專利名稱：利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)氧化鋁的方法，尤其涉及一種利用粉煤灰制備氧化鋁的方法。
背景技術(shù)：
粉煤灰是燃煤電廠排出的固體廢棄物。2010年我國粉煤灰年排放量高達3. 5億噸，我國粉煤灰的總堆存量有50多億噸。大量粉煤灰的排放不僅侵占大量土地，而且嚴重污染環(huán)境，構(gòu)成了對生態(tài)和環(huán)境的雙重破壞。因此開展粉煤灰的綜合利用具有重大現(xiàn)實意義和長遠戰(zhàn)略意義。同樣，我國是一個鋁土礦資源不富有的國家，按目前氧化鋁產(chǎn)量的增長速度和鋁土礦開采速度，即使考慮到遠景儲量，我國的鋁土礦的年限也很難達到30年。所以，解決這種資源危機的方法有兩種一是合理利用現(xiàn)有鋁土礦資源；二是積極找尋并利用其他含鋁資源。而氧化鋁是粉煤灰的主要成分之一，其質(zhì)量分數(shù)一般為109Γ40%，最高可達58%。所以，開展從粉煤灰中提取氧化鋁的研究工作可以解決粉煤灰的污染，變廢為寶。目前，從粉煤灰中提取氧化鋁的研究比較成熟的有石灰石燒結(jié)法和堿石灰燒結(jié)法，此兩者通稱為堿法。2004年12月內(nèi)蒙古自治區(qū)科技廳召開了蒙西高新技術(shù)集團有限公司研究開發(fā)的“粉煤灰提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)水泥產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”項目科技成果鑒定會，采用的就是改進的堿石灰燒結(jié)法。但堿法提取粉煤灰中氧化鋁也存在一些問題，主要是①燒結(jié)法產(chǎn)生的硅鈣渣，只能用做水泥原料，每生產(chǎn)1噸的氧化鋁要產(chǎn)生數(shù)倍于粉煤灰的硅鈣渣，而水泥有其相應(yīng)的銷售半徑，如果當?shù)貨]有大型的水泥工業(yè)支持將會造成二次污染；②燒結(jié)法只提取了粉煤灰中的氧化鋁，其二氧化硅的利用價值低。③燒結(jié)法處理粉煤灰設(shè)備投資大，能耗高，成本高。由于粉煤灰的鋁硅比很低，一般都小于1，所以采用酸法處理粉煤灰原則上更合理。酸或酸性化合物與粉煤灰中的氧化鋁反應(yīng)生成的鋁鹽，鋁鹽溶解后進入溶液，硅不與酸或酸性化合物反應(yīng)，完全在固相渣中。酸法處理粉煤灰可以克服燒結(jié)法的不足，不會產(chǎn)生多于原料粉煤灰的固體廢物，而且提取氧化鋁后，二氧化硅會富集，渣中其含量能達到80、0% (按氧化鋁提取率85%計)，這樣更有利于其利用。酸法(包括硫酸法和鹽酸法)處理粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁在原理上是可行的，但由于酸具有強腐蝕性，設(shè)備及管道的腐蝕問題制約其大規(guī)模應(yīng)用。采用硫酸銨燒結(jié)法處理粉煤灰提取氧化鋁已經(jīng)成為廣大科研工作者研究的方向， 采用硫酸銨為循環(huán)介質(zhì)不添加額外增量物質(zhì)，與酸法一樣渣中的二氧化硅會富集，但整個工藝過程中無強腐蝕性物質(zhì)，易于工業(yè)化推廣。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題本發(fā)明提供一種利用粉煤灰制備氧化鋁的方法，不添加任何助劑，粉煤灰中氧化鋁提取率高，硫酸銨循環(huán)效率高。為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明一種利用粉煤灰制備氧化鋁的方法，它包括下述步驟(1)生料制備將粉煤灰與硫酸銨混合制成生料，其中硫酸銨與粉煤灰中的氧化鋁的重量比為4. 5 8 :1 ； (2)熟料燒成將生料加熱至35(T700°C，燒成時間控制在0. 5飛h，制成含硫酸鋁的熟料和氨氣，氨氣用于制備氨水或通入硫酸鋁分解工序；(3 )氨氣回收采用水或洗液吸收熟料燒成過程產(chǎn)生的氨氣及熟料燒成產(chǎn)生的和硫酸鋁溶液分解產(chǎn)生的CO2,形成銨鹽；(4)熟料溶出熟料用熱水溶出，溶出時間0.廣2h，鋁以硫酸鋁的形式進入溶液，硅留在殘渣中形成高硅渣；(5)高硅渣分離洗滌溶出后的漿液進行固液分離和逆流洗滌，溶液為硫酸鋁溶液，洗后渣為高硅渣；(6)得到的硫酸鋁溶液制備氧化鋁；(7)硫酸銨溶液蒸發(fā)分離得到的硫酸銨溶液進行蒸發(fā)，得到適合配料的硫酸銨溶液或硫酸銨晶體。所述的得到的硫酸鋁溶液制備氧化鋁為向硫酸鋁溶液加入氨氣回收工序得到的銨鹽，得到氫氧化鋁、氫氧化鐵、硫酸銨溶液和(X)2氣體，固體為雜質(zhì)含量多的粗氫氧化鋁； 粗氫氧化鋁用循環(huán)堿溶液進行低溫拜耳法處理，除去其中鐵、鈣雜質(zhì)，得到氧化鋁和高鐵渣。所述的得到的硫酸鋁溶液制備氧化鋁為向硫酸鋁溶液加入氨氣回收工序得到的銨鹽調(diào)節(jié)PH值分步沉淀氫氧化鐵和氫氧化鋁，pH值為1.5 3. 5沉淀氫氧化鐵，分離出高鐵渣后，繼續(xù)向溶液中加入銨鹽得到氫氧化鋁、硫酸銨溶液和CO2氣體，氫氧化鋁在 90(Tl30(rC下焙燒得到成品氧化鋁。所述的得到的硫酸鋁溶液制備氧化鋁為硫酸鋁溶液通過多級逆流萃取除鐵，向除鐵后的硫酸鋁溶液加入氨氣回收工序得到的銨鹽，得到氫氧化鋁、硫酸銨溶液和CO2氣體，氫氧化鋁在90(Γ1300 下焙燒得到成品氧化鋁。所述的得到的硫酸鋁溶液制備氧化鋁為硫酸鋁溶液通過離子交換樹脂除鐵，向除鐵后的硫酸鋁溶液加入氨氣回收工序得到的銨鹽，得到氫氧化鋁、硫酸銨溶液和CO2氣體，氫氧化鋁在90(Γ1300 下焙燒得到成品氧化鋁。所述的生料制備是采用干法混料或濕法混料中的一種；所述的高硅渣的主要成分為二氧化硅，用于制備白炭黑等硅系列產(chǎn)品或高硅填料。所述的采用拜耳法處理粗氫氧化鋁為生產(chǎn)氧化鋁的全拜耳法工藝流程，包括原礦漿調(diào)配、低溫溶出、赤泥分離洗滌、鋁酸鈉溶液分解、氫氧化鋁分離洗滌和氫氧化鋁焙燒工序。所述的硫酸鋁溶液萃取除鐵采用的萃取劑為脂肪酸、伯胺或叔胺中的一種； 所述的離子交換樹脂除鐵采用的陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂的一種； 所述的高鐵渣或氫氧化鐵的可作為煉鐵原料。本發(fā)明的優(yōu)點效果本發(fā)明不添加任何助劑，可有效提取粉煤灰中氧化鋁，氧化鋁的提取率可達到85%以上。本發(fā)明工藝流程中實現(xiàn)了硫酸銨循環(huán)，通過循環(huán)可以一批批的提取粉煤灰中氧化鋁，整個過程沒有廢氣、廢液的排出，粉煤灰提取氧化鋁后的殘渣主要成分是二氧化硅，易于利用。本發(fā)明反應(yīng)體系為弱酸體系，設(shè)備容易解決，利于產(chǎn)業(yè)化。


圖廣圖4為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施方式
實施例1
原料粉煤灰組成為:A1203 :41%, SiO2 48%, Fe2O3 :3. 3%、CaO 3. 3%、TiO2 1. 3%、MgO ο.m。原料粉煤灰的成分也可以采用其它組成成分，這不能用于限定本發(fā)明的保護范圍。取IOOOg上述組成的粉煤灰，將粉煤灰與硫酸銨溶液混合濕磨得到生料，其中硫酸銨與粉煤灰中的氧化鋁的重量比為5 :1 ；將生料加熱至450°C，保溫lh，制成熟料，用水吸收排出的氨氣、CO2和硫酸鋁溶液分解產(chǎn)生的CO2制成銨鹽，用于硫酸鋁分解；熟料在熱水中溶出0.證，鋁以硫酸鋁的形式進入溶液，硅留在殘渣中形成高硅渣；溶出后漿液經(jīng)固液分離和逆流洗滌，液體為硫酸鋁溶液，固體為高硅渣；向硫酸鋁溶液中加入氨氣回收得到的銨鹽，使溶液中的鋁、鐵沉淀成為粗制氫氧化鋁，液體為硫酸銨溶液，氣體為CO2 ；粗制氫氧化鋁漿液分離洗滌得到粗制氫氧化鋁固體和硫酸銨溶液；硫酸銨溶液經(jīng)蒸發(fā)后返回生料制備，循環(huán)使用；粗制用循環(huán)堿溶液進行低溫拜耳法處理，除去其中鐵、鈣等雜質(zhì)，得到氧化鋁和高鐵渣。拜耳法處理粗氫氧化鋁為生產(chǎn)氧化鋁的全拜耳法工藝流程，包括原礦漿調(diào)配、低溫溶出、赤泥分離洗滌、鋁酸鈉溶液分解、氫氧化鋁分離洗滌和氫氧化鋁焙燒工序。實施例2
取IOOOg實施例1中組成的原料粉煤灰，將原料粉煤灰與硫酸銨循環(huán)液濕法混料得到生料，其中硫酸銨與粉煤灰中的氧化鋁的重量比為6 :1 ；將生料加熱至500°C，保溫池，制成熟料，用水吸收排出的氨氣、CO2和硫酸鋁溶液分解產(chǎn)生的(X)2制成銨鹽，用于硫酸鋁分解； 熟料在熱水中溶出lh，鋁以硫酸鋁的形式進入溶液，硅留在殘渣中形成高硅渣；溶出后漿液經(jīng)固液分離和逆流洗滌，液體為硫酸鋁溶液，固體為高硅渣；向硫酸鋁溶液中加入氨氣回收得到的銨鹽，調(diào)節(jié)PH值至2. 5沉淀氫氧化鐵，分離出高鐵渣后，繼續(xù)向硫酸鋁溶液中加入銨鹽得到氫氧化鋁、硫酸銨溶液和CO2，硫酸銨溶液經(jīng)蒸發(fā)后返回生料制備，循環(huán)使用；氫氧化鋁在1150°C下焙燒得到成品氧化鋁。實施例3
取IOOOg實施例1中組成的原料粉煤灰，將原料粉煤灰與硫酸銨循環(huán)液濕法混料得到生料，其中硫酸銨與粉煤灰中的氧化鋁的重量比為7 :1 ；將生料加熱至350°C，保溫證，制成熟料，用洗液吸收排出的氨氣、(X)2和硫酸鋁溶液分解產(chǎn)生的(X)2制成銨鹽，用于硫酸鋁分解；熟料在熱水中溶出2h，鋁以硫酸鋁的形式進入溶液，硅留在殘渣中形成高硅渣；溶出后漿液經(jīng)固液分離和逆流洗滌，液體為硫酸鋁溶液，固體為高硅渣；硫酸鋁溶液通過多級逆流采用脂肪酸萃取除鐵，向除鐵后的硫酸鋁溶液加入氨氣回收工序得到的銨鹽，得到氫氧化鋁、硫酸銨溶液和CO2，硫酸銨溶液經(jīng)蒸發(fā)后返回生料制備，循環(huán)使用；氫氧化鋁在1200°C下焙燒得到成品氧化鋁。實施例4
實施例3中硫酸鋁溶液萃取除鐵過程采用伯胺為萃取劑，其它與實施例4相同。實施例5
實施例3中硫酸鋁溶液萃取除鐵過程采用叔胺為萃取劑，氫氧化鋁在900°C下焙燒得到成品氧化鋁，其它與實施例4相同。實施例6
取IOOOg實施例1中組成的原料粉煤灰，將原料粉煤灰與硫酸銨循環(huán)液濕法混料得到生料，其中硫酸銨與粉煤灰中的氧化鋁的重量比為8 :1 ；將生料加熱至700°C，保溫0. 5h，制成熟料，用水吸收排出的氨氣、CO2和硫酸鋁分解產(chǎn)生的(X)2制成銨鹽，用于硫酸鋁分解；熟料在熱水中溶出0. lh，鋁以硫酸鋁的形式進入溶液，硅留在殘渣中形成高硅渣；溶出后漿液經(jīng)固液分離和逆流洗滌，液體為硫酸鋁溶液，固體為高硅渣；硫酸鋁溶液通過陽離子交換樹脂除鐵，向除鐵后的硫酸鋁溶液加入氨氣回收工序得到的銨鹽，得到氫氧化鋁、硫酸銨溶液和CO2，硫酸銨溶液經(jīng)蒸發(fā)后返回生料制備，循環(huán)使用；氫氧化鋁在1200°c下焙燒得到成品氧化鋁。實施例7
實施例6中用高硅渣洗液吸收排出的氨氣、CO2和硫酸鋁溶液分解產(chǎn)生的CO2制成銨鹽； 硫酸鋁溶液采用陰離子交換樹脂除鐵，其它與實施例6相同。實施例8
實施例2中的硫酸銨與粉煤灰中的氧化鋁的重量比為4. 5 1 ；向硫酸鋁溶液中加入氨氣回收得到的銨鹽，調(diào)節(jié)PH值至1.5沉淀氫氧化鐵，氫氧化鋁在1300°C下焙燒得到成品氧化鋁，其它同實施例2。實施例9
實施例2中的向硫酸鋁溶液中加入氨氣回收得到的銨鹽，調(diào)節(jié)pH值至3. 5沉淀氫氧化鐵，其它同實施例2。
權(quán)利要求
1.利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于包括下述步驟(1)生料制備將粉煤灰與硫酸銨混合制成生料，其中硫酸銨與粉煤灰中的氧化鋁的重量比為4. 5 8 1 ；(2)熟料燒成將生料加熱至35(T700°C，燒成時間控制在0.5飛h，制成含硫酸鋁的熟料和氨氣，氨氣用于制備氨水或通入硫酸鋁分解工序；(3)氨氣回收采用水或洗液吸收熟料燒成過程產(chǎn)生的氨氣及熟料燒成產(chǎn)生的和硫酸鋁溶液分解產(chǎn)生的CO2，形成銨鹽；(4)熟料溶出熟料用熱水溶出，溶出時間0.廣2h，鋁以硫酸鋁的形式進入溶液，硅留在殘渣中形成高硅渣；(5)高硅渣分離洗滌溶出后的漿液進行固液分離和逆流洗滌，溶液為硫酸鋁溶液，洗后渣為高硅渣；(6)得到的硫酸鋁溶液制備氧化鋁；(7)硫酸銨溶液蒸發(fā)分離得到的硫酸銨溶液進行蒸發(fā)，得到適合配料的硫酸銨溶液或硫酸銨晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于所述的得到的硫酸鋁溶液制備氧化鋁為向硫酸鋁溶液加入氨氣回收工序得到的銨鹽，得到氫氧化鋁、氫氧化鐵、硫酸銨溶液和(X)2氣體，固體為雜質(zhì)含量多的粗氫氧化鋁；粗氫氧化鋁用循環(huán)堿溶液進行低溫拜耳法處理，除去其中鐵、鈣雜質(zhì)，得到氧化鋁和高鐵渣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于所述的得到的硫酸鋁溶液制備氧化鋁為向硫酸鋁溶液加入氨氣回收工序得到的銨鹽調(diào)節(jié)PH值分步沉淀氫氧化鐵和氫氧化鋁，PH值為1. 5^3. 5沉淀氫氧化鐵，分離出高鐵渣后，繼續(xù)向溶液中加入銨鹽得到氫氧化鋁、硫酸銨溶液和(X)2氣體，氫氧化鋁在90(Tl30(rC下焙燒得到成品氧化 ρ O
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于所述的得到的硫酸鋁溶液制備氧化鋁為硫酸鋁溶液通過多級逆流萃取除鐵，向除鐵后的硫酸鋁溶液加入氨氣回收工序得到的銨鹽，得到氫氧化鋁、硫酸銨溶液和(X)2氣體，氫氧化鋁在90(Ti30(rc 下焙燒得到成品氧化鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于所述的得到的硫酸鋁溶液制備氧化鋁為硫酸鋁溶液通過離子交換樹脂除鐵，向除鐵后的硫酸鋁溶液加入氨氣回收工序得到的銨鹽，得到氫氧化鋁、硫酸銨溶液和(X)2氣體，氫氧化鋁在90(Ti30(rc 下焙燒得到成品氧化鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于所述的生料制備是采用干法混料或濕法混料中的一種；所述的高硅渣的主要成分為二氧化硅，用于制備白炭黑等硅系列產(chǎn)品或高硅填料。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于所述的采用拜耳法處理粗氫氧化鋁為生產(chǎn)氧化鋁的全拜耳法工藝流程，包括原礦漿調(diào)配、低溫溶出、赤泥分離洗滌、鋁酸鈉溶液分解、氫氧化鋁分離洗滌和氫氧化鋁焙燒工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于所述的硫酸鋁溶液萃取除鐵采用的萃取劑為脂肪酸、伯胺或叔胺中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于所述的離子交換樹脂除鐵采用的陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的利用粉煤灰制備氧化鋁的方法，其特征在于所述的高鐵渣或氫氧化鐵的可作為煉鐵原料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，其特征在于包括下述步驟(1)生料制備；(2)熟料燒成；(3)氨氣回收；(4)熟料溶出；(5)高硅渣分離洗滌；(6)得到的硫酸鋁溶液制備氧化鋁；(7)硫酸銨溶液蒸發(fā)。本發(fā)明的優(yōu)點效果本發(fā)明不添加任何助劑，可有效提取粉煤灰中氧化鋁，氧化鋁的提取率可達到85%以上。本發(fā)明工藝流程中實現(xiàn)了硫酸銨循環(huán)，通過循環(huán)可以一批批的提取粉煤灰中氧化鋁，整個過程沒有廢氣、廢液的排出，粉煤灰提取氧化鋁后的殘渣主要成分是二氧化硅，易于利用。本發(fā)明反應(yīng)體系為弱酸體系，設(shè)備容易解決，利于產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號C01F7/02GK102502735SQ201110342628
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者劉瑛瑛, 廖新勤, 李來時, 王劍 申請人:沈陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司