CN1903727A

CN1903727A - 煤矸石生态化利用联产氧化铝\白炭黑\低灰碳的方法

Info

Publication number: CN1903727A
Application number: CN 200510088308
Authority: CN
Inventors: 刘万毅
Original assignee: Ningxia University
Current assignee: Ningxia University
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-01-31

Abstract

本发明涉及一种煤矸石生态化利用联产氧化铝\白炭黑\低灰碳的方法。该方法是以SiO₂、Al₂O₃为主的含量各不相同的煤矸石、采煤高岭石等矿物为原料，经过破碎后用硫酸溶液加热提取、分离，获得硫酸铝酸溶液。在提取、分离时加入少许氟化物为激活剂，再向该溶液中加入硫酸盐作为共结晶剂，经浓缩、结晶等，可以得到优级矾盐晶体，同时酸性母液循环利用进入下次提取，残渣经碱液提取氧化硅得硅酸盐和回收碳。本发明技术简洁、适应工艺的煤矸石原料来源广泛，且氧化铝的提取率、回收率高，容易获得优质铝盐，与现有成熟的制备氧化铝、氧化硅技术结合，从而为实现多联产的综合利用提供了关键技术，同时能耗低，工艺过程中的液、气、渣的均可循环利用。

Description

煤矸石生态化利用联产氧化铝\白炭黑\低灰碳的方法

技术领域

本发明涉及一种利用煤矸石提取氧化铝及其副产品的方法，特别是一种煤矸石生态化利用联产氧化铝\白炭黑\低灰碳的方法。

背景技术

煤矸石简称矸石，是在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量低、坚硬的黑色岩石，在煤炭生产过程中成为废弃物。煤矸石是我国目前年排放量和累计堆放量最大的工业废弃物。在煤炭生产过程中，煤矸石的排放量约占煤炭产量的10％，我国每年煤矸石的排放量约为2亿吨左右，约占全国工业固体废弃物总量的40％。全国现在仍有煤矸石山1500多座，累计堆存34亿吨，占地20万亩。煤矸石的主要矿物成分是高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝等。不同地区的煤矸石的矿物成分的含量相差也很悬殊。因此，开展煤矸石的综合利用，“化害为利，变废为宝”，保护环境已成为我国的一项长期经济政策。

目前报道的以煤矸石为原料提取氧化铝的方法有酸法、碱法、混盐法、电铝水泥法四类。前三中方法的文献报道多是以煤系高岭岩为原料，此种原料中氧化铝含量可以高达36％-40％，第四种方法是利用煤矸石发电后，用粉煤灰作原料的碱石灰烧结法工艺。

中国知识产权局1993年6月2日公开的发明名称为《用煤矸石生产硫酸铝的方法》，公开号为1072657A的专利申请，它是将矸石粉碎成粉状，不经焙烧，直接同浓度为40-70％(重量)的硫酸在反应器中混合、搅拌，通蒸气升温使反应器压力为3.5-8千克/平方厘米，反应4-6小时，经沉降去渣，浓缩结晶，得白色块状固体。所得产品质量符合HC1-32-77精制一级标准。该发明煤矸石不需焙烧，工艺简单，节省能源，环境污染较小，很适合中小企业和乡镇企业生产。但该方法适合优质煤矸石(煤系高岭石)，即含碳、铁很低，而氧化铝含量较高的煤矸石，对其它储量很大的劣质煤矸石来讲，该法的氧化铝回收率不高，最主要的是该方法没有实现酸液的循环利用，对环境会产生污染。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种综合利用煤矸石的工艺方法，将煤矸石中的氧化铝、氧化硅、碳份等物质高效提取、分离，同时，能耗和原料消耗可大幅度降低，基本实现提取过程中液、气、渣的循环利用的煤矸石生态化利用联产氧化铝\白炭黑\低灰碳的方法。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种煤矸石生态化利用联产氧化铝\白炭黑\低灰碳的方法，其生产工艺是：

1)粉碎：将煤矸石粉碎至80-300目；

2)浸提：粉碎后的煤矸石放入反应器中，加入硫酸，煤矸石重量与硫酸溶液体积比为1∶2.0-6倍，加入硫酸溶液的浓度为8-12摩尔/升，同时加入重量为煤矸石的0.08-10％的提取激活剂，加热至微沸状态，保持1-3小时；

3)过滤：然后加入1-3倍的温度在70-90℃的热水，趁热过滤得含铝离子的滤液和一次残渣；

4)形成矾盐及浓缩：向滤液中按摩尔比为Al₂(SO₄)₃∶M₂SO₄＝1∶0.4-0.6的配比加入另一种硫酸盐，反应温度70-90℃，搅拌使硫酸盐全部溶解，然后将液体浓缩到原体积的1/3-2/3进行冷却结晶。再过滤，得粗品，二次结晶即得高纯度明矾晶体，该明矾晶体可以生产氧化铝。

5)所得母液调整浓度后进入上述浸提中循环使用；

6)在一次残渣中加入百分浓度为20-30％的碱溶液，加热煮沸，保持0.5-2小时，然后过滤，得硅酸盐溶液。该硅酸盐溶液可以回收二氧化硅，制备白炭黑等产品，二次滤渣为煤基碳。

上述提取激活剂为氟化钾、氟化钠、氟化铵、氟化钙以及氟硅酸盐的单一成分或复合成分。

上述加入的另一种硫酸盐M₂SO₄为：铵盐、钠盐、钾盐当中的一种或两种、三种任意比例混合而成的盐。

以所得矾为中间体可以用于制备氧化铝的进一步转化并可回收硫酸盐或硫酸。

本发明的特点是：

1、本发明技术简洁、适应各种不同成分的煤矸石，且煤矸石原料来源广泛。

2、本发明一方面解决了煤矸石造成的环境污染和占用土地的问题，另一方面变废为宝，为电解铝企业提供原料，解决了目前电解铝行业氧化铝原料短缺的问题。

3、本发明工艺氧化铝的提取率。回收率高，容易获得优质铝盐，可以与现有成熟的制备氧化铝、氧化硅技术相结合，从为而实现多联产的综合利用新模式提供了关键技术。

3、能耗低，工艺过程中的液、气、渣的均可循环利用。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

称取25克180目的煤矸石细粉，该矸石氧化铝含量为27.58％，二氧化硅为34.96％，固定碳34％，余量为其它杂质，加入100ML浓度为12摩尔/升的硫酸溶液，加入萤石2.5克，加热至微沸状态，保持2小时。然后加入100毫升的80℃热水，搅拌10分钟，趁热过滤得含铝离子的滤液和一次残渣。一次残渣用40毫升热水洗涤2-3次，合并滤液，在强烈搅拌下再加入9克硫酸铵，搅拌使硫酸铵完全部溶解，然后加热浓缩至液体体积约150毫升，冷却至室温，结晶并分离得铵明矾42克，母液留做循环酸液进入下次提取使用。一次残渣中加入50ML25％的烧碱溶液，加热煮沸，保持1小时，然后过滤，得硅酸钠溶液。该硅酸钠溶液用酸调制可得硅溶胶，硅溶胶脱水可得白炭黑产品。提取氧化硅后的二次残渣为煤基碳，可完全回收作为普通碳利用。

在上述的条件下做母液循环实验，其它条件不变，只是莹石的加入量减少到1-2克，硫酸的加入量减少30-35％，将循环进行10次。循环使用的酸提取液获得氨明矾结晶，共获氨明矾670克。经分析，一次结晶所得氨明矾平均铁含量为0.02％(以Fe₂O₃计)，二次重结晶后铁、硅含量均未检出，重结晶的收率在92％以上，且结晶母液可循环套用。经分析，氧化铝平均提取率为80％，氧化硅提取率为95％，得到灰份小于30％的煤炭。

实施例2

将上述煤矸石换为含碳量小于5％的煤系高岭石25克，该矸石氧化铝含量为35.6％，二氧化硅为41.6％，固定碳3.5％，余量为其它杂质，加入氟化铵2克，其它工艺参数基本不变，只是将酸提取氧化铝的浓度调整为9摩尔/升；一次残渣中提取氧化硅时加入烧碱溶液的量增加为60ML。结果表明氧化铝提取率为88％，氧化硅提取铝为98％，回收得到灰份小于15％的煤炭。

实施例3

在实施例1中，将加入的硫酸铵换为硫酸钾，其它工艺不变。分析表明，氧化铝提取率为81％，氧化硅平均提取率为94％，回收得灰份小于30％的煤炭。

实施例4

在实施例2中，将加入的氟化铵2克变为0.02克的氟化钾，其它工艺不变。分析表明，氧化铝提取率为80％，氧化硅平均提取率为93％，回收得到灰份小于15％的煤炭。

实施例5

在实施例1中，将加入的2.5克萤石变为0.1克的氟化钠及0.05克的氟化钾，其它工艺不变。分析表明，氧化铝提取率为80％，氧化硅平均提取率为93％，回收得灰份小于30％的煤炭。

实施例6

在实施例1中，将加入的2.5克萤石变为0.08克的氟化钠，其它工艺不变。分析表明，氧化铝提取率为85％，氧化硅平均提取率为95％，回收得灰份小于30％的煤炭。

实施例7

在实施例1中，将加入的2.5克萤石变为由0.08克的氟化钠、1克氟化铵、1克萤石组成的复合氟盐，其它工艺不变。分析表明，氧化铝提取率为86％，氧化硅平均提取率为94％，回收得灰份小于30％的煤炭。

Claims

1、一种煤矸石生态化利用联产氧化铝\白炭黑\低灰碳的方法，其生产工艺是：

1)粉碎：将煤矸石粉碎至80-300目；

2)浸提：粉碎后的煤矸石放入反应器中，加入硫酸，煤矸石重量与硫酸溶液体积比为1∶2.06倍，加入硫酸溶液的浓度为8-12摩尔/升，同时加入重量为煤矸石的0.08-10％的提取激活剂，加热至微沸状态，保持1-3小时；

5)所得母液调整浓度后进入上述浸提中循环使用；

2、据权利要求1所述的一种煤矸石生态化利用联产氧化铝\白碳黑\低灰碳的方法，其特征在于上述提取激活剂为氟化钾、氟化钠、氟化铵、氟化钙以及氟硅酸盐的单一成分或复合成分。

3、据权利要求1所述的一种煤矸石生态化利用联产氧化铝\白碳黑\低灰碳的方法，其特征在于上述加入的另一种硫酸盐M₂SO₄为：铵盐、钠盐、钾盐当中的一种或两种、三种任意比例混合而成的盐。

4、据权利要求1所述的一种煤矸石生态化利用联产氧化铝\白碳黑\低灰碳的方法，其特征在于以所得矾为中间体可以用于制备氧化铝的进一步转化并可回收硫酸盐或硫酸。