RU2302375C2 - Способ химической переработки золошлаковых материалов с получением глинозема и кремнезема - Google Patents
Способ химической переработки золошлаковых материалов с получением глинозема и кремнезема Download PDFInfo
- Publication number
- RU2302375C2 RU2302375C2 RU2005115901A RU2005115901A RU2302375C2 RU 2302375 C2 RU2302375 C2 RU 2302375C2 RU 2005115901 A RU2005115901 A RU 2005115901A RU 2005115901 A RU2005115901 A RU 2005115901A RU 2302375 C2 RU2302375 C2 RU 2302375C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ash
- slag
- slag materials
- asm
- production
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергетике, а именно к переработке золошлаковых материалов (ЗШМ), образующихся при сжигании твердого топлива, с получением глинозема и кремнезема. Способ химической переработки ЗШМ, образующихся при сжигании твердого топлива, включает активацию ЗШМ, их выщелачивание, разделение продуктов выщелачивания на кремнийсодержащую и алюминийсодержащую составляющие, обработку последней с получением гидроокиси алюминия. Согласно способу активацию ЗШМ с размером частиц от менее 50 мкм до более 200 мкм проводят путем их ударного измельчения при скорости соударения частиц ЗШМ 80-300 м/с до уменьшения размера частиц в 2-10 раз, выщелачивание проводят при температуре 80-110°С, алюминийсодержащую составляющую дополнительно подвергают автоклавному выщелачиванию при температуре 280-330°С, а кремнийсодержащую составляющую подвергают карбонизации с получением высокодисперсного кремнезема. Ударное измельчение ЗШМ можно проводить в присутствии щелочи. Изобретение позволяет снизить энергозатраты, упростить аппаратурное оформление способа и повысить переработку золошлаковых материалов. 1 з.п. ф-лы, 5 табл.
Description
Изобретение относится к энергетике, а именно к переработке золошлаковых материалов (ЗШМ), образующихся при сжигании твердого топлива, с получением глинозема и кремнезема. Особенность ЗШМ как сырья для получения глинозема и кремнезема состоит в том, что в процессе горения твердого топлива, они подвергаются шоковому тепловому воздействию в факеле горящего топлива, причем их температура за несколько секунд возрастает до 1000°С и более, а затем также быстро снижается на 300-500°С. При этом ЗШМ в значительной степени теряют свою реакционную способность (химическую активность). В связи с этим химическая переработка ЗШМ предусматривает повышение их активности.
Известны способы химической переработки ЗШМ с получением глинозема или глинозема и кремнезема, заключающиеся в нагревании ЗШМ в смеси с гидратированным хлоридом кальция (патент РФ №2176984, МКИ7 C01F 7/22) или обжиге с фторидом кальция (патент РФ №2027669, МКИ6 C01F 7/22), затем в проведении выщелачивания образовавшихся продуктов и дальнейшей их переработки с получением глинозема или глинозема и кремнезема. Низкая химическая активность ЗШМ компенсировалась в этих способах применением высокореакционно-способных реагентов в сочетании с нагревом.
Существенным недостатком этих способов является то, что применение хлорида или фторида кальция приводит к образованию в процессе переработки ЗШМ токсичных продуктов, что загрязняет окружающую среду.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ химической переработки ЗШМ с получением глинозема (патент РФ №2200708, МКИ7 C01F 7/38), включающий активацию ЗШМ, их выщелачивание, разделение продуктов выщелачивания на кремнийсодержащую и алюминийсодержащую составляющие, обработку последней с получением гидроокиси алюминия. Активацию ЗШМ проводят спеканием при 1320-1400°С шихты, приготовленной смешиванием ЗШМ с известняком. Выщелачивание полученного спека, предварительно охлажденного, проводят оборотным содовым раствором. Низкая химическая активность ЗШМ повышалась за счет высокой температуры их спекания с известняком в составе шихты.
Недостаток этого способа в том, что в нем осуществляется высокотемпературный нагрев исходных веществ и затем охлаждение продуктов спекания, что приводит к существенным затратам энергии на проведение способа, к усложнению аппаратурного оформления способа в связи с необходимостью утилизации тепла после спекания шихты, а также отсутствует переработка кремнийсодержащей составляющей продукта выщелачивания, т.к. получаемая по данному способу кремнийсодержащая составляющая представляет собой вещество (силикальцит) с малой реакционной способностью, и дальнейшее получение из него высокодисперсного кремнезема затруднительно.
Достигаемым результатом предлагаемого способа таким образом является снижение энергетических затрат, упрощение аппаратурного оформления способа и повышение полноты переработки ЗШМ за счет получения из них как глинозема, так и высокодисперсного кремнезема.
Указанный результат достигается тем, что в способе химической переработки ЗШМ, образующихся при сжигании твердого топлива, включающем активацию ЗШМ, их выщелачивание, разделение продуктов выщелачивания на кремнийсодержащую и алюминийсодержащую составляющие, обработку последней с получением гидроокиси алюминия, активацию ЗШМ с размером частиц от менее 50 мкм до более 200 мкм проводят путем их ударного измельчения при скорости соударения частиц ЗШМ 80-300 м/с до уменьшения размера частиц в 2-10 раз, выщелачивание проводят при температуре 80-110°С, алюминийсодержащую составляющую дополнительно подвергают автоклавному выщелачиванию при температуре 280-330°С, а кремнийсодержащую составляющую подвергают карбонизации с получением высокодисперсного кремнезема. Ударное измельчение ЗШМ можно проводить в присутствии щелочи.
Активация частиц ЗШМ ударным измельчением, предусматривающим их соударение при указанных выше скоростях, приводит к их раскалыванию с деформацией кристаллических решеток, накоплению в них дефектов и дислокации, повышению благодаря этому их реакционной способности. Соединения кремния и алюминия присутствуют в ЗШМ в виде алюмосиликатов, которые характеризуются чередованием в их структуре ионов [SiO4]4- и [AlO4]5-. Связи между ними непрочны из-за избыточного внутреннего отрицательного заряда. Благодаря этому алюмосиликаты способны активироваться во время ударного измельчения, причем ион [SiO4]4- оказывается более реакционно-способным, чем ион [AlO4]5-, что связано с более рыхлой структурой иона [SiO4]4-. Это позволило разделить соединения кремния и алюминия, содержащиеся в ЗШМ, сочетая их ударное измельчение с двухступенчатым выщелачиванием. На первой ступени при температуре 90-100°С выщелачиваются соединения кремния по реакции
а затем на второй ступени при температуре 280-320°С соединения алюминия по реакции
Раствор, получаемый по реакции (1), подвергают карбонизации с получением высокодисперсного кремнезема, а из раствора, получаемого по реакции (2), выделяют гидроокись алюминия.
Выбранные режимы ударного измельчения частиц ЗШМ объясняются следующим. ЗШМ состоят из частиц, образующихся при сгорании пылинок топлива. Они могут быть подразделены на
- крупнодисперсные, размером более 200 мкм;
- среднедисперсные, размером 200-50 мкм;
- мелкодисперсные, размером менее 50 мкм.
Энергия, необходимая для активации частиц ЗШМ путем их ударного измельчения, определяется их прочностью. Ее величина пропорциональна присутствию в ЗШМ шпинелидов (соединений типа MeAl2O4, где Me - металл), образующихся под воздействием высоких температур в процессе горения топлива. Их количество может относительно оцениваться по содержанию в ЗШМ шлака. Оно обычно составляет 0,5-5% от ЗШМ по массе. Для мелкодисперсных ЗШМ, содержащих менее 1% шлака, необходимая степень активации достигается при скорости соударения частиц 80-120 м/с, для среднедисперсных ЗШМ с содержанием шлака 1-3% необходимая степень активации достигается при скорости соударения частиц 120-180 м/с, для крупнодисперсных ЗШМ с содержанием шлака 3-5% необходимая степень активации достигается при скорости соударения частиц 180-300 м/с.
Для оценки средней скорости соударения частиц ЗШМ с ударными пальцами (битами) дезинтегратора может быть использовано уравнение
Wс=(0,22±0,02)(n1D1+n2D2), где
Wс - средняя скорость соударения частиц ЗШМ с ударными пальцами (битами) дезинтегратора, м/с;
D1 - диаметр большего (внешнего) ротора дезинтегратора, м;
D2 - диаметр меньшего (внутреннего) ротора дезинтегратора, м;
n1 - число оборотов большего (внешнего) ротора дезинтегратора, об/мин;
n2 - число оборотов меньшего (внутреннего) ротора дезинтегратора, об/мин.
Полнота активации частиц ЗШМ обеспечивается в том случае, если размеры мелкодисперсных частиц уменьшаются в 2-4 раза, среднедисперсных в 4-6 раз, а крупнодисперсных в 6-10 раз. Добавление щелочи при ударном измельчении частиц ЗШМ ведет к усилению взаимодействия между ними, что положительно сказывается на выходе получаемых продуктов.
Сущность предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1 (по прототипу). ЗШМ из золоотвала Ангарской ТЭЦ 9, химический состав которых приведен в табл.1, а гранулометрический - в табл.2, спекают с известняком по ТУ 21-34-2-90 при соотношении 2,1 кг известняка на 1,0 кг ЗШМ.
Таблица 1 | |||||||||||
Компонент | SiO2 | Al2О3 | TiO2 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O+K2O | ||||
Содержание, % на минеральную массу | 48-67 | 18-26 | 0,5-0,7 | 4,0-6,0 | 2,5-4,5 | 0,8-1,2 | 1,2-1,6 | ||||
Таблица 2 | |||||||||||
Фракция, мкм | >5 | >15 | >30 | >40 | >60 | ||||||
Содержание, отн.% | 96,2 | 78,3 | 50,1 | 35,6 | 28,7 |
Спекание производят при 1380°С в течение 1 часа с последующим охлаждением. Выход спека составил при этом 1,69 кг. Спек выщелачивают 5%-ным раствором карбоната натрия при его 30%-ном избытке. Содержание алюминия в фильтрате составило 180 г в пересчете на Al2O3. При переработке фильтрата путем карбонизации выход оксида алюминия составил 81,2% в пересчете на Al2O3.
Затраты тепла на спекание ЗШМ с известью при 1380°С составили 810 ккал/кг ЗШМ.
Пример 2. ЗШМ из золоотвала Ангарской ТЭЦ 9, химический состав которых приведен в табл.1, а гранулометрический - в табл.2, подвергают химической переработке согласно предлагаемому способу. Для этого ЗШМ в количестве 10 кг загружают в установку для ударного измельчения, состоящую из лабораторного двухроторного дезинтегратора, лабораторного грохота и системы циркуляции пыли по схеме грохот→дезинтегратор→грохот. Дезинтегратор работает с числом оборотов роторов n 650 об/мин, что обеспечивает скорость соударения частиц ЗШМ с пальцами (битами) ротора и между собой 80-150 м/с (в среднем 110 м/с). Обработку продолжают в течение 12 мин, после чего обработанные ЗШМ выгружают. Гранулометрический состав полученного продукта измельчения представлен в табл.3.
Таблица 3 | |||||
Фракция, мкм | >5 | >15 | >30 | >40 | >60 |
Содержание, отн.% | 88,2 | 63,1 | 29,6 | 18,3 | 17,9 |
1 кг полученного продукта выщелачивают 15%-ным раствором NaOH при расходе раствора с 25% избытком относительно стехиометрического количества при температуре 80°С. При выщелачивании ЗШМ протекает следующая химическая реакция:
3Al2O3·2SiO2+6SiO2+10NaOH+2H2O=3(Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O)+2(Na2O·SiO2·0.5H2O)
Щелочно-кремнеземный раствор подвергают карбонизации, т.е. обрабатывают диоксидом углерода при температуре 25-30°С, атмосферном давлении и перемешивании.
При этом расход диоксида углерода составил 0,14 кг, что на 25% больше стехиометрического. Был получен осадок кремнезема в количестве 170 г, что составляет 17,0% от его содержания в ЗШМ. Производят автоклавное выщелачивание с известью полученного глиноземного концентрата (алюминийсодержащей составляющей) при температуре 280°С и давлении около 4,5 МПа, причем известь смешивают перед выщелачиванием с глиноземным концентратом из расчета 190 г Ca(ОН)2 на кг ЗШМ.
Образующийся щелочно-алюминатный раствор кристаллизуют с выделением гидроксида алюминия в количестве 160 г Al2O3 на кг ЗШМ. Это составляет 80,5% от его содержания в исходной пробе ЗШМ.
Расход тепла на нагрев реакционной массы при переработке ЗШМ составил 360 ккал/кг ЗШМ.
Пример 3. ЗШМ из золоотвала Ангарской ТЭЦ 9, химический состав которых приведен в табл.1, а гранулометрический - в табл.2, подвергают химической переработке согласно предлагаемому способу. Для этого была приготовлена суспензия, содержащая на 1 кг ЗШМ 0,65 кг NaOH, которая была загружена в контур ударного измельчения, описанный в примере 2. В этом контуре ее обрабатывают в течение 15 мин при числе оборотов роторов n=950 об/мин, что обеспечивает скорость соударения частиц 115-160 м/с (в среднем 140 м/с). Обработанный продукт из контура измельчения выгружают. Его гранулометрический состав представлен в табл.4.
Таблица 4 | |||||
Фракция, мкм | >5 | >15 | >30 | >40 | >60 |
Содержание, отн.% | 80,5 | 56,1 | 19,2 | 7,6 | 7,2 |
Дальнейшую переработку продукта выполняют, как было указано в примере 2. Для этого 2 кг продукта выщелачивали водой при 90°С. Получаемый при этом щелочно-кремнеземистый раствор отделяют от осадка фильтрованием. Затем его обрабатывают диоксидом углерода. При этом расход диоксида углерода составил 0,14 кг, что на 25% больше стехиометрического. Был получен осадок кремнезема в количестве 168 г, что составляет 16,8% от его содержания в ЗШМ. Производят автоклавное выщелачивание осадка, отфильтрованного от щелочно-кремнеземистого раствора, содержащего глиноземный концентрат, при температуре 290°С и давлении 5,1 МПа. Образовавшийся при этом щелочно-алюминатный раствор кристаллизуют с выделением гидроксида алюминия в количестве 173 г Al2O3 на кг ЗШМ. Это составляет 81,8% от его содержания в ЗШМ.
Расход тепла на нагрев реакционной массы при переработке ЗШМ составил 430 ккал/кг ЗШМ.
Пример 4. ЗШМ из золоотвала Ангарской ТЭЦ 9, химический состав которых приведен в табл.1, а гранулометрический - в табл.2, подвергают химической переработке согласно предлагаемому способу. Для этого в бункер под грохотом в контуре ударного измельчения загружают 10 кг ЗШМ и одновременно в работающий дезинтегратор с помощью дозатора подают 15%-ный раствор NaOH с 25%-ным избытком от стехиометрического. В контуре ударного измельчения ЗШМ совместно с раствором щелочи обрабатывают в течение 20 мин при числе оборотов дезинтегратора 1500 об/мин, что обеспечивает скорость соударения частиц 180-204 м/с (в среднем 225 м/с). Обработанный продукт из контура измельчения выгружают. Его гранулометрический состав представлен в табл.5.
Таблица 5 | |||||
Фракция, мкм | >5 | >15 | >30 | >40 | >60 |
Содержание, отн.% | 72,1 | 42,4 | 10,7 | 5,5 | 4,2 |
Дальнейшую переработку продукта выполняют, как было указано в примере 3, только первое выщелачивание ведут при 110°С, а второе при 330°С и давлении 5,8 МПа.
В результате переработки было получено 18,3% кремнезема и 83,8% гидроокиси алюминия от их количества, содержащегося в ЗШМ.
Расход тепла на нагрев реакционной массы при переработке ЗШМ составил 540 ккал/кг ЗШМ.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет:
- обеспечить извлечение из ЗШМ как гидрооксида алюминия, так и высокодисперсного кремнезема;
- снизить затраты тепла на переработку ЗШМ с 810 ккал/кг до 360 ккал/кг;
- упростить аппаратурное оформление способа, поскольку температура подогрева ЗШМ при переработке по предлагаемому способу не превышает 330°С, против 1380°С по прототипу.
Claims (2)
1. Способ химической переработки золошлаковых материалов, образующихся при сжигании твердого топлива, включающий активацию золошлаковых материалов, их выщелачивание, разделение продуктов выщелачивания на кремнийсодержащую и алюминийсодержащую составляющие, обработку последней с получением гидроокиси алюминия, отличающийся тем, что активацию золошлаковых материалов с размером частиц от менее 50 мкм до более 200 мкм проводят путем их ударного измельчения при скорости соударения частиц золошлаковых материалов 80-300 м/с до уменьшения размера частиц в 2-10 раз, выщелачивание проводят при температуре 80-110°С, алюминийсодержащую составляющую дополнительно подвергают автоклавному выщелачиванию при температуре 280-330°С, а кремнийсодержащую составляющую подвергают карбонизации с получением высокодисперсного кремнезема.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ударное измельчение проводят в присутствии щелочи.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005115901A RU2302375C2 (ru) | 2005-05-26 | 2005-05-26 | Способ химической переработки золошлаковых материалов с получением глинозема и кремнезема |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005115901A RU2302375C2 (ru) | 2005-05-26 | 2005-05-26 | Способ химической переработки золошлаковых материалов с получением глинозема и кремнезема |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2302375C2 true RU2302375C2 (ru) | 2007-07-10 |
Family
ID=38316784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005115901A RU2302375C2 (ru) | 2005-05-26 | 2005-05-26 | Способ химической переработки золошлаковых материалов с получением глинозема и кремнезема |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2302375C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529901C2 (ru) * | 2012-08-10 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН) | Способ переработки золошлаковых материалов угольных электростанций |
RU2605987C1 (ru) * | 2015-07-20 | 2017-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Челябинский инновационный центр" | Способ комплексной переработки золы от сжигания углей |
-
2005
- 2005-05-26 RU RU2005115901A patent/RU2302375C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529901C2 (ru) * | 2012-08-10 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН) | Способ переработки золошлаковых материалов угольных электростанций |
RU2605987C1 (ru) * | 2015-07-20 | 2017-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Челябинский инновационный центр" | Способ комплексной переработки золы от сжигания углей |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Matjie et al. | Extraction of alumina from coal fly ash generated from a selected low rank bituminous South African coal | |
CN102351226B (zh) | 一种粉煤灰生产氧化铝的方法 | |
CN102627305B (zh) | 一种碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法 | |
CN101348268B (zh) | 两种综合利用硼泥、菱镁矿和滑石矿制备氧化镁、二氧化硅的方法 | |
Wang et al. | Extraction of alumina from fly ash by ammonium hydrogen sulfate roasting technology | |
CN111592001B (zh) | 一种粉煤灰制备层状双氢氧化物和白炭黑的方法 | |
JP2015536897A (ja) | ケイ酸塩鉱物の処理方法 | |
CN108190928A (zh) | 一种高铝粉煤灰合成介孔纳米γ-氧化铝的方法 | |
CN101100304A (zh) | 一种由低铝硅比的含铝矿物制备氧化铝的方法 | |
CN103880044A (zh) | 一种采用钾长石粉制备碳酸钾的方法 | |
JP2014080347A (ja) | 半焼成ドロマイトからの酸化マグネシウム抽出方法 | |
RU2302375C2 (ru) | Способ химической переработки золошлаковых материалов с получением глинозема и кремнезема | |
CN101899581B (zh) | 以硼镁石为原料真空热还原法制取金属镁及富硼料的方法 | |
US4472202A (en) | Process for producing hydraulic cement from dicalcium silicate | |
CN102115813B (zh) | 一种低品位菱镁矿的综合利用方法 | |
CN102161514B (zh) | 从煤矸石中提取金属氢氧化物的方法 | |
EP0880467A1 (en) | Red mud processing | |
CN100368295C (zh) | 一种利用菱镁尾矿生产轻质碳酸镁的方法 | |
CN102173430B (zh) | 利用水合硅酸钙制备硅灰石超细粉体的工艺 | |
RU2744191C1 (ru) | Комплекс для переработки золоотвалов | |
JP4349711B2 (ja) | ボーキサイトの処理方法 | |
GB2049640A (en) | Magnesium hydroxide | |
RU2750429C1 (ru) | Способ получения магнетита | |
RU2727389C1 (ru) | Способ получения глинозема | |
RU2232716C1 (ru) | Способ переработки бокситов на глинозем |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080527 |