專利名稱：利用赤泥和粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑的方法，尤其是以赤泥和粉煤灰為主要原料 生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑的方法。
背景技術(shù)：
粉煤灰是由火電廠排出的固體廢棄物，我國(guó)是以煤炭為主要能源的國(guó)家，每年燃 煤電廠排出的粉煤灰5億噸以上，給生態(tài)環(huán)境帶來一定的影響，粉煤灰的利用，國(guó)內(nèi)外廣大 科技工作者做了大量的工作，主要利用在建材方面，近幾年來，研究利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧 化鋁和白炭黑，在國(guó)內(nèi)迅速興起，這方面的文獻(xiàn)和專利較多。赤泥是氧化鋁生產(chǎn)廠排出的固體廢棄物，我國(guó)是氧化鋁生產(chǎn)大國(guó)，氧化鋁的產(chǎn)能 3000多萬(wàn)噸/年以上，按照每生產(chǎn)1噸氧化鋁排放0. 5-2t赤泥計(jì)算，我國(guó)每年排放的赤泥 達(dá)3000萬(wàn)噸，赤泥的PH值達(dá)12以上，是具有腐蝕性的危險(xiǎn)廢棄物，赤泥的處理和資源化利 用是世界難題，國(guó)內(nèi)外廣大科技工作者做了大量工作，研究主要集中在赤泥作為水泥方面。 目前，赤泥的處理依然采用建赤泥庫(kù)進(jìn)行堆放，不僅占了大量的農(nóng)田，而且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大 的影響。經(jīng)查閱文獻(xiàn)資料，國(guó)內(nèi)外沒有使用赤泥和粉煤灰為主要原料生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑 的文獻(xiàn)報(bào)道。如何能夠充分的利用粉煤灰、赤泥作為原料，變廢為寶，并且實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)?；?產(chǎn)，是一個(gè)急需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用赤泥和粉煤灰為主 要原料生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑的方法，充分利用赤泥、粉煤灰中的三氧化二鋁、二氧化硅、氧 化鈉，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，并且可以規(guī)?；a(chǎn)。本發(fā)明的原理如下粉煤灰是煤炭經(jīng)過高溫燃燒后而形成的玻璃體，粉煤灰的主 要成分是三氧化二鋁、二氧化硅，主要物相為硅鋁玻璃體和莫來石，本身沒有活性，直接用 酸很難反應(yīng)。本發(fā)明是用赤泥、粉煤灰及NaOH或Na2CO3按照一定比例混合均勻，中溫下煅 燒。使粉煤灰的硅鋁玻璃體中的Si-O-Si，Si-O-AL結(jié)構(gòu)發(fā)生破裂，莫來石的鏈狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化 為NaALSO4結(jié)構(gòu)，共價(jià)鍵轉(zhuǎn)變成離子鍵，煅燒后的產(chǎn)物主要相為霞石，是一種可以溶于酸的 物質(zhì)。然后用低濃度酸進(jìn)行浸取，實(shí)現(xiàn)鋁硅等物質(zhì)的分離，得到氧化鋁和白炭黑。赤泥含有 一定量的NaO可以充分利用，節(jié)約NaOH或Na2C03。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的利用赤泥和粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑的方法，其具體步驟如下a、將粉煤灰、赤泥和NaOH或Na2CO3按照一定比例混合均勻；b、將a步所得物質(zhì)進(jìn)行煅燒，煅燒的物料用鹽酸或者硫酸進(jìn)行浸取，得到溶液和 渣，溶液成分主要是氯化物或硫酸鹽，渣中主要成分為SiO2，酸渣經(jīng)水洗滌，得到水洗液。
C、將b步所得溶液(含酸渣水洗滌液)中的氯化物或硫酸鹽進(jìn)行濃縮結(jié)晶；d、將c步所得濃縮結(jié)晶的固體進(jìn)一步進(jìn)行熱分解回收鹽酸或者硫酸。e、用鹽酸作為浸出劑時(shí)，d步中熱分解的產(chǎn)物進(jìn)行水洗滌，回收氯化鈉、氯化鈣。用 硫酸作為浸出劑時(shí)，d步中熱分解的產(chǎn)物進(jìn)行水洗滌，回收硫酸鈉、硫酸鈣。f、經(jīng)e步中經(jīng)洗滌熱分解的產(chǎn)物加堿調(diào)整PH值，過濾分離，進(jìn)行除鐵、鈣、鎂等雜 質(zhì)，過濾得到純凈的鋁酸鈉溶液，含鐵、鈣等的分離物，可以作為煉鐵或水泥原料。g、用NaOH作為原料時(shí)，將f步中得到的鋁酸鈉溶液進(jìn)行種子分解，得到氫氧化鋁。 用Na2CO3作為原料時(shí)，可充分利用煅燒得到二氧化碳對(duì)鋁酸鈉溶液進(jìn)行碳分得到氫氧化
ρ Oh、氫氧化鋁進(jìn)一步焙燒得到氧化鋁；I、b步中酸浸的渣經(jīng)洗滌、除雜質(zhì)、濃縮、煅燒工藝得到純度較高的白炭黑。本發(fā)明中赤泥、粉煤灰、堿(NaOH或Na2CO3)比例為0. 5_3 1 0_0. 5，煅燒溫度 為700-900°C，煅燒時(shí)間為15-120分鐘。本發(fā)明中使用鹽酸浸取時(shí)，鹽酸濃度為10-25%，使用硫酸浸取時(shí)硫酸濃度為 20-60%。有益效果本發(fā)明充分利用粉煤灰和赤泥中的Al203、Si02、Na20的資源，變廢為寶， 變害為寶，減少了赤泥的排放量，減少了赤泥、粉煤灰對(duì)環(huán)境的污染，我國(guó)是鋁土資源貧乏 的國(guó)家，粉煤灰及赤泥的開發(fā)利用，對(duì)我國(guó)鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。本發(fā)明是赤泥資 源化利用的一個(gè)新的突破，本發(fā)明生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑工藝流程簡(jiǎn)單，廢物利用，生產(chǎn)成本 低。


圖為本發(fā)明的反應(yīng)工藝流程示意圖； 具體實(shí)施例下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明實(shí)施例1 取粉煤灰5g，粉煤灰主要化學(xué)成分=Al2O3 =21.6%, SiO2 47. 12%, Fe2O3 4. 82%, CaO 5. 5%，赤泥 6. 7g，赤泥主要化學(xué)成分=Al2O3 21. 6%, SiO2 15. 96%, Fe2O3 14. 92%, CaO 23. 00%,Na20:8. 0%.加NaOH 0. 5g煅燒溫度800°C，時(shí)間60分鐘。用鹽酸浸取，濃度 為10%，浸取時(shí)間為30分鐘，過濾得到溶液和殘?jiān)?。殘?jiān)饕煞譃镾iO2，經(jīng)水洗滌、過濾、 煅燒得到白炭黑。酸浸出液和酸渣的水洗滌液經(jīng)濃縮結(jié)晶。對(duì)結(jié)晶物進(jìn)行熱分解，加熱溫 度為500°C，同時(shí)回收鹽酸，循環(huán)利用。熱分解的產(chǎn)物，用水進(jìn)行洗滌，回收氯化鈉、氯化鈣， 再加入NaOH調(diào)整PH值，過濾分離，除去鐵、鈣、鎂等雜質(zhì)，得到純凈的鋁酸鈉溶液，加氫氧化 鋁種子進(jìn)行分解，得到氫氧化鋁，氫氧化鋁焙燒得到2. 04g氧化鋁，氧化鋁收率為81. 65%。 殘?jiān)饕煞譃镕e2O3和CaO，可以作為水泥原料使用。實(shí)施例2 使用的粉煤灰和赤泥的成分同例1，取5g粉煤灰，13g赤泥，加NaOHl. 0g，煅燒溫度 790°C，時(shí)間25分鐘。用鹽酸浸取時(shí)，濃度為20%，浸取時(shí)間為30分鐘，過濾得到溶液和殘?jiān)?。殘?jiān)饕煞譃镾iO2，洗滌、過濾、煅燒得到白炭黑。酸浸出液和酸渣的水洗滌液經(jīng)濃 縮結(jié)晶。對(duì)結(jié)晶物進(jìn)行熱分解，加熱溫度為500°C，同時(shí)回收鹽酸，循環(huán)利用。熱分解的產(chǎn) 物進(jìn)行水洗滌，回收氯化鈉、氯化鈣，再加入NaOH調(diào)整PH值，除去鐵、鈣、鎂等雜質(zhì)，得到純 凈的鋁酸鈉溶液，加氫氧化鋁種子進(jìn)行分解，得到氫氧化鋁，氫氧化鋁焙燒得到3. 25g氧化 鋁，氧化鋁收率為83. 8%。殘?jiān)饕煞譃镕e2O3和CaO，可以作為水泥原料使用。實(shí)施例3 取粉煤灰5g，粉煤灰主要化學(xué)成分=Al2O3 25. 9%, SiO2 46. 15%, Fe2O3 6. 85%, CaO :8· 0%，赤泥 10g，赤泥主要化學(xué)成分=Al2O3 23. 15%, SiO2 18. 90%, Fe2O3 10. 15%, CaO 21. 55%,Na2O 9. 1%，加NaOHO. 5g，煅燒溫度800°C，時(shí)間120分鐘。用鹽酸浸取時(shí)，濃 度為23%，浸取時(shí)間為45分鐘，過濾得到溶液和殘?jiān)?。殘?jiān)饕煞譃镾iO2，洗滌、過濾、 煅燒得到白炭黑4. 0g。酸浸出液和酸渣的水洗滌液經(jīng)濃縮結(jié)晶。對(duì)結(jié)晶物進(jìn)行熱分解，加 熱溫度為500°C，同時(shí)回收鹽酸，循環(huán)利用。熱分解的產(chǎn)物進(jìn)行水洗滌，回收氯化鈉、氯化鈣， 然后再加入NaOH調(diào)整PH值，除去鐵、鈣、鎂等雜質(zhì)，得到純凈的鋁酸鈉溶液，加氫氧化鋁種 子進(jìn)行分解，得到氫氧化鋁，氫氧化鋁焙燒得到3. 43g氧化鋁，氧化鋁收率為95%。殘?jiān)?要成分為Fe2O3和CaO，可以作為水泥原料使用。實(shí)施例4 使用的粉煤灰和赤泥的成分同例3，取5g粉煤灰，11. 25g赤泥，加Na2CO3L 5g，煅 燒溫度850°C，時(shí)間90分鐘。其他按照例3的工藝，利用原料煅燒時(shí)回收的二氧化碳對(duì)純 凈的鋁酸鈉溶液進(jìn)行碳分得到氫氧化鋁，氫氧化鋁焙燒得到3. 7g氧化鋁，氧化鋁的收率為 95%。白炭黑4. 06，SiO2收率為91. 45%，殘?jiān)F量高，可以作為水泥原料或煉鐵原料。實(shí)施例5 取粉煤灰5g，粉煤灰主要化學(xué)成分=Al2O3 32. 15%, SiO2 47. 65%,Fe2O3 -J. 32%, CaO 5. 20%, 2. 5g赤泥，赤泥主要化學(xué)成分=Al2O3 23. 56%, SiO2 18. 82%,Fe2O3 10. 45%, CaO 23. 67%,Na2O :8. 6%，，加Na0H2. 5g煅燒溫度800°C，時(shí)間45分鐘。用硫酸浸取時(shí)，濃 度為20%，浸取時(shí)間為35分鐘，過濾得到溶液和殘?jiān)?。殘?jiān)饕煞譃镾iO2，洗滌、過濾、 煅燒得到白炭黑。酸浸出液和酸渣的水洗滌液經(jīng)濃縮結(jié)晶。對(duì)結(jié)晶物進(jìn)行熱分解，加熱溫 度為900°C，同時(shí)回收硫酸，循環(huán)利用。熱分解的產(chǎn)物，進(jìn)行水洗，回收硫酸鈉，然后再加入 NaOH調(diào)整PH值，除去鐵、鈣等雜質(zhì)，得到鋁酸鈉溶液，加氫氧化鋁種子進(jìn)行分解，得到氫氧 化鋁，氫氧化鋁經(jīng)焙燒得到2. 02g氧化鋁，氧化鋁收率為92. 15%。殘?jiān)饕煞譃镕e2O3和 CaO0可以作為水泥原料使用。實(shí)施例6 取粉煤灰5g，粉煤灰主要化學(xué)成分=Al2O3 32. 15%, SiO2 48. 65%,Fe2O3 -J. 32%, CaO 11. 20%，赤泥 5g，赤泥主要化學(xué)成分=Al2O3 23. 56%, SiO2 15. 82%, Fe2O3 10. 45%, CaO 23. 67%，Na2O :8. 1 %，，加Na2C032. Og煅燒溫度900°C，時(shí)間45分鐘。用硫酸浸取時(shí)，濃 度為50%，浸取時(shí)間為40分鐘，過濾得到溶液和殘?jiān)?。殘?jiān)饕煞譃镾iO2，洗滌、過濾、煅 燒得到白炭黑3. 0g。酸浸出液和酸渣的水洗滌液經(jīng)濃縮結(jié)晶。對(duì)結(jié)晶物進(jìn)行熱分解，加熱 溫度為850°C，同時(shí)回收硫酸，循環(huán)利用。熱分解的產(chǎn)物，進(jìn)行水洗滌，回收硫酸鈉，然后再加 入NaOH調(diào)整PH值，除去鐵、鈣等雜質(zhì)，得到純凈的鋁酸鈉溶液，利用原料煅燒時(shí)產(chǎn)生的二氧 化碳進(jìn)行碳分，得到氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)焙燒得到2. 65g氧化鋁，氧化鋁收率為95. 15%。殘?jiān)饕煞譃镕e2O3和CaO，可以作為水泥原料使用。實(shí)施例7 取粉煤灰5g，粉煤灰主要化學(xué)成分=Al2O3 =21.6%, SiO2 47. 12%, Fe2O3 4. 82%, CaO 5. 5%，赤泥 6. 7g，赤泥主要化學(xué)成分=Al2O3 -.21.6%, SiO2 15. 96%, Fe2O3 14. 92%, CaO 23. 00%, Na20:9.0% .煅燒溫度900°C，時(shí)間60分鐘。用鹽酸浸取，濃度為10%，浸 取時(shí)間為30分鐘，過濾得到溶液和殘?jiān)?。殘?jiān)饕煞譃镾iO2，洗滌、過濾、煅燒得到白炭 黑。酸浸出液和酸渣的水洗滌液經(jīng)濃縮結(jié)晶。對(duì)結(jié)晶物進(jìn)行熱分解，加熱溫度為500°C，同 時(shí)回收鹽酸，循環(huán)利用。熱分解的產(chǎn)物，用水進(jìn)行洗滌，回收氯化鈉、氯化鈣，再加入NaOH調(diào) 整PH值，過濾分離，除去鐵、鈣、鎂等雜質(zhì)，得到純凈的鋁酸鈉溶液，加氫氧化鋁種子進(jìn)行分 解，得到氫氧化鋁，氫氧化鋁焙燒得到1. 97g氧化鋁，氧化鋁收率為78. 0%。殘?jiān)饕煞?為Fe2O3和CaO，可以作為水泥原料使用。本發(fā)明充分利用粉煤灰和赤泥中的A1203、SiO2, Na2O的資源，變廢為寶，變害為 寶，減少了赤泥、粉煤灰對(duì)環(huán)境的污染，我國(guó)是鋁土資源貧乏的國(guó)家，粉煤灰及赤泥的開發(fā) 利用，對(duì)我國(guó)鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。本發(fā)明是赤泥資源化利用的一個(gè)新的突破，本 發(fā)明生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑工藝流程簡(jiǎn)單，廢物利用，生產(chǎn)成本低。以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方 式，在所述領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何 修改、等同替代和改進(jìn)等，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
利用赤泥和粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑的方法，其具體步驟如下a、將粉煤灰、赤泥和NaOH或Na2CO3按照一定比例混合均勻；b、將a步所得物質(zhì)進(jìn)行煅燒，煅燒的物料用鹽酸或者硫酸進(jìn)行浸取，得到溶液和渣，溶液成分主要是氯化物或硫酸鹽，渣中主要成分為SiO2，酸渣經(jīng)水洗滌，得到水洗液。c、將b步所得溶液(含酸渣水洗滌液)中的氯化物或硫酸鹽進(jìn)行濃縮結(jié)晶；d、將c步所得濃縮結(jié)晶的固體進(jìn)一步進(jìn)行熱分解回收鹽酸或者硫酸。e、用鹽酸作為浸出劑時(shí)，d步中熱分解的產(chǎn)物進(jìn)行水洗滌，回收氯化鈉、氯化鈣。用硫酸作為浸出劑時(shí)，d步中熱分解的產(chǎn)物進(jìn)行水洗滌，回收硫酸鈉、硫酸鈣。f、經(jīng)e步中經(jīng)洗滌熱分解的產(chǎn)物加堿調(diào)整PH值，過濾分離，進(jìn)行除鐵、鈣、鎂等雜質(zhì)，過濾得到純凈的鋁酸鈉溶液，含鐵、鈣等的分離物，可以作為煉鐵或水泥原料。g、用NaOH作為原料時(shí)，將f步中得到的鋁酸鈉溶液進(jìn)行種子分解，得到氫氧化鋁。用Na2CO3作為原料時(shí)，可充分利用煅燒得到二氧化碳對(duì)鋁酸鈉溶液進(jìn)行碳分得到氫氧化鋁。h、氫氧化鋁進(jìn)一步焙燒得到氧化鋁；I、b步中酸浸的渣經(jīng)洗滌、除雜質(zhì)、濃縮、煅燒工藝得到純度較高的白炭黑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用赤泥和粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑的方法，其特征 在于所述的赤泥、粉煤灰、堿(NaOH或Na2CO3)比例為0.5-3 1 0-0. 5，煅燒溫度為 700-900°C，煅燒時(shí)間為15-120分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用赤泥和粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑的方法，其特征在 于所述的使用鹽酸浸取時(shí)，鹽酸濃度為10-25%，使用硫酸浸取時(shí)硫酸濃度為20-60%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用赤泥和粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑的方法，主要是以粉煤灰和赤泥為原料，充分利用粉煤灰和赤泥中的Al2O3、SiO2、Na2O的資源，并與氫氧化鈉或碳酸鈉按照一定的比例進(jìn)行配料，經(jīng)過煅燒、酸浸、濃縮、結(jié)晶、熱分解、水洗滌、種分、焙燒等工藝，制得氧化鋁和白炭黑；工藝過程中酸循環(huán)利用，廢渣可作為水泥和煉鐵的原料。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，變害為寶，減少了赤泥、粉煤灰對(duì)環(huán)境的污染。我國(guó)是鋁土資源貧乏的國(guó)家，粉煤灰和赤泥的開發(fā)利用，對(duì)我國(guó)鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。本發(fā)明是赤泥資源化利用的一個(gè)新的突破，本發(fā)明生產(chǎn)氧化鋁和白炭黑工藝流程簡(jiǎn)單，廢物利用，生產(chǎn)成本低。
文檔編號(hào)C01F7/30GK101891224SQ20101021229
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者丁建礎(chǔ), 劉宏建, 張秀全, 李伍成, 李宗耀, 李雪梅, 王占修, 蔣元力, 賈金才, 趙東峰, 陳輝 申請(qǐng)人:河南煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司