專利名稱：：煤矸石提取氧化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于煤奸石的精細(xì)化綜合利用，具體是涉及一種以煤矸石為原料提取氧化鋁的方法。
背景技術(shù)：
：煤矸石簡稱矸石，可是在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量低、比較堅(jiān)硬的黑色巖石,在煤炭生產(chǎn)過程中成為廢棄物。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國煤礦煤矸石的歷年堆存量達(dá)30億t,占用土地約5500萬hm2，而且煤礦排矸量仍以每年約115億t的速度遞增；煤奸石中含有大量的鋁資源，在現(xiàn)在我國鋁資源嚴(yán)重缺乏的前提下，能夠?qū)⑦@部分"化費(fèi)為寶"，已成為影響經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的重要問題。與本發(fā)明相關(guān)的方法主要有以下幾種:CN91110937.4公開了"用煤矸石制備硫酸鋁"的方法，該方法將煤矸石粉碎到60~80目，用濃度40~70%(重量)的硫酸在反應(yīng)器中混合，攪拌，通蒸汽升溫使反應(yīng)器壓力為3.56千克/平方厘米，恒壓反應(yīng)46小時(shí)，沉降去渣，取其清液中和至無游離酸，再將清液蒸發(fā)濃縮結(jié)晶。該方法未經(jīng)過磁選機(jī)除鐵，反應(yīng)時(shí)會(huì)增加硫酸的消耗，而且反應(yīng)時(shí)間4~6小時(shí)，時(shí)間長增加了能量的消耗。沉降去渣后的中和使反應(yīng)的堿消耗量增加。CN94113062.2公開了"用煤矸石制備氫氧化鋁工藝"的方法，該方法將煤石干石粉碎，加酸浸取，加聚丙酰胺溶液，真空抽濾，蒸發(fā)濃縮，再真空抽濾，用水溶解并控制溫度，加入鋁粉，加碳酸鹽，調(diào)節(jié)PH值，再次真空抽濾，用熱水洗滌烘干得氫氧化鋁。該法以鋁粉為還原劑將F^+還原為F^+，然后加入碳酸銨析出氫氧化鋁，除去物料中含鐵物質(zhì)，在生成氫氧化鋁的時(shí)候鐵離子易吸附于氫氧化鋁上，使氫氧化鋁純度變低。CN02107204.3公開了"綜合利用煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和電解鋁"的方法，該方法使用煤矸石煅燒后產(chǎn)生得粉煤灰作為原料，加入適量石灰乳和純堿，使氫氧化鈉含量控制在3~5%，溫度控制在80'C，產(chǎn)物過濾，得到的偏鋁酸鈉溶液加入少量石灰乳溶液，加壓蒸煮，過濾得到精偏鋁酸鈉溶液，在溶液中通入C02氣體，生成A1(0H)3沉淀。該方法加入的石灰乳，易使反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，不利于制備高純氧化鋁。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種污染小，工藝簡單，氧化鋁產(chǎn)率高的煤矸石提取氧化鋁的方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的將煤矸石機(jī)械粉磨至《200目，放入流化爐中煅燒，煅燒溫度60(TC90(TC，煅燒時(shí)間23h，煅燒后的煤矸石灰用磁選機(jī)初步除鐵；將初步除鐵后的煤矸石灰置于反應(yīng)釜中加入鹽酸或硫酸進(jìn)行酸浸，加入的鹽酸質(zhì)量濃度為22%~31%或硫酸質(zhì)量濃度為40%~60%，鹽酸與煅燒煤矸石灰灰的質(zhì)量比為l:1.5~1:2.5，硫酸與煅燒煤矸石灰加入質(zhì)量比為1:3，加熱溫度為90°C~110°C，反應(yīng)時(shí)間為0.52h;.酸溶后混合液降溫到90'C后放入沉降槽沉降2h，采用分部過濾，抽濾上部溶液到結(jié)晶反應(yīng)釜中，殘?jiān)?jīng)加水洗滌后用抽濾機(jī)將濾液送入到結(jié)晶反應(yīng)釜；在反應(yīng)釜中負(fù)壓濃縮，濃縮后的母液放入緩沖冷卻罐，冷卻析出結(jié)晶氯化鋁或結(jié)晶硫酸鋁晶體；將結(jié)晶氯化鋁或結(jié)晶硫酸鋁放入高溫爐煅燒，結(jié)晶氯化鋁的煅燒溫度30(rC50(TC，煅燒時(shí)間2h;結(jié)晶硫酸鋁的煅燒溫度為80(TC900'C，煅燒時(shí)間2h。煅燒后得到粗氧化鋁，煅燒生成的HC1或S03氣體在吸收塔內(nèi)循環(huán)吸收后配成濃度為22%~31%鹽酸溶液或濃度為40%~60%硫酸溶液，在酸溶中循環(huán)使用。將氫氧化鈉溶液放入耐壓反應(yīng)釜中，濃度180~240g/L，將粗氧化鋁粉磨到200目左右，加入到氫氧化鈉溶液中，粗氧化鋁與氫氧化鈉質(zhì)量比l:2，加熱溫度13(TC22(TC;氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉溶液，鐵、鈦等不溶物以殘?jiān)问綏壍?；將溶液溫度降低?0'C后，放入沉降槽中沉降2h后過濾，采用分部過濾，經(jīng)過濾后得到精制液，沉淀物為殘?jiān)?，殘?jiān)?jīng)幾次洗滌、沉降、回收，洗渣后的洗液返回到耐壓反應(yīng)釜中重復(fù)利用；將反應(yīng)生成的偏鋁酸鈉精制液置于種分儀中，并通入C02氣體，CO2氣體氣體流量200ml/min，控制PH=8-10，并不斷攪拌，偏鋁酸鈉分解生成氫氧化鋁沉淀；將氫氧化鋁過濾，得到氫氧化鋁晶體和碳酸鈉溶液；氫氧化鋁經(jīng)過洗漆得到成品氫氧化鋁，偏鋁酸鈉與碳酸鈉混合溶液返回種分儀作碳分母液。'將氫氧化鋁成品煅燒，煅燒溫度1100'C130(TC，得到冶金級氧化鋁。有益效果以煤矸石為原料制備氧化鋁工藝，在常壓下不使用任何助溶劑，用鹽酸或硫酸直接溶出提得氧化鋁，除氫氧化鈉有少量消耗外，大多數(shù)可回收重復(fù)利用，工藝簡單，原料來源充足，能量消耗少。表1為制備的粗氧化鋁級冶金級氧化鋁的化學(xué)成分表。表l粗氧化鋁及冶金級氧化鋁產(chǎn)品的成分測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>圖1煤矸石提取氧化鋁工藝流程圖具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例進(jìn)一步說明-原料采用內(nèi)蒙某熱電廠使用煤矸石，其化學(xué)成分如表2所示。表2煤矸石化學(xué)成分(wb%)成分Si02A1203Fe203MgOCaOMnOK20Ti02p2o5燒失量煤矸石18.7716.570.121,720,160.0040.070.760.00861.82實(shí)施例1取2500g煤矸石，機(jī)械粉碎到《200目，放入流化床爐中煅燒，煅燒溫度為600°C，煅燒時(shí)間3h，然后用磁選機(jī)初步除鐵；稱取初步除鐵后的煤矸石灰料500g置于反應(yīng)釜中，加入濃度為25%的鹽酸1500ml，加熱溫度控制在IO(TC，并不斷攪拌，反應(yīng)2h。酸溶結(jié)束后，混合溶液降溫至9(TC后放入沉降槽中，采用分部過濾，上層液直接抽濾，濾液送入結(jié)晶反應(yīng)釜中，下層渣液混合物經(jīng)洗滌、棄渣，洗液返回到酸溶反應(yīng)釜中重復(fù)使用，結(jié)晶后將結(jié)晶氯化鋁分離出來。將得到的結(jié)晶氯化鋁加熱到50(TC，經(jīng)過低溫煅燒得粗氧化鋁，煅燒產(chǎn)生氯化氫氣體用水直接吸收，調(diào)節(jié)濃度到30%返回到酸溶反應(yīng)釜中重復(fù)利用。將粗氧化鋁磨細(xì)到200目，取磨細(xì)的粗氧化鋁100g置于到耐壓反應(yīng)釜中，加入濃度為220g/L的氫氧化鈉溶液400ml，加熱到150°C，使粗氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉溶液。采用分部過濾，經(jīng)渣液分離，濾液為偏鋁酸鈉清液，將偏鋁酸鈉清液置于種分儀中，濾渣主要含氧化鐵、氧化鈦，經(jīng)水洗后排出濾渣，洗液返回堿溶液中重復(fù)利用。向種分儀中的偏鋁酸鈉溶液中通入C02氣體進(jìn)行碳分，CO2氣體流量200ml/min，控制PH=9.0，并不斷攪拌，偏鋁酸鈉分解生成氫氧化鋁沉淀，過濾后煅燒，煅燒溫度為IIO(TC，制得冶金級氧化鋁。濾液作為碳分母液返回種分儀中重復(fù)利用。實(shí)施例2取2500g煤矸石，機(jī)械粉碎到200目，放入流化床爐中煅燒，煅燒溫度為600°C，煅燒時(shí)間3h，然后用磁選機(jī)初步除鐵；稱取初步除鐵后的煤矸石灰料500g置于反應(yīng)釜中，加入濃度為30%的鹽酸1300ml，加熱溫度控制在90。C，并不斷攪拌，反應(yīng)L5h。酸溶結(jié)束后，混合溶液降溫至9(TC后放入沉降槽中，采用分部過濾，上層液直接抽濾，濾液送入結(jié)晶反應(yīng)釜中，下層渣液混合物經(jīng)洗滌、棄渣，洗液返回到酸溶反應(yīng)釜中重復(fù)使用，結(jié)晶后將結(jié)晶氯化鋁分離出來。將得到的結(jié)晶氯化鋁加熱到45(TC，經(jīng)過低溫煅燒可到粗氧化鋁，煅燒產(chǎn)生氯化氫氣體用水直接吸收，調(diào)節(jié)濃度到25%返回到酸溶反應(yīng)釜中重復(fù)利用。將粗氧化鋁磨細(xì)到200目，取磨細(xì)的粗氧化鋁100g置于到耐壓反應(yīng)釜中，加入濃度為240g/L的氫氧化鈉溶液450ml，加熱到200"C，使粗氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉進(jìn)入溶液中。采用分部過濾，經(jīng)渣液分離，濾液為偏鋁酸鈉清液，將偏鋁酸鈉清液置于種分儀中，濾渣主要含氧化鐵、氧化鈦，經(jīng)水洗后排出濾渣，洗液返回堿溶液中重復(fù)利用。向種分儀中的偏鋁酸鈉溶液中通入C02氣體進(jìn)行碳分，氣體流量200ml/min，，控制PI^8.5，，并不斷攪拌，偏鋁酸鈉分解生成氫氧化鋁沉淀。過濾后煅燒制得冶金級氧化鋁，濾液作為碳分母液返回種分儀中重復(fù)利用。實(shí)施例3取2500g煤矸石，機(jī)械粉碎到200目，放入流化床爐中煅燒，煅燒溫度為600°C，煅燒時(shí)間3h，然后用磁選機(jī)初步除鐵；稱取初步除鐵后的煤矸石灰料500g置于反應(yīng)釜中，加入濃度為45%的硫酸1400ml，加熱溫度控制在105。C，并不斷攪拌，反應(yīng)lh。酸溶結(jié)束后，混合溶液降溫至9(TC后放入沉降槽中，采用分部過濾，上層液直接抽濾，濾液送入結(jié)晶反應(yīng)釜中，下層渣液混合物經(jīng)洗滌、棄渣，洗液返回到酸溶反應(yīng)釜中重復(fù)使用，結(jié)晶后將結(jié)晶硫酸鋁分離出來。將得到的結(jié)晶硫酸鋁加熱到800。C，經(jīng)過低溫煅燒可到粗氧化鋁，煅燒產(chǎn)生S03氣體用水直接吸收，調(diào)節(jié)濃度到40%返回到酸溶反應(yīng)釜中重復(fù)利用。將粗氧化鋁磨細(xì)到200目，取磨細(xì)的粗氧化鋁100g置于到耐壓反應(yīng)釜中，加入濃度為235g/L的氫氧化鈉溶液300ml，加熱到150°C，使粗氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉進(jìn)入溶液中。采用分部過濾，經(jīng)渣液分離，濾液為偏鋁酸鈉清液，將偏鋁酸鈉清液置于種分儀中，濾渣主要含氧化鐵、氧化鈦，經(jīng)水洗后排出濾渣，洗液返回堿溶液中重復(fù)利用。向種分儀中的偏鋁酸鈉溶液中通入C02氣體進(jìn)行碳分，氣體流量200ml/min，，控制PH=9.5，并不斷攪拌，偏鋁酸鈉分解生成氫氧化鋁沉淀。過濾后煅燒制得冶金級氧化鋁，濾液作為碳分母液返回種分儀中重復(fù)利用。實(shí)施例4取2500g煤矸石，機(jī)械粉碎到200目，放入流化床爐中煅燒，煅燒溫度為600°C，煅燒時(shí)間3h，然后用磁選機(jī)初步除鐵;稱取初步除鐵后的煤矸石灰料500g置于反應(yīng)釜中，加入濃度為55%的硫酸1200ml，加熱溫度控制在ll(TC，并不斷攪拌，反應(yīng)0.5h。酸溶結(jié)束后，混合溶液降溫至9(TC后放入沉降槽中，采用分部過濾，上層液直接抽濾，濾液送入結(jié)晶反應(yīng)釜中，下層渣液混合物經(jīng)洗滌、棄渣，洗液返回到酸溶反應(yīng)釜中重復(fù)使用，結(jié)晶后將結(jié)晶硫酸鋁分離出來。將得到的結(jié)晶硫酸鋁加熱到90(TC，經(jīng)過低溫煅燒可到粗氧化鋁，煅燒產(chǎn)生S03氣體用水直接吸收，調(diào)節(jié)濃度到55%返回到酸溶反應(yīng)釜中重復(fù)利用。將粗氧化鋁磨細(xì)到200目，取磨細(xì)的粗氧化鋁100g置于到耐壓反應(yīng)釜中，加入濃度為245g/L的氫氧化鈉溶液270ml，加熱到200'C，使粗氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉進(jìn)入溶液中。采用分部過濾，經(jīng)渣液分離，濾液為偏鋁酸鈉清液，將偏鋁酸鈉清液置于種分儀中，濾渣主要含氧化鐵、氧化鈦，經(jīng)水洗后排出濾渣，洗液返回堿溶液中重復(fù)利用。向種分儀中的偏鋁酸鈉溶液中通入C02氣體進(jìn)行碳分，氣體流量200ml/min，，控制PH=10.0，，并不斷攪拌，偏鋁酸鈉分解生成氫氧化鋁沉淀。過濾后煅燒制得冶金級氧化鋁，濾液作為碳分母液返回種分儀中重復(fù)利用。權(quán)利要求1.一種煤矸石提取氧化鋁的方法，其特征在于包括如下順序和步驟a將煤矸石磨成≤200；b.在流化爐中煅燒溫度600℃～900℃，煅燒時(shí)間2～3h，再用磁選機(jī)初步除鐵；c.將煅燒后的煤矸石灰置于耐酸反應(yīng)釜中，加入鹽酸或硫酸反應(yīng)，攪拌并加熱；——鹽酸和煅燒煤矸石灰加入量質(zhì)量比為11.5～12.5，鹽酸質(zhì)量濃度百分比為22％～31％，加熱溫度為90℃～110℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～2h；——硫酸和煅燒煤矸石灰加入質(zhì)量比為13，硫酸質(zhì)量濃度百分比為40％～60％，加熱溫度為90℃～110℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～2h；——酸溶后混合液降溫到90℃后放入沉降槽沉降2h，d.渣液分離，采用分部過濾，抽濾上層液過濾到結(jié)晶釜，殘?jiān)?jīng)加水洗滌后用抽濾機(jī)將濾液送入到結(jié)晶反應(yīng)釜，在反應(yīng)釜中負(fù)壓濃縮，濃縮后的母液放入緩沖冷卻罐，冷卻析出結(jié)晶氯化鋁或結(jié)晶硫酸鋁晶體；e.將結(jié)晶氯化鋁或結(jié)晶硫酸鋁低溫煅燒，得到粗氧化鋁制品；f.將氫氧化鈉溶液裝入耐壓反應(yīng)釜，加入粗氧化鋁，粗氧化鋁和氫氧化鈉的質(zhì)量比為12，氫氧化鈉濃度為180～245g/L，加熱溫度130℃～220℃，粗氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉溶液，鐵、鈦雜質(zhì)不與氫氧化鈉反應(yīng)而形成殘?jiān)粚⑷芤簻囟冉档偷?0℃后，放入沉降槽中沉降2h后過濾；g.再次渣液分離，采用分部過濾，上層液先過濾到種分儀中，清洗殘?jiān)蟮臑V液送入耐壓反應(yīng)釜；h.偏鋁酸鈉溶液送入種分儀中，通入二氧化碳?xì)怏w，控制pH＝8—10，不斷攪拌，偏鋁酸鈉溶液發(fā)生分解生成氫氧化鋁沉淀；i.氫氧化鋁經(jīng)過過濾、洗滌，得到氫氧化鋁成品，濾液作為碳分母液返回到種分儀中；j.將氫氧化鋁高溫煅燒，煅燒溫度控制在1100～1300℃，即得到冶金級氧化鋁。2.按照權(quán)利要求1所述的煤矸石提取氧化鋁的方法，其特征在于結(jié)晶氯化鋁的煅燒溫度300。C500。C，煅燒時(shí)間2h;結(jié)晶硫酸鋁的煅燒溫度為800°C~900°C，煅燒時(shí)間2h。3.按照權(quán)利要求1所述的煤矸石提取氧化鋁的方法，其特征在于C02氣體氣體流量為200ml/min。4.按照權(quán)利要求1所述的煤矸石提取氧化鋁的方法，其特征在于洗滌酸溶殘?jiān)蟮南匆航Y(jié)晶氯化鋁及低溫煅燒分解產(chǎn)生HC1氣體用水吸收后，調(diào)節(jié)鹽酸濃度為22%~31%返回到酸溶反應(yīng)釜中循環(huán)利用。5.按照權(quán)利要求1所述的煤矸石提取氧化鋁的方法，其特征在于洗滌酸溶殘?jiān)蟮南匆航Y(jié)晶硫酸鋁及低溫煅燒分解產(chǎn)生S03氣體用水吸收后，調(diào)節(jié)濃度為40%~60%返回到酸溶反應(yīng)釜中循環(huán)利用。全文摘要本發(fā)明主要涉及一種煤矸石提取氧化鋁的方法，是將煤矸石粉磨后經(jīng)流化爐煅燒、磁選機(jī)除鐵，除鐵后的矸石與酸進(jìn)行反應(yīng)，得到不含有硅雜質(zhì)的氯化鋁溶液，含鋁溶液濃縮結(jié)晶后低溫煅燒，制得粗氧化鋁，再將粗氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)，得到偏鋁酸鈉母液，除去鐵、鈦雜質(zhì)，向母液中加入氫氧化鋁晶種并通入二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行種分，得到氫氧化鋁沉淀，在經(jīng)過煅燒即得到冶金級氧化鋁。本方法在常壓下不使用任何助劑，用鹽酸和硫酸直接浸溶提取氧化鋁，經(jīng)本發(fā)明制備的氧化鋁，其含量可達(dá)99％以上，具有工藝流程簡單，原料來源充足，能量消耗少，成本低廉，煤矸石的利用價(jià)值高的優(yōu)點(diǎn)。文檔編號C01F7/00GK101450811SQ20081005131公開日2009年6月10日申請日期2008年10月23日優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日發(fā)明者于德利,吳永峰,雙孫,徐少南,李曉兵,楊殿范,趙以辛,陳智蓮,魏存弟申請人:長春市超威新材料科技有限公司