一種以煤系高嶺巖或煤矸石為原料制備鋁酸鈉溶液的方法
【專利摘要】本發(fā)明主要涉及一種以煤系高嶺巖或煤矸石為原料制備鋁酸鈉溶液的方法，是將高嶺巖或煤矸石粉磨后與高濃度堿液在添加適量氧化鈣的情況下反應，反應結(jié)束后固液分離得到鋁酸鈉粗液與脫鋁渣，鋁酸鈉粗液經(jīng)過凈化后可用于生產(chǎn)氧化鋁，脫鋁渣經(jīng)處理后可用以生產(chǎn)水泥等建筑材料。本方法在低溫低壓的條件下不使用任何助劑，用堿液直接溶出提取煤系高嶺巖或煤矸石中氧化鋁，氧化鋁提取率可達90%以上，具有工藝流程簡單、能耗低、鋁提取率高、原料儲備充足、成本低廉、資源綜合利用性高、綠色環(huán)保等優(yōu)點。
【專利說明】一種以煤系高嶺巖或煤矸石為原料制備鋁酸鈉溶液的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤系高嶺石或煤矸石資源高值化綜合利用領域，尤其是涉及一種以煤 系高嶺巖或煤矸石為原料制備鋁酸鈉溶液的方法。

【背景技術】
[0002] 我國是富煤貧油的發(fā)展中大國，一次能源消費結(jié)構中煤炭約占70%以上，隨著煤 炭產(chǎn)量的逐年增長，大量的副產(chǎn)品--煤矸石也源源不斷地被生產(chǎn)出來。煤矸石產(chǎn)量一般 為當年煤炭產(chǎn)量的15%左右，現(xiàn)已積存40億噸，且仍以每年1. 5億噸的速度增加，占到我國 工業(yè)固體廢棄物排放總量的40%以上。然而，目前已利用的煤矸石約為300萬噸，不到其總 量的15%。大量堆積的煤矸石不僅污染水體和大氣，還占用耕地，對生態(tài)和環(huán)境構成了雙 重破壞，因此推進煤矸石高值化利用已刻不容緩。
[0003] 煤矸石主要是由大量無機質(zhì)混合少量有機質(zhì)組成。無機質(zhì)主要為二氧化硅與氧化 鋁，二者總量占煤矸石組成的60%以上。目前煤矸石主要用來制磚、發(fā)電、生產(chǎn)水泥，有的 直接用于填埋和井下充填。煤矸石含氧化鋁的平均質(zhì)量分數(shù)在20%以上，經(jīng)濟有效地提取 鋁一直是煤矸石資源高效利用的研究方向，這也關系到我國鋁工業(yè)資源的多元、長遠、可靠 保障和鋁工業(yè)科學可持續(xù)發(fā)展。
[0004] 從煤矸石中提取氧化鋁的方法大致可分為酸法、燒結(jié)法與銨鹽助溶法等。其中 酸法相關的專利申請有：北京礦業(yè)研究總院發(fā)明的一種從高硅含鋁礦物原料中酸法提取 鋁的方法（200610127316. 2)、潘愛芳等發(fā)明的一種從煤矸石中提取高純氧化鋁與硅膠的 方法（CN201010013634. 2)、長春市超威新材料科技有限公司發(fā)明的煤矸石提取氧化鋁的 方法（CN200810051316. 8)、寧夏大學發(fā)明的煤矸石生態(tài)化利用聯(lián)產(chǎn)氧化鋁\白炭黑\低 灰碳的方法（CN200510088308. 7)、河南理工大學發(fā)明的一種煤矸石提取氧化鋁的新工藝 (CN200710300052. 0)等，酸法提取煤矸石中鋁的優(yōu)點在于溶出溫度較低，提取率高，處理后 既不增加廢棄物的量，又可生產(chǎn)出系列氧化鋁衍生產(chǎn)品；但是酸法處理煤矸石均需要首先 將煤矸石在600-90(TC預焙燒活化，活化過程一般需要補充優(yōu)質(zhì)煤炭資源，而且會產(chǎn)生大量 有害氣體；酸法生產(chǎn)過程也存在著對生產(chǎn)設備的材質(zhì)要求高、酸介質(zhì)的循環(huán)性差、得到的氧 化鋁產(chǎn)品純度低、氧化鋁提取率低等問題。燒結(jié)法又包括堿石灰燒結(jié)法與石灰石燒結(jié)法，相 關的發(fā)明專利包括山西大學發(fā)明的一種用煤矸石生產(chǎn)氧化鋁的方法（CN200510048215. 1)、 內(nèi)蒙古蒙西高新技術集團有限公司發(fā)明的綜合利用煤矸石聯(lián)產(chǎn)電、鋁、水泥生產(chǎn)工藝 (CN02116060.0)等，燒結(jié)法具有工藝成熟、流程簡單、介質(zhì)循環(huán)性強等優(yōu)點，但是燒結(jié)的過 程中需要600-1300°C的高溫，能耗高，同時煤矸石中的C、S等變成有害氣體進入大氣引起 的環(huán)境問題也不能忽視。銨鹽助溶法處理煤矸石或采用銨鹽燒結(jié)的方法或采用銨鹽直接 溶出的方法，其相關專利包括蘭州工業(yè)資源技術研究所發(fā)明的酸鹽聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁工藝 (CN91111359. 2)、東北大學發(fā)明的一種由含鋁物料制備氧化鋁的方法（CN200910187282. X)、黃明發(fā)明的煤矸石復合酸銨提取氫氧化鋁（CN200910164389. 2)等，銨鹽助溶法處理煤 矸石后渣量較低，但是該方法也需要對矸石預先進行焙燒處理，能耗較高，溶出后涉及重結(jié) 晶過程，流程復雜，且焙燒過程易造成NH3等廢氣污染。
[0005] 綜上所述，目前煤系高嶺巖或煤矸石綜合利用需要解決的是如何簡化生產(chǎn)流程、 降低能耗與生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本本發(fā)明的目的是針對上述已有的煤系高嶺巖及煤矸石提取氧化鋁的方法存在 的不足，提出一種可以利用堿法直接處理煤矸石提取氧化鋁制備鋁酸鈉溶液的生產(chǎn)方法， 進而有效的節(jié)約能耗和實現(xiàn)資源的綜合利用。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術實現(xiàn)的。
[0008] 本發(fā)明提供的利用堿法直接處理煤矸石提取氧化鋁制備鋁酸鈉溶液的生產(chǎn)方法， 其步驟如下：
[0009] 第一，細磨與混料：將煤系高嶺巖或煤矸石破碎后與強堿溶液按固液質(zhì)量體積比 1:5-1:15 (ml/g)的比例混勻后輸送到反應器中，所述強堿溶液為濃度300-700g/L的氫氧 化鈉溶液，或者為濃度300-700g/L的氫氧化鉀溶液，或者苛性比大于15、Na20(K20)濃度為 230-550g/L的鋁酸鈉溶液、鋁酸鉀溶液；
[0010] 第二，溶出反應：將步驟（1)得到的混合物料在反應器中進行溶出反應，反應溫度 為200-350°C，反應時間為0. 5-3h，反應完成后得到料漿；
[0011] 第三，分離：將步驟（2)得到的料漿進行過濾液固分離，得到鋁酸鈉溶液與脫鋁 渣，脫鋁渣經(jīng)過處理后可用作水泥原料；
[0012] 本發(fā)明提供的從煤系高嶺石或煤矸石中堿法提取氧化鋁的方法具有如下明顯優(yōu) 越性：
[0013] (1)氧化鋁提取溫度低。本發(fā)明氧化鋁溶出溫度為200?350°C，比傳統(tǒng)燒結(jié)法降 低600?800°C，大幅度降低了生產(chǎn)能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本；
[0014] (2)礦物無需經(jīng)過煅燒脫碳預處理，實現(xiàn)了礦物的直接溶出，避免了煅燒過程中產(chǎn) 生的二次污染與高能耗，操作過程綠色環(huán)保；
[0015] (3)可實現(xiàn)氧化鋁的高效提取，溶出后脫鋁渣中鋁硅比< 0. 1，礦物中氧化鋁提取 率在90%以上；
[0016] (4)脫堿介質(zhì)可循環(huán)利用。堿介質(zhì)經(jīng)過凈化處理后，可實現(xiàn)堿介質(zhì)的循環(huán)利用，無 廢液排放。

【具體實施方式】
[0017] 實施例1
[0018] 用本發(fā)明的方法處理煤矸石，以內(nèi)蒙古某地煤矸石為例，其工業(yè)分析結(jié)果如下表1 所示
[0019] 表1矸石工業(yè)分析數(shù)據(jù)表
[0020]

【權利要求】
1. 一種以煤系高嶺巖或煤矸石為原料制備鋁酸鈉溶液的方法，其特征在于，用高濃度 堿液在添加適量氧化鈣的情況下直接處理細磨后的矸石，得到含鋁的高苛性比鋁酸鈉溶液 與低鋁渣相，其包括以下步驟： 第一，細磨與混料：將煤系高嶺巖或煤矸石破碎后與強堿溶液按固液質(zhì)量體積比 1:5-1:15 (ml/g)的比例混勻后輸送到反應器中，所述強堿溶液為濃度300-700g/L的氫氧 化鈉溶液，或者為濃度300-700g/L氫氧化鉀溶液，或者苛性比大于15、Na 20(K20)濃度為 230-550g/L的鋁酸鈉溶液、鋁酸鉀溶液； 第二，溶出反應：將步驟（1)得到的混合物料在反應器中進行溶出反應，反應溫度為 200-350°C，反應時間為0. 5-3h，反應完成后得到料漿； 第三，分離：將步驟（2)得到的料漿進行過濾液固分離，得到高苛性比鋁酸鈉溶液與脫 鋁渣，脫鋁渣經(jīng)過處理后可用作水泥原料。
2. 根據(jù)權利要求1所述的以煤系高嶺巖或煤矸石為原料制備鋁酸鈉溶液的方法，其特 征在于：氧化I丐的添加量為煤砰石用量的30-50%。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的以煤系高嶺巖或煤矸石為原料制備鋁酸鈉溶液的方法， 其特征在于：添加的氧化鈣是石灰、脫硫石膏或磷石膏等以氧化鈣為主要成分的物質(zhì)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的以煤系高嶺巖或煤矸石為原料制備鋁酸鈉溶液的方法，其特 征在于：氧化鋁提取率在90%以上。
【文檔編號】C01F7/06GK104140121SQ201310168383
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月9日 優(yōu)先權日:2013年5月9日
【發(fā)明者】馬淑花, 丁健, 王月嬌, 鄭詩禮, 張懿 申請人:中國科學院過程工程研究所