一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法。將煤矸石與粉煤灰按一定比例混合后，與適量硫酸拌勻熟化，然后還原焙燒，焙燒產(chǎn)出的含硫煙氣收集制取硫酸，實(shí)現(xiàn)硫酸的再生循環(huán)。將還原焙砂用含氫氧化鈉的溶液進(jìn)行浸出鋁，堿浸礦漿固液分離后得到的鋁酸鈉溶液經(jīng)種分或碳分制備氫氧化鋁，種分母液或碳分母液苛化處理后循環(huán)使用。本發(fā)明的方法利用煤矸石中的炭做酸解步驟硫酸鋁原位脫水、熱解再生硫酸的還原劑和熱源，在提取氧化鋁的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)矸石中炭資源的綜合利用，綜合了煤矸石或粉煤灰酸法與堿法提取氧化鋁的優(yōu)點(diǎn)，廢棄物產(chǎn)出很少，氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量好，回收率高，能耗低，設(shè)備腐蝕小，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化。
【專利說(shuō)明】一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤系固體廢物的綜合利用，具體是涉及一種從粉煤灰和煤矸石中提取氧化鋁的方法，尤其是粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)是煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，煤炭產(chǎn)量及消費(fèi)均已達(dá)到37億噸左右，在煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程中產(chǎn)生大量的煤矸石、粉煤灰等煤系固體廢物。
[0003]煤矸石是采煤過(guò)程和洗煤過(guò)程中排放的固體廢物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的一種含炭量較低的黑灰色巖石，一般每采It原煤排矸石0.2t左右，其中掘進(jìn)矸石占原煤產(chǎn)量的10%左右，選煤矸石占入選原煤量的12% -18%。煤矸石中主要礦物包括高嶺土、石英、蒙脫石、長(zhǎng)石、伊利石。其主要成分是A1203、S12，微量稀有元素(鎵、釩等)，其中氧化鋁含量可高達(dá)30% -40%,S12含量50% -65%，另含有20-30%左右的碳。目前除少量高碳煤矸石用于矸石發(fā)電和生產(chǎn)建材，大部分矸石長(zhǎng)期堆存。
[0004]粉煤灰是發(fā)電廠與各種燃煤鍋爐排放的一種固體廢棄物，因原煤灰含量的不同，粉煤灰產(chǎn)量一般占原煤質(zhì)量的15% -40%。粉煤灰的主要礦物成分是玻璃相、石英、莫來(lái)石、磁鐵礦、赤鐵礦、未燃燒的炭等，產(chǎn)出的粉煤灰除少部分用于水泥建材生產(chǎn)原料而得到部分利用外，大部分堆存。我國(guó)粉煤灰富含鋁，氧化鋁平均含量27%，華東、華北地區(qū)粉煤灰的氧化鋁含量普遍超過(guò)30%，部分地區(qū)的粉煤灰中鋁含量更是高達(dá)40-60%，是一種十分重要的潛在鋁土礦接替資源。
[0005]由于缺少經(jīng)濟(jì)合理的大規(guī)模消納方式，目前煤系固廢主要是堆存，不僅占用大量土地資源，而且嚴(yán)重環(huán)境污染。由于矸石、粉煤灰中含有大量的鋁、稀有稀散金屬等，進(jìn)行粉煤灰、矸石的高值化綜合利用對(duì)于解決煤系固廢的環(huán)境問(wèn)題具有重要作用。根據(jù)粉煤灰和矸石的組成不同，可以用來(lái)制取白炭黑、氧化鋁、鐵礦粉、鎵、鍺等產(chǎn)品，形成新的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，其中最重要的產(chǎn)品是氧化鋁。
[0006]由于粉煤灰、矸石等煤系固廢中的鋁硅比很低，且無(wú)法選礦富集，傳統(tǒng)處理鋁土礦的氧化鋁生產(chǎn)工藝難以移植來(lái)處理煤系固廢，需要研究開發(fā)適合煤系固廢鋁資源特點(diǎn)的工藝技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)的煤系固廢提取氧化鋁方法大致分為堿法和酸法兩大類。
[0007]堿法包括直接燒結(jié)法和預(yù)脫硅一燒結(jié)法等。直接燒結(jié)法類似于鋁土礦燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝，包括燒結(jié)、熟料自粉化、浸出、碳分、鍛燒等主要工序，如CN1644506A公開的利用粉煤灰和石灰石聯(lián)合生產(chǎn)氧化鋁和水泥的方法，將粉煤灰與石灰石粉按一定比例混合磨礦后干法燒結(jié)，然后用堿溶出熟料提取氧化鋁，浸出渣用于生產(chǎn)水泥。由于粉煤灰含硅高，直接燒結(jié)需要配入大量石灰石粉，粉煤灰與石灰石粉質(zhì)量配比達(dá)30:70。由于直接燒結(jié)法大量添加石灰或石灰石粉，浸出時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量娃1丐洛，每生產(chǎn)I噸氧化招要產(chǎn)生8-10噸左右的硅鈣渣，如果周邊沒(méi)有足夠的建材市場(chǎng)消納能力，勢(shì)必會(huì)造成新的、堆放量更大且為強(qiáng)堿性的廢棄物排放，形成更加難處理的固廢環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)由于高溫?zé)Y(jié)的物料量大，導(dǎo)致燒結(jié)能耗高。
[0008]對(duì)粉煤灰或煤矸石進(jìn)行堿浸預(yù)脫硅處理可以減少燒結(jié)物料量，從而降低燒結(jié)能耗和減少浸出渣量，同時(shí)預(yù)脫硅得到的含硅溶液可以生產(chǎn)白炭黑、硅灰石等高值硅產(chǎn)品。如CN101284668A公開的一種從高鋁粉煤灰中提取二氧化硅、氧化鋁及氧化鎵的方法，將高鋁粉煤灰與氫氧化鈉溶液在高壓反應(yīng)爸內(nèi)進(jìn)行加壓浸出，使部分娃溶出，含娃浸出液用于生產(chǎn)白炭黑，預(yù)脫硅后的粉煤灰與石灰石粉、碳酸鈉溶液混合后燒結(jié)，然后浸出鋁。為了進(jìn)一步提高預(yù)脫硅的硅脫除率，CN100491247C公開的一種利用粉煤灰生產(chǎn)二氧化硅和氧化鋁的方法，在用氫氧化鈉溶液浸出預(yù)脫硅前對(duì)粉煤灰進(jìn)行預(yù)焙燒，或用硫酸或氫氧化鈉溶液進(jìn)行浸泡，以便提高粉煤灰中硅的溶出活性，從而提高硅的預(yù)脫除率。CN101941725B公開的一種從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，其過(guò)程主要包括:煤矸石粉碎后焙燒活化；煤矸石熟料進(jìn)行堿溶預(yù)脫硅，得到脫硅煤矸石和硅酸鈉溶液；脫硅煤矸石中加入石灰石和碳酸鈉溶液球磨制成生料漿進(jìn)行燒結(jié)；燒成熟料用水溶出，得到鋁酸鈉粗液和硅鈣渣，硅鈣渣經(jīng)處理后作為水泥原料；鋁酸鈉粗液經(jīng)凈化、碳分、煅燒等工序生產(chǎn)氧化鋁；由硅酸鈉溶液苛化生產(chǎn)活性硅酸鈣微粉。采用預(yù)脫硅技術(shù)可以提高煤系固廢的鋁硅比，但與高硅鋁土礦比，仍然含硅高，后續(xù)燒結(jié)量大，能耗高。雖然可產(chǎn)出大量活性硅酸鈣副產(chǎn)品，但由于副產(chǎn)活性硅酸鈣的成本高、產(chǎn)量大，對(duì)于大規(guī)模的煤系固廢資源綜合利用，副產(chǎn)品的市場(chǎng)銷售與競(jìng)爭(zhēng)壓力非常大。
[0009]酸法處理煤系固廢由于不需要添加造渣劑，提取氧化鋁后的殘?jiān)可?，符合減量化綜合利用工業(yè)固廢的要求，且可以獲得較高的氧化鋁回收率。酸法主要包括硫酸法和鹽酸法，通常是將一定濃度的硫酸或鹽酸與煤矸石粉或粉煤灰在加熱條件攪拌浸出，所得溶液加堿反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，過(guò)濾得氫氧化鋁。由于煤系固廢中氧化鋁的活性差，一般酸浸的氧化鋁提取率較低，需要采用焙燒活化、濃酸浸出、添加助溶劑等強(qiáng)化措施。
[0010]CN1792802A公開的一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其工藝過(guò)程是將研磨至200?400目的粉煤灰，先在300?760°C下焙燒活化I?1.5h，然后于160?300°C下用60?98%濃度的硫酸浸出，浸出好的礦漿過(guò)濾以分離余酸，余酸返回浸出循環(huán)，再用水從濾渣中浸出鋁，然后經(jīng)濃縮結(jié)晶、干燥脫水、焙解，得到Y(jié)-Al2O3，采用該方法，鋁的浸出回收率可達(dá)85%，但該方法工藝復(fù)雜，不僅需要預(yù)焙燒活化，而且浸出在高溫濃酸的條件下進(jìn)行，能耗高，大量酸在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行無(wú)效循環(huán)，浸出、過(guò)濾、物料輸送設(shè)備的材質(zhì)難解決，操作困難。CN1923695A公開的一種由粉煤灰制取氧化鋁的方法，先將粉煤灰細(xì)磨并于200-760°C焙燒活化，再與適量濃硫酸拌合均勻后在200-400°C下燒成，然后水浸提取氧化鋁，同樣可以獲得較高的鋁浸出率。CN100413981C公開了一種從高硅含鋁礦物原料中酸法提取鋁的方法，將粉煤灰與濃硫酸混合后進(jìn)行焙燒，然后經(jīng)水浸、濃縮結(jié)晶、煅燒生產(chǎn)氧化招。
[0011]CN101811711A公開了一種采用鹽酸浸出由粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其過(guò)程是將粉煤灰與鹽酸混合后于140-160°C下浸出鋁，然后固液分離、濃縮結(jié)晶、氯化鋁煅燒得到活性初氧化鋁，由初氧化鋁經(jīng)拜耳法處理生產(chǎn)氧化鋁。CN101234774B公開的一種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的方法，則通過(guò)焙燒對(duì)煤矸石進(jìn)行活化處理，采用粉碎、低溫煅燒、鹽酸浸取、過(guò)濾、提純、分步熱解制得氧化鋁。為了直接得到合格的氧化鋁，CN103803617A公開的一種粉煤灰酸法生產(chǎn)氧化鋁的方法中，對(duì)粉煤灰進(jìn)行了磁選預(yù)脫鐵，并對(duì)鹽酸浸出獲得的浸出液采用樹脂吸附除雜，從而在結(jié)晶時(shí)析出較純的氯化鋁結(jié)晶，氯化鋁結(jié)晶煅燒直接獲得合格的氧化鋁產(chǎn)品，從而縮短了氧化鋁生產(chǎn)流程。
[0012]酸法處理氧化鋁由于不需要添加造渣劑，提取氧化鋁后的殘?jiān)可?，符合減量化綜合利用工業(yè)固廢的要求，且可以獲得較高的氧化鋁回收率。但由于酸法處理產(chǎn)出的浸出液需要濃縮結(jié)晶，且得到鋁中間產(chǎn)物含結(jié)晶水較高，后續(xù)脫水能耗高，導(dǎo)致酸法氧化鋁的總能耗高。同時(shí)由于酸法處理的浸出選擇性差，鐵、鈣、鎂、鈦等雜質(zhì)大量溶出，濃縮結(jié)晶產(chǎn)出的鋁鹽純度不高，后續(xù)需進(jìn)一步拜耳法處理，雖然采用粉煤灰原灰磁選預(yù)脫鐵和酸浸液化學(xué)凈化可以提高產(chǎn)品純度，但成本高。
[0013]除上述堿法、酸法外，還有硫酸銨焙燒法、氟化助劑浸出法等。如CN102344155A公開的利用粉煤灰制備氧化鋁的方法，用硫酸銨與粉煤灰混合后焙燒，燒成料經(jīng)水浸、氨中和沉淀氫氧化鋁，沉鋁后液濃縮結(jié)晶硫酸銨返回焙燒循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)了氨的循環(huán)。雖然與酸法相比，硫酸銨焙燒法的浸出選擇性有提高，但要獲得合格的氧化鋁產(chǎn)品仍需要增加深度凈化工序，且生產(chǎn)過(guò)程氨的環(huán)保問(wèn)題有待解決。CN103754912A公開的一種利用煤矸石制取氧化鋁的方法，通過(guò)煤矸石和氫氟酸、50-90 %的硫酸反應(yīng)固化，然后水浸提取氧化鋁。CN1903727A公開的煤矸石生態(tài)化利用聯(lián)產(chǎn)氧化鋁/白炭黑/低灰碳的方法，則采用煤矸石與8-12mol/L的硫酸混合，同時(shí)采用氟化物為助溶劑進(jìn)行硫酸浸出鋁。采用助溶劑酸浸，雖然可以減少焙燒活化工序，節(jié)約氧化鋁提取的能耗，但含氟助溶劑的加入不僅會(huì)導(dǎo)致水、氣、渣的環(huán)境污染問(wèn)題，而且對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，此外，同樣存在酸法氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量差的問(wèn)題。
[0014]綜上，堿法工藝雖然氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量好，且與傳統(tǒng)的鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁工藝接近，易于工藝實(shí)現(xiàn)，但副產(chǎn)硅產(chǎn)品的銷售、燒結(jié)過(guò)程的高耗能、及最終硅鈣渣排放量大等問(wèn)題嚴(yán)重制約了堿法工業(yè)應(yīng)用。酸法工藝雖然實(shí)現(xiàn)了減量化利用煤系固廢，但傳統(tǒng)酸法的鋁鹽結(jié)晶與脫水能耗高、鋁產(chǎn)品質(zhì)量差。此外，無(wú)論酸法還是堿法，都要對(duì)煤矸石焙燒脫碳，使矸石中的炭資源浪費(fèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有粉煤灰、煤矸石中提取氧化鋁技術(shù)的不足，提供一種通過(guò)粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理，采用酸堿聯(lián)合法從粉煤灰和煤矸石中提取氧化鋁的方法，目的是通過(guò)酸堿聯(lián)合工藝，解決煤矸石、粉煤灰酸法處理工藝中鋁鹽濃縮結(jié)晶與熱解能耗高、氧化鋁產(chǎn)品純度低的問(wèn)題，同時(shí)避開粉煤灰堿法處理燒結(jié)物料量大、能耗高、浸出渣量大等缺陷；通過(guò)粉煤灰與煤矸石的協(xié)同處理，充分利用煤矸石中的炭做酸解步驟硫酸鋁原位脫水、熱解再生硫酸的還原劑和熱源，在提取氧化鋁的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)矸石中炭資源的綜合利用。
[0016]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法包括下述步驟:
[0017](I)配料:將煤矸石粉與粉煤灰按質(zhì)量比1:1-1:10進(jìn)行配料得到混合料，混合料中的炭含量控制在3-20% ；
[0018](2)硫酸熟化:將上述步驟(I)得到的混合料與濃硫酸按一定比例混合均勻后進(jìn)行熟化，得到硫酸熟化料；
[0019](3)還原焙燒:將上述步驟(2)得到的硫酸熟化料在還原氣氛下進(jìn)行還原焙燒脫硫，得到焙砂和含硫煙氣，含硫煙氣收集后制酸返回步驟(2)循環(huán)使用；
[0020](4)焙砂堿浸:將上述步驟(3)得到的焙砂用含氫氧化鈉的溶液進(jìn)行堿浸，浸出完成后液固分離，得到鋁酸鈉溶液和富硅渣；
[0021](5)制備氧化鋁:將上述步驟(4)所得到的鋁酸鈉溶液經(jīng)種分或碳分制備氫氧化鋁，然后固液分離，得到氫氧化鋁和母液，母液返回步驟(4)循環(huán)使用，氫氧化鋁經(jīng)煅燒生產(chǎn)氧化鋁。
[0022]本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法，其特征在于其步驟
(1)中所述煤煤矸石粉碎粒度為100?200目。
[0023]本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法，其特征在于其步驟
(2)中硫酸熟化中，硫酸加入量為所述煤矸石粉與粉煤灰混合料質(zhì)量的1-2.5倍，優(yōu)選
1.1-1.5倍，硫酸的濃度彡85%。
[0024]本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法，其特征在于其步驟
(2)中硫酸熟化，其熟化溫度100-400°C，優(yōu)選200-300°C，熟化時(shí)間l_24h，優(yōu)選l_4h。
[0025]本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法，其特征在于其步驟(3)中還原焙燒溫度500-900 °C，優(yōu)選650-800 °C，還原焙燒時(shí)間0.l_60min，優(yōu)選0.l-15min。
[0026]本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法，其特征在于其步驟
(3)中所述的還原焙燒為快速流態(tài)化焙燒，焙燒爐為循環(huán)流態(tài)化焙燒爐、氣態(tài)懸浮焙燒爐或流態(tài)閃速焙燒爐中的一種。
[0027]本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法，其特征在于其步驟
(4)所述的堿浸為常壓堿浸、加壓堿浸或拜耳法溶出中的一種。
[0028]本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法，其特征在于其步驟⑷所述的堿浸，其堿浸條件為:溶出溫度80-250°C，堿濃度30-220g/L，浸出時(shí)間20-80min，配料分子比a k0.8-2.0，石灰添加量0-15%。
[0029]本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法，其特征在于其步驟
(5)所述的制備氧化鋁當(dāng)采用碳分制備氧化鋁時(shí)，母液經(jīng)過(guò)苛化處理后循環(huán)。
[0030]本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法，其特征在于其步驟
(5)所述的母液，當(dāng)母液中含有鎵時(shí)，定期抽出部分母液采用碳化沉淀、離子交換或溶劑萃取法回收鎵。
[0031]本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法，所述的硫酸化熟化，是利用濃硫酸的高溫反應(yīng)活性，與煤矸石粉與粉煤灰混合料中的含鋁礦物發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鋁物相，煤矸石中高嶺石礦物、粉煤灰中莫來(lái)石礦物分別發(fā)生反應(yīng)如式(I)和(2)，從而破壞煤矸石、粉煤灰中的礦物結(jié)構(gòu)，使鋁礦物與硅礦物解離。
[0032]2Α1203.4Si02.4H20+6H2S04 = 2A12 (SO4) 3+8Si02+10H20(I)
[0033]3A1203.2Si02+6H2S04 = 3A12 (SO4) 3+2Si02+9H20(2)
[0034]本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法，所述的還原焙燒，是將煤矸石與粉煤灰的混合料經(jīng)硫酸熟化后得到的硫酸熟化料進(jìn)行焙燒，利用煤矸石中所含的炭作為還原劑進(jìn)行還原焙燒脫硫，從而實(shí)現(xiàn)硫酸鋁原位脫水、熱解再生硫酸，避免了傳統(tǒng)酸法工藝中高耗能的濃縮結(jié)晶硫酸鋁和結(jié)晶硫酸鋁脫水與焙燒分解作業(yè)，同時(shí)，因采用高溫快速焙燒，在保證焙砂中氧化鋁的浸出活性同時(shí)，降低氧化硅的溶出活性，還原焙燒的反應(yīng)如式(3)。
[0035]2A12 (SO4) 3+3C = 2Al203+6S02(g)+3C02(g)(3)
[0036]本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法所述的焙砂堿浸，因所述還原焙燒得到的焙砂中氧化鋁浸出活性好，可以在較低溫度和堿度條件下浸出，在保證較高的鋁浸出率前提下，可以進(jìn)一步降低硅的溶出。焙砂堿浸反應(yīng)如下式(4)。
[0037]Al203+3H20+2Na0H = 2NaAl (OH) 4(4)
[0038]本發(fā)明的一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法，利用濃硫酸高溫反應(yīng)強(qiáng)化了粉煤灰和煤矸石中莫來(lái)石、高嶺石等含鋁硅酸鹽的分解，與傳統(tǒng)酸法不同，不直接進(jìn)行硫酸鋁的浸出，而是利用煤矸石中炭做還原劑，實(shí)現(xiàn)硫酸熟化料的脫硫分解，并保證氧化鋁的活性，脫硫產(chǎn)生的煙氣通過(guò)制酸實(shí)現(xiàn)主要試劑硫酸的再生。同時(shí)脫硫焙砂中氧化鋁具有活性，可以實(shí)現(xiàn)低溫低堿拜耳法溶出，進(jìn)行常規(guī)氧化鋁產(chǎn)品制備。
[0039]解決了傳統(tǒng)酸法處理煤矸石或粉煤灰原料中因浸出選擇性差，溶液凈化困難的難題，無(wú)需傳統(tǒng)硫酸法中的濃縮結(jié)晶硫酸鋁、硫酸鋁脫水等高耗能過(guò)程。與傳統(tǒng)堿法處理煤矸石或粉煤灰工藝相比，避免了高耗能的燒結(jié)工序，無(wú)需添加石灰石粉、石灰等造渣劑，浸出渣量大幅減少。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了煤矸石中炭資源的利用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040]附圖為本發(fā)明的方法的原則流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0041]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說(shuō)明。
[0042]將粉碎至100?200目的煤矸石與粉煤灰按質(zhì)量比1:1-1:10進(jìn)行配料得到混合料，控制混合料中的炭含量在3-20 %，然后將所得混合料硫酸混合，硫酸加入量為所述煤矸石與粉煤灰混合料質(zhì)量的1-2.5倍，優(yōu)選1.1-1.5倍，硫酸的濃度> 85%，熟化溫度100-400°C，熟化時(shí)間 l_24h。
[0043]然后將硫酸熟化料進(jìn)行焙燒，利用混合料中的炭做還原劑進(jìn)行還原焙燒，焙燒溫度500-900°C，焙燒時(shí)間0.l-60min。還原焙燒產(chǎn)出的含硫煙氣收集制取硫酸，實(shí)現(xiàn)硫酸的再生循環(huán)利用。
[0044]將還原焙砂用含氫氧化鈉的溶液進(jìn)行浸出，堿浸溫度80_250°C,堿濃度30_220g/L，浸出時(shí)間20-80min，配料分子比a k0.8_2.0，石灰添加量0-15%。堿浸礦漿固液分離后得到的鋁酸鈉溶液經(jīng)種分或碳分制備氫氧化鋁，種分母液或碳分母液苛化處理后循環(huán)使用。低溫低堿拜耳法的溶出渣可以直接作為建筑制品的硅質(zhì)原料。
[0045]以下用非限定性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步的說(shuō)明，以有助于理解本發(fā)明的內(nèi)容及其優(yōu)點(diǎn)，而不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書決定。
[0046]實(shí)施例1
[0047]將粉碎至200目含炭20%的煤矸石粉與粉煤灰按質(zhì)量比1:1混合，得到含炭15%的混合料，將混合料與硫酸混合，硫酸加入量為所述混合料質(zhì)量的1.6倍，使用的硫酸濃度為90%，混合均勻后，在熟化溫度200°C，熟化時(shí)間2h條件下得到硫酸熟化料。硫酸熟化料在750°C、還原氣氛下進(jìn)行快速還原焙燒，焙燒時(shí)間5min。
[0048]對(duì)還原焙砂進(jìn)行低溫低堿拜耳法溶出，溶出條件為:溶出溫度100°C，堿濃度50g/L，配料分子比0,0.9，時(shí)間60!^11。此時(shí)，鋁的實(shí)際溶出率87%，對(duì)溶出液進(jìn)行種分，得到氫氧化鋁產(chǎn)品，煅燒后制備冶金級(jí)氧化鋁產(chǎn)品，種分母液返回焙砂溶出。
[0049]實(shí)施例2
[0050]將粉碎至200目含炭20%的煤矸石粉與粉煤灰按質(zhì)量比1:2混合，得到含炭約7 %的混合料，將混合料與硫酸混合，硫酸加入量為所述混合料質(zhì)量的2倍，使用的硫酸濃度為93 %，混合均勻后，在熟化溫度250°C，熟化時(shí)間24h條件下得到硫酸熟化料。利用混合料中自身所帶的炭為還原劑，硫酸熟化料在流態(tài)化焙燒爐中于850°C進(jìn)行快速還原焙燒，焙燒時(shí)間2min。
[0051]對(duì)還原焙砂進(jìn)行低溫低堿拜耳法溶出，溶出條件為:溶出溫度120°C，堿濃度160g/L，配料分子比%1.8，時(shí)間301^11，石灰添加量8(%。此時(shí)，鋁的實(shí)際溶出率在90%，對(duì)溶出液進(jìn)行種分，得到氫氧化鋁產(chǎn)品，煅燒后制備冶金級(jí)氧化鋁產(chǎn)品，種分母液返回配料溶出新礦。
[0052]實(shí)施例3
[0053]將粉碎至200目含炭20%的煤矸石粉與粉煤灰按質(zhì)量比1:3混合，得到含炭5%的混合料，將混合料與硫酸混合，硫酸加入量為所述混合料質(zhì)量的1.2倍，使用的硫酸濃度為90%，混合均勻后，在熟化溫度150°C，熟化時(shí)間2h條件下得到硫酸熟化料。利用混合料中自身所帶的炭為還原劑，硫酸熟化料在溫度600°C進(jìn)行快速還原焙燒，焙燒時(shí)間15min。
[0054]對(duì)還原焙砂進(jìn)行低溫低堿拜耳法溶出，溶出條件為:溶出溫度100°C，堿濃度200g/L，配料分子比0,1.9，時(shí)間6011^11，石灰添加量3%。此時(shí)，鋁的實(shí)際溶出率在78%，對(duì)溶出液進(jìn)行種分，得到氫氧化鋁產(chǎn)品，煅燒后制備冶金級(jí)氧化鋁產(chǎn)品。
[0055]實(shí)施例4
[0056]將粉碎至200目含炭20%的煤矸石粉與粉煤灰按質(zhì)量比1:2混合，得到含炭約7 %的混合料，將混合料與硫酸混合，硫酸加入量為所述混合料質(zhì)量的2倍，使用的硫酸濃度為93%，混合均勻后，在熟化溫度250°C，熟化時(shí)間8h條件下得到硫酸熟化料。硫酸熟化料在溫度800°C進(jìn)行快速還原焙燒，焙燒時(shí)間lOmin。
[0057]對(duì)還原焙砂進(jìn)行低溫低堿拜耳法溶出，溶出條件為:溶出溫度90°C，堿濃度70g/L，配料分子比akl.2，時(shí)間40min，石灰添加量2%。此時(shí)，鋁的實(shí)際溶出率在91 %，對(duì)溶出液進(jìn)行種分，得到氫氧化鋁產(chǎn)品，煅燒后制備冶金級(jí)氧化鋁產(chǎn)品，種分母液返回配料溶出新礦。
[0058]實(shí)施例5
[0059]將粉碎至200目含炭20%的煤矸石粉與粉煤灰按質(zhì)量比1:2混合，得到含炭約7%的混合料，將混合料與硫酸混合，硫酸加入量為所述混合料質(zhì)量的1.8倍，使用的硫酸濃度為93%，混合均勻后，在熟化溫度350°C，熟化時(shí)間4h條件下得到硫酸熟化料。硫酸熟化料采用流態(tài)化焙燒爐中，在溫度750°C進(jìn)行快速還原焙燒，焙燒時(shí)間lmin。
[0060]對(duì)還原焙砂進(jìn)行低溫低堿拜耳法溶出，溶出條件為:溶出溫度150°C，堿濃度50g/L，配料分子比ak0.9，時(shí)間60min，石灰添加量0%。此時(shí)，鋁的實(shí)際溶出率在90%，對(duì)溶出液進(jìn)行種分，得到氫氧化鋁產(chǎn)品，煅燒后制備冶金級(jí)氧化鋁產(chǎn)品，種分母液返回配料溶出新礦。
[0061]實(shí)施例6
[0062]將粉碎至200目含炭20%的煤矸石粉與粉煤灰按質(zhì)量比1:2混合，得到含炭約7%的混合料，將混合料與硫酸混合，硫酸加入量為所述混合料質(zhì)量的1.8倍，使用的硫酸濃度為93%，混合均勻后，在熟化溫度320°C，熟化時(shí)間4h條件下得到硫酸熟化料。硫酸熟化料在溫度750°C進(jìn)行快速還原焙燒，焙燒時(shí)間lOmin。
[0063]對(duì)還原焙砂進(jìn)行低溫低堿拜耳法溶出，溶出條件為:溶出溫度95°C，堿濃度10g/L，配料分子比ak1.0，時(shí)間80min，石灰添加量1%。此時(shí)，鋁的實(shí)際溶出率在89%。
[0064]實(shí)施例7
[0065]將粉碎至200目含炭20%的煤矸石粉與粉煤灰按質(zhì)量比1:1混合，得到含炭15%的混合料，將混合料與硫酸混合，硫酸加入量為所述混合料質(zhì)量的1.8倍，使用的硫酸濃度為93 %，混合均勻后，在熟化溫度230°C，熟化時(shí)間12h條件下得到硫酸熟化料。硫酸熟化料在溫度650°C進(jìn)行快速還原焙燒，焙燒時(shí)間7min。
[0066]對(duì)還原焙砂進(jìn)行低溫低堿拜耳法溶出，溶出條件為:溶出溫度90°C，堿濃度50g/L，配料分子比(1,1.4，時(shí)間1201^11，鋁浸出率在92(%。對(duì)溶出液進(jìn)行碳分，得到氫氧化鋁產(chǎn)品，煅燒后制備冶金級(jí)氧化鋁產(chǎn)品，碳分母液二次碳化沉淀富集鎵，鎵沉淀率85 %。
[0067]實(shí)施例8
[0068]將粉碎至200目含炭20%的煤矸石粉與粉煤灰按質(zhì)量比1:1混合，得到含炭15%的混合料，將混合料與硫酸混合，硫酸加入量為所述混合料質(zhì)量的1.8倍，使用的硫酸濃度為93 %，混合均勻后，在熟化溫度320°C，熟化時(shí)間4h條件下得到硫酸熟化料。硫酸熟化料在溫度700°C進(jìn)行快速還原焙燒，焙燒時(shí)間lOmin。
[0069]對(duì)還原焙砂進(jìn)行低溫低堿拜耳法溶出，溶出條件為:溶出溫度95°C，堿濃度10g/L，配料分子比0,1.0，時(shí)間801^11，石灰添加量1%。此時(shí)，鋁的實(shí)際溶出率在93%，對(duì)溶出液進(jìn)行種分，得到氫氧化鋁產(chǎn)品，煅燒后制備冶金級(jí)氧化鋁產(chǎn)品。種分母液采用酰胺肟樹脂吸附鎵，鎵吸附率85%。
【權(quán)利要求】
1.一種粉煤灰與煤矸石協(xié)同處理提取氧化鋁的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)配料:將煤矸石粉與粉煤灰按質(zhì)量比1:1-1:10進(jìn)行配料得到混合料，混合料中的炭含量控制在3-20% ； (2)硫酸熟化:將上述步驟(I)得到的混合料與濃硫酸按一定比例混合均勻后進(jìn)行熟化，得到硫酸熟化料； (3)還原焙燒:將上述步驟(2)得到的硫酸熟化料在還原氣氛下進(jìn)行還原焙燒脫硫，得到焙砂和含硫煙氣，含硫煙氣收集后制酸返回步驟(2)循環(huán)使用； (4)焙砂堿浸:將上述步驟(3)得到的焙砂用含氫氧化鈉的溶液進(jìn)行堿浸，浸出完成后液固分離，得到鋁酸鈉溶液和富硅渣； (5)制備氧化鋁:將上述步驟(4)所得到的鋁酸鈉溶液經(jīng)種分或碳分制備氫氧化鋁，然后固液分離，得到氫氧化鋁和母液，母液返回步驟(4)循環(huán)使用，氫氧化鋁經(jīng)煅燒生產(chǎn)氧化招。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(I)中所述煤煤矸石粉碎粒度為100 ?200 目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(2)中硫酸加入量為所述煤矸石粉與粉煤灰混合料質(zhì)量的1-2.5倍，優(yōu)選1.1-1.5倍，硫酸的濃度> 85%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(2)中熟化溫度100-400°C，優(yōu)選200-300°C，熟化時(shí)間 l_24h，優(yōu)選 l_4h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(3)中還原焙燒溫度500-900°C，優(yōu)選650-800°C，還原焙燒時(shí)間0.l-60min，優(yōu)選0.l_15min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(3)中所述的還原焙燒為快速流態(tài)化焙燒，焙燒爐為循環(huán)流態(tài)化焙燒爐、氣態(tài)懸浮焙燒爐或流態(tài)閃速焙燒爐中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(4)所述的堿浸為常壓堿浸、加壓堿浸或拜耳法溶出中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(4)所述的堿浸，其堿浸條件為:溶出溫度80-250°C，堿濃度30-220g/L，浸出時(shí)間20_80min，配料分子比a k0.8-2.0,石灰添加量0-15%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其步驟(5)所述的制備氧化鋁當(dāng)采用碳分制備氧化鋁時(shí)，母液經(jīng)過(guò)苛化處理后循環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其步驟(5)所述的母液，當(dāng)母液中含有鎵時(shí)，定期抽出部分母液采用碳化沉淀、離子交換或溶劑萃取法回收鎵。
【文檔編號(hào)】C01F7/02GK104445312SQ201410601386
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】蔣開喜, 蔣訓(xùn)雄, 范艷青, 汪勝東, 張登高 申請(qǐng)人:北京礦冶研究總院