，粒径为45μm以下的颗粒的质量含量小于10％，粒径为15μm以下的颗粒的质量含量小于3％，粒径为150μm以上的颗粒的质量含量小于10％。

8.一种利用粉煤灰生产氢氧化铝的系统，其特征在于，用于权利要求1至7任一所述的方法，所述系统包括第一立盘过滤机、种分系统、旋流分离器、第二立盘过滤机、碳分系统、沉降槽、第三立盘过滤机和平盘过滤机，

所述第一立盘过滤机的出口端与所述种分系统的入口端连接，

所述种分系统的出口端与所述旋流分离器的入口端连接，

所述旋流分离器具有溢流出口和底流出口，所述溢流出口分别与所述第一立盘过滤机和第二立盘过滤机的入口端连接，所述底流出口与所述第三立盘过滤机的入口端连接，

所述第二立盘过滤机的出口端与所述碳分系统的入口端连接，

所述碳分系统的出口端与所述沉降槽的入口端连接，

所述沉降槽具有溢流出口和底流出口，所述第三立盘过滤机的出口端和所述沉降槽的底流出口分别与所述平盘过滤机的入口端连接。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述沉降槽的溢流出口与所述第三立盘过滤机的入口端连接。