CN111170372A - 煤矸石高附加值综合利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了工业固体废物综合利用行业一种煤矸石高附加值综合利用方法，该技术方法是针对目前国内外现有技术无机矿物资源提取率低、成本高、存在重金属及废渣等二次污染的问题，采用煤矸石选择性破碎、混合酸浸、滤渣碱浸酸浸等组合技术，其中煤矸石选择性破碎技术提高了煤矸石分选效率，从而提高了分选原料的氧化铝和二氧化硅含量；采用盐酸、硫酸混合酸或高浓度硫酸对原料进行酸性浸出，提高了铝提取率和降低酸耗；对滤渣进行碱浸、酸浸制取白炭黑。以上组合技术提高了铝硅资源提取率，降低了酸耗，产出聚合氯化铝、聚合双酸铝及白炭黑等高附加值产品，具有工艺系统灵活、适用面广、经济性好等优点。

Description

煤矸石高附加值综合利用方法
技术领域
本发明涉及工业固体废弃物的处置方法，具体地说是一种煤矸石高附加值多组分资源化利用方法，其主要涉及的IPC分类号为C01B33/00。
背景技术
目前，国内对煤矸石的综合利用方式通常采用发电、回填、作建材、作路基等，由于煤矸石掺入比例限制及经济性较弱等难以满足国内煤矸石日益增长的处置需求。
近年来，国内对煤矸石的综合利用技术研发较多，如“由粉煤灰或煤矸石制备结晶氯化铝和白炭黑的方法”（申请公布号CN109384254A）、“一种煤矸石制备高性能聚铝硅酸铁铝的方法”（申请公布号CN107021552A）、“利用煤矸石生产聚合双酸铝的工艺”（公开号CN101671073A）等。以上技术均采用酸性浸出的方法提取铝资源，制取混凝剂产品，技术可实现性较好。但存在铝提取率较低、酸耗高、成本较高等问题，其市场应用受限。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤矸石高附加值综合利用方法，从根本上解决了现有煤矸石难以处置、综合利用成本高的难题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案是：该煤矸石高附加值综合利用方法，其技术要点是，包括以下步骤：
步骤1，通过选择性破碎机选择性破碎煤矸石，分选出100目低强度细粒；
步骤2，在反应容器内加入20wt%的盐酸和30wt%的硫酸或60wt%的硫酸，铝离子：盐酸：30wt%硫酸：60wt%硫酸的摩尔比为1.0：1.0~3.0：0.75~1.0：1.5~2.5，溶液中铝离子与H+的摩尔比为1.0：1.0~3.0，120~140℃或100℃~120℃下搅拌使低强度细粒完全溶于酸，自然冷却至80℃，趁热过滤，得到浸出液和滤渣；
步骤3，处理浸出液和滤渣：
步骤3.1，取浸出液，向其中加入Na2CO3调整溶液盐基度至60%~80%，即得聚合双酸铝溶液或聚合氯化铝溶液；
步骤3.2，取滤渣，洗涤后加入到15wt%~25wt%的NaOH溶液中，铝离子与OH-的摩尔比为1.0：3.0~5.0，反应后将溶液浓缩，得到水玻璃溶液，继续向水玻璃溶液中加入30wt%的过量硫酸进行酸浸，对酸浸渣进行洗涤、干燥，即得白炭黑。
本发明的有益效果：
根据煤矸石中Al2O3和SiO2含量与强度呈负相关关系，通过选择性破碎机直接进行分选，通过在破碎时，调节破碎机的冲击力，利用其特殊的破碎腔结构，强化破碎的选择性，使强度小、含铝硅资源高的矿物被破碎成细粒，直接收集可用于后续处理的细粒煤矸石，舍弃难以破碎的大块煤矸石。
对于细粒粒径的选择上，粒径太小，则会形成易飘散的粉尘，不但无法满足环保要求，而且不利于回收；粒径太大，则含石量高，增大了后续处理成本。
由于直接使用可酸溶的铝硅含量高的细粒煤矸石，简化了现有的无用且低效的回收过程，不但提高了分选效率，而且提高了终产品的纯度。
采用选择性破碎分选后，可直接获得含有30%以上三氧化二铝和含有50%以上二氧化硅的煤矸石100目细粒。然后进行酸性浸出，进而提高资源回收率和降低酸耗。通过对浸出液和滤渣的处理，可生产多种高附加值化工产品，如聚合双酸铝、聚合氯化铝及白炭黑，其中白炭黑纯度90%以上。
综上所述，本发明具有工艺系统灵活、适用面广、经济性好等优点。
附图说明
图1为本发明工作流程示意图。
图2为国内几种煤矸石的化学成分。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的内容。
实施例1
步骤1，通过选择性破碎机选择性破碎煤矸石，调节破碎机的冲击力，利用其特殊的破碎腔结构，分选出100目低强度细粒；
步骤2，在反应釜内加入20wt%的盐酸和30wt%硫酸或60wt%硫酸，铝离子：盐酸：30wt%硫酸：60wt%硫酸的摩尔比为1.0：0.5：1.0：3.0，溶液中铝离子与H+的摩尔比为1.0：1.0~3.0，120℃（30wt%硫酸）或100℃（60wt%硫酸）下搅拌使低强度细粒完全溶于酸，自然冷却至80℃，趁热过滤，得到浸出液和滤渣；
步骤3，处理浸出液和滤渣：
步骤3.1，取浸出液，向其中加入Na2CO3调整溶液盐基度至60%，即得纯度为96.7%的聚合双酸铝溶液；
当步骤2采用60wt%的硫酸时，得到纯度为97.8%的聚合氯化铝溶液。
步骤3.2，取滤渣，洗涤后加入到25wt%的NaOH溶液中，铝离子与OH-的摩尔比为1.0：5.0，反应后将溶液浓缩，得到水玻璃溶液（SiO2含量约为10wt%），继续向水玻璃溶液中加入30wt%的过量硫酸进行酸浸，对酸浸渣进行洗涤、干燥，即得纯度为91.0%的白炭黑。滤液可重复使用。
实施例2
步骤1，通过选择性破碎机选择性破碎煤矸石，调节破碎机的冲击力，利用其特殊的破碎腔结构，分选出100目低强度细粒；
步骤2，在反应釜内加入20wt%的盐酸和30wt%硫酸或60wt%硫酸，铝离子：盐酸：30wt%硫酸：60wt%硫酸的摩尔比为1.0：1.0：1.5：4.0，溶液中铝离子与H+的摩尔比为1.0：1.0~3.0，120℃（30wt%硫酸）或120℃（60wt%硫酸）下搅拌使低强度细粒完全溶于酸，自然冷却至80℃，趁热过滤，得到浸出液和滤渣；
步骤3，处理浸出液和滤渣：
步骤3.1，取浸出液，向其中加入Na2CO3调整溶液盐基度至80%，即得纯度为98.2%的聚合双酸铝溶液；
当步骤2采用60wt%的硫酸时，得到纯度为99.1%的聚合氯化铝溶液。
步骤3.2，取滤渣，洗涤后加入到20wt%的NaOH溶液中，铝离子与OH-的摩尔比为1.0：4.0，反应后将溶液浓缩，得到水玻璃溶液（SiO2含量约为8wt%），继续向水玻璃溶液中加入30wt%的过量硫酸进行酸浸，对酸浸渣进行洗涤、干燥，即得纯度为90.1%的白炭黑。滤液可重复使用。
实施例3
步骤1，通过选择性破碎机选择性破碎煤矸石，调节破碎机的冲击力，利用其特殊的破碎腔结构，分选出100目低强度细粒；
步骤2，在反应釜内加入20wt%的盐酸和30wt%硫酸或60wt%硫酸，铝离子：盐酸：30wt%硫酸：60wt%硫酸的摩尔比为1.0：1.0：2.0：5.0，溶液中铝离子与H+的摩尔比为1.0：1.0~3.0，140℃（30wt%硫酸）或120℃（60wt%硫酸）下搅拌使低强度细粒完全溶于酸，自然冷却至80℃，趁热过滤，得到浸出液和滤渣；
步骤3，处理浸出液和滤渣：
步骤3.1，取浸出液，向其中加入Na2CO3调整溶液盐基度至70%，即得纯度为97.4%的聚合双酸铝溶液；
当步骤2采用60wt%的硫酸时，得到纯度为98.4%的聚合氯化铝溶液。
步骤3.2，取滤渣，洗涤后加入到15wt%的NaOH溶液中，铝离子与OH-的摩尔比为1.0：3.0，反应后将溶液浓缩，得到水玻璃溶液（SiO2含量约为7wt%），继续向水玻璃溶液中加入30wt%的过量硫酸进行酸浸，对酸浸渣进行洗涤、干燥，即得纯度为85.7%的白炭黑。滤液可重复使用。

Claims (1)

1.一种煤矸石高附加值综合利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，通过选择性破碎机选择性破碎煤矸石，分选出100目低强度细粒；
步骤2，在反应容器内加入20wt%的盐酸和30wt%的硫酸或60wt%的硫酸，铝离子：盐酸：30wt%硫酸：60wt%硫酸的摩尔比为1.0：1.0~3.0：0.75~1.0：1.5~2.5，溶液中铝离子与H+的摩尔比为1.0：1.0~3.0，120~140℃或100℃~120℃下搅拌使低强度细粒完全溶于酸，自然冷却至80℃，趁热过滤，得到浸出液和滤渣；
步骤3，处理浸出液和滤渣：
步骤3.1，取浸出液，向其中加入Na2CO3调整溶液盐基度至60%~80%，即得聚合双酸铝溶液或聚合氯化铝溶液；
步骤3.2，取滤渣，洗涤后加入到15wt%~25wt%的NaOH溶液中，铝离子与OH-的摩尔比为1.0：3.0~5.0，反应后将溶液浓缩，得到水玻璃溶液，继续向水玻璃溶液中加入30wt%的过量硫酸进行酸浸，对酸浸渣进行洗涤、干燥，即得白炭黑。
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