CN110482582A - 一种同时提取粉煤灰和赤泥中氧化铝的方法 - Google Patents

一种同时提取粉煤灰和赤泥中氧化铝的方法 Download PDF

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Abstract

一种同时提取粉煤灰和赤泥中氧化铝的方法，属于固体废弃物综合利用领域，可解决现有赤泥利用难度大以及粉煤灰的利用方法难度大、能耗大、成本高的问题，将粉煤灰、赤泥、生石灰和碳酸钠混合，700～1400℃下煅烧活化，焙烧产生的气体CO2可用于铝酸钠溶液种分过程制备Al(OH)3；将熟料研磨，用1~10%碳酸钠溶液浸出，浸取完成后进行固液分离得到铝酸钠粗液，铝酸钠粗液经脱硅、种分、过滤、煅烧得到氧化铝产品。本发明中通过添加赤泥提高粉煤灰中的铝硅比，同时利用赤泥中的CaO和Na2O活化莫来石，减少活化剂生石灰和碳酸钠的用量，在提高氧化铝提取率的同时，降低粉煤灰氧化铝的提取成本，实现两种固废的高效利用。

Description

一种同时提取粉煤灰和赤泥中氧化铝的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物综合利用技术领域，具体设计院一种同时提取粉煤灰和赤泥中氧化铝的方法。
背景技术
随着铝材需求的不断激增，我国铝行业发展迅速，铝土矿开采量大幅度增加。到2015年中国铝土矿产量达到6000万吨，成为全球最大的氧化铝生产国，致使我国铝土矿资源面临日益枯竭的危机。
粉煤灰是煤粉在锅炉燃烧后，烟气排出的过程中在锅炉尾部经除尘器收集下来的固体颗粒。燃煤电厂排放出来的粉煤灰被运输到灰场作堆存处理，一部分被利用，余下部分则累计堆存。其中，山西、内蒙古等地区综合利用率低，目前累计堆存上亿吨，因缺乏科学有效的处置防护措施，已经造成了严重的环境污染和生态破坏。
赤泥是制铝工业从铝土矿中生产氧化铝过程中产生的一种工业固体废物。目前，从铝土矿中每生产1吨氧化铝就会产生1.0～2.0吨的赤泥，利用难度大。赤泥的累积堆存在占用了大量土地资源的同时，对生态环境也构成了潜在的威胁。
粉煤灰的主要成分是氧化铝和二氧化硅，两者的质量分数在80%左右，有些地区可以达到90%。赤泥主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2、Na2O、CaO等，其各组分含量因铝土矿的产地和溶出氧化铝方式的不同。目前，从粉煤灰中提取氧化铝可概括为四种，酸法，碱法，酸碱联合法，铵法。酸法提取氧化铝工艺流程简单，能耗低，且酸可回收循环使用，但酸性体系腐蚀性强，对设备要求高，投资大。石灰石烧结法原料廉价，成本低，但其反应温度高，导致能耗较高。另外，会产生大量的硅钙渣，大约每生产1t氧化铝就会产生8-9t的硅钙渣，又会形成新的固废处理问题。碱石灰烧结法提取氧化铝相比于石灰石烧结法的能耗有所降低，产生的渣量也相对减少，但总体上仍然避免不了烧结法能耗高和渣量多的问题，且该法反应复杂，工艺条件不好控制。另外，通过“预脱硅”处理虽然提高了烧结效率、减少了渣量，但该过程中会造成铝损失，生产过程中形成的碱性渣难以处理。酸碱联合法尽管氧化铝提取率高，但方法复杂，酸碱消耗量大，且酸碱中和后酸碱不能回收利用。硫酸铵烧结法方法简单，反应温度低，但焙烧副反应多，原料消耗大，整个过程处于氨性体系，会产生大量的废气，若有泄漏将会严重污染环境。这些方法均难度大，成本高。
发明内容
本发明针对现有赤泥利用难度大以及粉煤灰的利用方法难度大、能耗大、成本高的问题，提供一种同时提取粉煤灰和赤泥中氧化铝的方法。
本发明采用如下技术方案：
一种同时提取粉煤灰和赤泥中氧化铝的方法，包括如下步骤：
第一步，将粉煤灰、赤泥、生石灰和碳酸钠按比例混合，研磨均匀，得到混合物，混合物中铝硅比质量比为0.8~1.3:1，Na2O：Al2O3摩尔比为0.5～1.5:1，CaO：SiO2摩尔比为1～2.5:1；
第二步，将混合物置于管式炉中，在700~1400℃下煅烧1~4h，得到熟料；
第三步，将熟料研磨，用浓度为1~10%的碳酸钠溶液浸取，浸取液固比为1~10ml/g，浸取温度为60~90℃，时间为10~120min；
第四步，浸取完成后，进行固液分离，滤渣洗涤四次，收集含铝酸钠粗液的滤液；
第五步，将铝酸钠粗液加钙脱硅，按CaO与SiO2的摩尔比1：2~5的比例加入石灰乳，得到精制铝酸钠溶液，向精制铝酸钠溶液中通入CO2气体，加入Al(OH)3晶种搅拌，其中晶种加入量为溶液中Al2O3含量的20~40%，过滤得到氢氧化铝沉淀物；
第六步，将氢氧化铝沉淀物在200~1300℃下煅烧4~6h，得到氧化铝产品。
进一步地，第一步中所述混合物中铝硅比为1~1.2:1，Na2O：Al2O3为0.8～1.2:1，CaO：SiO2为1.8～2.2:1。
进一步地，第二步中所述煅烧温度为1000~1300℃。
进一步地，第二步中所述煅烧时间为1~3h。
进一步地，第三步中所述碳酸钠浓度为2~6%，液固比为3~7ml/g，浸取温度为70~90℃，时间为20~90min。
进一步地，第五步中所述CO2气体的流速为10~40ml/min。
粉煤灰为燃煤电厂煤粉燃烧后，烟气排出的过程中在锅炉尾部经除尘器收集下来的固体颗粒，氧化铝含量在30%以上。
赤泥为铝厂炼铝后排放的尾矿，氧化铝含量在20%以上，氧化钙在20%以上，氧化钠在10%以上。主要物相为水化石榴石、赤铁矿、钙霞石，其中铝、硅基本以硅铝酸盐的形式存在，氧化铝含量为20%以上，二氧化硅含量在15%以上。
本发明的反应原理如下：
。
本发明的有益效果如下：
本发明制备的Al2O3杂质含量低，产品纯度较高，粉煤灰和赤泥中氧化铝的综合回收率为90%左右。
本发明利用赤泥提高粉煤灰中的铝硅比，在提高氧化铝的提取率的同时，赤泥中的氧化钙和氧化钠能够活化粉煤灰中的莫来石相，减少活化剂的用量，降低提取成本。因而，该发明不仅能够同时处理两种固废，同时还可以降低提取成本。
本发明利用赤泥中铝硅比大于1的特点，提高粉煤灰的铝硅比，降低提取氧化铝的难度，同时还能将赤泥中的氧化铝提取出来，达到同时处理两种固废的目的；选用生石灰和氧化钠为活化剂，利用赤泥中可观的生石灰和氧化钠焙烧活化粉煤灰，气体回收可用于后续的铝酸钠种分过程；碳酸钠为溶剂，将铝提取到溶液中，对滤液进行深度脱硅后，通入二氧化碳生成氢氧化铝沉淀和碳酸钠母液，过滤可回收碳酸钠溶液实现溶剂的循环使用；氢氧化铝经高温煅烧得到氧化铝产品。该方法可实现粉煤灰的高效提取以及粉煤灰和赤泥的协同处理，同时溶剂可回收循环利用，是一种经济、绿色、高效的处理方法。
本发明可以得到不同晶型的氧化铝产品。氢氧化铝在300~700℃煅烧得到无定型氧化铝；温度升高到800℃，转变为γ-Al2O3；继续升温至900℃，晶型开始转变为θ-Al2O3；当温度达到1100℃时，晶型开始转变为ɑ-Al2O3，当温度达到1200℃时，晶型完全转为ɑ-Al2O3。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
以下实施例中所用粉煤灰取自山西某电厂，赤泥取自山西某铝厂。
实施例1
本实施例，粉煤灰中氧化铝含量为32.94%，二氧化硅含量为40.91%，赤泥中氧化铝含量为24.20%，二氧化硅含量为17.60%，具体工艺如下：
（1）配料：将粉煤灰、赤泥、生石灰和碳酸钠按一定比例混合研磨均匀，使铝硅比为1:1，Na2O/Al2O3比为1:1，CaO/SiO2比为2:1；
（2）煅烧活化：将混合物料于1000℃下煅烧120min；
（3）碱浸：将煅烧后的熟料研磨后经3%碳酸钠溶液浸出，温度70℃下浸出30min，固液分离得到铝酸钠粗液，滤渣洗涤三次，收集滤液氧化铝的浸出率为90.65%；
（4）铝酸钠粗液加钙脱硅后，把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，气体流速为30mL/min，并加入晶种搅拌，过滤得到氢氧化铝沉淀物；
（5）将氢氧化铝在1300℃煅烧4h得到α-型的氧化铝产品。
实施例2
本实施例，粉煤灰中氧化铝含量为35.69%，二氧化硅含量为43.09%，赤泥中氧化铝含量为21.26%，二氧化硅含量为16.60%，具体工艺如下：
（1）配料：将粉煤灰、赤泥、生石灰和碳酸钠按一定比例混合研磨均匀，使铝硅比为0.9:1，Na2O/Al2O3比为1.2:1，CaO/SiO2比为2.2:1；
（2）煅烧活化：将混合物料于1200℃下煅烧150min；
（3）碱浸：将煅烧后的熟料研磨后经5%碳酸钠溶液浸出，温度80℃下浸出60min，固液分离得到铝酸钠粗液，滤渣洗涤三次，收集滤液氧化铝的浸出率为93.64%；
（4）铝酸钠粗液加钙脱硅后，把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，气体流速为20mL/min，并加入晶种搅拌，过滤得到氢氧化铝沉淀物；
将氢氧化铝在1250℃煅烧4h得到α-型的氧化铝产品。
实施例3
本实施例，粉煤灰中氧化铝含量为38.04%，二氧化硅含量为42.91%，赤泥中氧化铝含量为25.90%，二氧化硅含量为19.68%，具体工艺如下：
（1）配料：将粉煤灰、赤泥、生石灰和碳酸钠按一定比例混合研磨均匀，使铝硅比为1.1:1，Na2O/Al2O3比为0.5:1，CaO/SiO2比为2.5:1；
（2）煅烧活化：将混合物料于900℃下煅烧100min；
（3）碱浸：将煅烧后的熟料研磨后经6%碳酸钠溶液浸出，温度60℃下浸出40min，固液分离得到铝酸钠粗液，滤渣洗涤三次，收集滤液氧化铝的浸出率为89.16%；
（4）铝酸钠粗液加钙脱硅后、把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，气体流速为10mL/min，并加入晶种搅拌，过滤得到氢氧化铝沉淀物；
（5）将氢氧化铝在200℃煅烧4h得到γ-型的氧化铝产品。
实施例4
本实施例，粉煤灰中氧化铝含量为33.46%，二氧化硅含量为41.61%，赤泥中氧化铝含量为27.90%，二氧化硅含量为20.38%，具体工艺如下：
（1）配料：将粉煤灰、赤泥、生石灰和碳酸钠按一定比例混合研磨均匀，使铝硅比为1.2:1，Na2O/Al2O3比为1.5:1，CaO/SiO2比为2:1；
（2）煅烧活化：将混合物料于1300℃下煅烧150min；
（3）碱浸：将煅烧后的熟料研磨后经1%碳酸钠溶液浸出，温度70℃下浸出10min，固液分离得到铝酸钠粗液，滤渣洗涤三次，收集滤液氧化铝的浸出率为91.38%；
（4）铝酸钠粗液加钙脱硅后、把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，气体流速为40mL/min，并加入晶种搅拌，过滤得到氢氧化铝沉淀物；
（5）将氢氧化铝在1300℃煅烧3h得到γ-型的氧化铝产品。

Claims (6)

1.一种同时提取粉煤灰和赤泥中氧化铝的方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，将粉煤灰、赤泥、生石灰和碳酸钠按比例混合，研磨均匀，得到混合物，混合物中铝硅质量比为0.8~1.3:1，Na2O：Al2O3摩尔比为0.5～1.5:1，CaO：SiO2摩尔比为1～2.5:1；
第二步，将混合物置于管式炉中，在700~1400℃下煅烧1~4h，得到熟料；
第三步，将熟料研磨，用浓度为1~10%的碳酸钠溶液浸取，浸取液固比为1~10ml/g，浸取温度为60~90℃，时间为10~120min；
第四步，浸取完成后，进行固液分离，滤渣洗涤四次，收集含铝酸钠粗液的滤液；
第五步，将铝酸钠粗液加钙脱硅，按CaO与SiO2的摩尔比1：2~5的比例加入石灰乳，得到精制铝酸钠溶液，向精制铝酸钠溶液中通入CO2气体，加入Al(OH)3晶种搅拌，其中晶种加入量为溶液中Al2O3含量的20~40%，过滤得到氢氧化铝沉淀物；
第六步，将氢氧化铝沉淀物在200~1300℃下煅烧4~6h，得到氧化铝产品。
2.根据权利要求1所述的一种同时提取粉煤灰和赤泥中氧化铝的方法，其特征在于：第一步中所述混合物中铝硅比为1~1.2:1，Na2O：Al2O3为0.8～1.2:1，CaO：SiO2为1.8～2.2:1。
3.根据权利要求1所述的一种同时提取粉煤灰和赤泥中氧化铝的方法，其特征在于：第二步中所述煅烧温度为1000~1300℃。
4.根据权利要求1所述的一种同时提取粉煤灰和赤泥中氧化铝的方法，其特征在于：第二步中所述煅烧时间为1~3h。
5.根据权利要求1所述的一种同时提取粉煤灰和赤泥中氧化铝的方法，其特征在于：第三步中所述碳酸钠浓度为2~6%，液固比为3~7ml/g，浸取温度为70~90℃，时间为20~90min。
6.根据权利要求1所述的一种同时提取粉煤灰和赤泥中氧化铝的方法，其特征在于：第五步中所述CO2气体的流速为10~40ml/min。
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