一種粉煤灰堿浸燒結(jié)水熱法生產(chǎn)硅灰石及氧化鋁的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于粉煤灰固體廢物綜合利用及礦物加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種粉煤灰堿浸燒結(jié)水熱法生產(chǎn)硅灰石及氧化鋁的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國(guó)內(nèi)蒙古中西部、山西北部等地區(qū)的部分煤田中蘊(yùn)藏豐富的高鋁煤炭資源，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量近1000億噸，折合高鋁粉煤灰量約150億噸，相當(dāng)于我國(guó)目前鋁土礦保有儲(chǔ)量的8倍以上，并且部分粉煤灰中的氧化鋁含量可達(dá)到40~50%，這種粉煤灰一般稱作高鋁粉煤灰。粉煤灰從電廠發(fā)電角度是主要固廢物，但由于高鋁煤炭燃燒產(chǎn)生的高鋁粉煤灰中的氧化鋁含量可達(dá)35~45%，有的甚至高達(dá)50%以上，硅含量一般在35%以上。高鋁粉煤灰是寶貴的含硅原料和含鋁原料，具有較高的經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值。
[0003]目前高鋁煤炭主要作為火力發(fā)電的燃料燃燒，上述地區(qū)積存的高鋁粉煤灰固體廢物早已超過I億噸，而且每年還在以約2500萬(wàn)噸的規(guī)模增長(zhǎng)。2010年，如準(zhǔn)格爾煤田生產(chǎn)的I億噸煤炭產(chǎn)量中，除4000萬(wàn)噸用于蒙西地區(qū)的16座火力發(fā)電廠，年產(chǎn)出高鋁粉煤灰1270萬(wàn)噸，其它6000萬(wàn)噸高鋁煤炭被運(yùn)到區(qū)外分散燃燒。高鋁煤炭大量地分散燃燒、混燒摻燒，降低了高鋁粉煤灰的氧化鋁含量，損害了鋁元素高端化利用價(jià)值，同時(shí)也損害了硅元素的高端化利用價(jià)值，給集中開發(fā)利用帶來困難。近年來，盡管我國(guó)綜合利用粉煤灰技術(shù)開發(fā)取得了很大的進(jìn)展，但總體上看，綜合利用粉煤灰主要受技術(shù)進(jìn)步制約，受地域、經(jīng)濟(jì)以及市場(chǎng)環(huán)境影響。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的粉煤灰綜合利用與國(guó)外發(fā)電廠的粉煤灰綜合利用方式大致相同，一般用作水泥原料、鋪路或制作砌塊、磚等，但大多主要以灰場(chǎng)堆放為主，屬于簡(jiǎn)單的初級(jí)利用。這大幅度降低了高鋁粉煤灰中氧化鋁和硅元素的的附加值，等于間接地浪費(fèi)了鋁資源和硅資源。同時(shí)，高鋁粉煤灰的大量堆放既浪費(fèi)土地資源又浪費(fèi)水資源，還污染環(huán)境，粉煤灰的深度綜合利用面臨的形勢(shì)仍十分嚴(yán)峻。
[0004]鋁是現(xiàn)代節(jié)能、環(huán)保、綠色金屬材料，我國(guó)已是世界最大的鋁和氧化鋁生產(chǎn)國(guó)；2013年我國(guó)金屬鋁年產(chǎn)量已達(dá)2194萬(wàn)噸，在國(guó)際占比大于47% ;2013年我國(guó)氧化鋁在國(guó)際占比大于42% ；2014年氧化鋁建設(shè)產(chǎn)能6470萬(wàn)噸，運(yùn)行產(chǎn)能超過5340萬(wàn)噸。然而，我國(guó)鋁土礦資源相當(dāng)匱乏，鋁土礦儲(chǔ)量?jī)H占世界總儲(chǔ)量的5%左右，且多為難處理的低品位一水硬鋁石型鋁土礦，加上近年來國(guó)外鋁土礦的限購(gòu)政策，鋁土礦資源問題已經(jīng)成為我國(guó)氧化鋁及鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最大瓶頸。
[0005]傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)硅灰石一般通過硅灰石原礦選礦制得，也有用石灰石燒制生石灰和硅石粉水熱合成的，這兩種方法對(duì)資源和環(huán)境影響很大。
[0006]現(xiàn)有用高鋁粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁或氧化鋁的各種工藝均產(chǎn)生大量的硅鈣渣或硅渣，這些硅鈣渣或硅渣的大規(guī)模合理利用已成為各種粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁工藝發(fā)展的巨大瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種粉煤灰堿浸燒結(jié)水熱法生產(chǎn)硅灰石及氧化鋁的方法，通過將高鋁粉煤灰先提取硅，然后堿浸生產(chǎn)氧化鋁，再制備硅灰石，在充分利用高鋁粉煤灰的同時(shí)，降低環(huán)境污染，并降低硅灰石等產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
[0008]本發(fā)明的粉煤灰堿浸燒結(jié)水熱法生產(chǎn)硅灰石及氧化鋁的方法主要包括以下步驟:
1、化學(xué)選礦:將粉煤灰放入裝有化學(xué)選礦溶劑的配料槽進(jìn)行配料，化學(xué)選礦溶劑含Na2O 30~120g/L，含S12S 5g/L ;配料比例按化學(xué)選礦溶劑與粉煤灰重量比為3~9 ;然后經(jīng)化學(xué)選礦處理，反應(yīng)溫度70~120°C、反應(yīng)時(shí)間30~600 min ;獲得的化學(xué)選礦漿液經(jīng)過水平帶式過濾機(jī)進(jìn)行連續(xù)分離及洗滌，獲得洗滌濾渣和粗制硅酸鈉溶液；將洗滌濾渣再次洗滌后制成水重量含量在30~45%的粉煤灰精礦；
2、堿浸生產(chǎn)氧化鋁:將粉煤灰精礦用鋁酸鈉溶液浸出，所述的鋁酸鈉溶液的中Na2O濃度為180~245g/L，Na2CHK2O與Al2O3的摩爾比為2.5-3.2，粉煤灰精礦與鋁酸鈉溶液的混合比例按全部物料中Na2CHK2O與Al2O3的摩爾比為1.53-1.6，浸出溫度為255~280°C，反應(yīng)時(shí)間為30~120min ;浸出完成后經(jīng)多級(jí)閃蒸回收余熱后降到常壓狀態(tài)，獲得堿浸漿液；向堿浸漿液中添加稀釋溶液獲得稀釋堿浸渣漿液，稀釋溶液的加入量按稀釋堿浸渣漿液中Na2O濃度為130~165g/L控制；然后將稀釋堿浸渣漿液進(jìn)行常壓脫硅反應(yīng)，獲得常壓脫硅漿液；用水平膠帶式過濾機(jī)進(jìn)行多次反向洗滌分離，獲得分離溶液、堿浸渣洗滌液和粉煤灰堿浸渣洗滌料；分離溶液經(jīng)過自動(dòng)葉濾機(jī)精制，獲得固體浮游物小于15mg/L的精制鋁酸鈉溶液；精制鋁酸鈉溶液采用加氫氧化鋁晶種梯度降溫分解生產(chǎn)砂狀氫氧化鋁及氧化鋁，此過程中產(chǎn)生的分解母液進(jìn)行蒸發(fā)處理，獲得Na2O濃度為180~245 g/L的鋁酸鈉溶液，然后循環(huán)使用；堿浸渣洗滌液中Na2Ok濃度為50~70g/L ；
3、制備生料漿:將粉煤灰堿浸渣洗滌料、石灰石和無(wú)煙煤混合后配制成生料漿:配制比例按生料漿中主CaO與S12的摩爾比為1.95-2.05，副CaO與T1 2的摩爾比為1，主CaO與副CaO之和為生料漿中的全部CaO ；Na20和K2O的總摩爾數(shù)為總堿摩爾數(shù)，Al2O3和Fe 203的總摩爾數(shù)為總銷鐵摩爾數(shù)，總堿摩爾數(shù)與總銷鐵摩爾數(shù)的比值為0.85-1.1，生料楽中水的重量含量為35~45%，并且生料漿的固體部分中粒度多300 μ m的物料占全部固體部分物料< 5% ;當(dāng)總堿摩爾數(shù)不足時(shí)加入工業(yè)碳酸鈉調(diào)節(jié)；
4、燒結(jié)制備熟料:將生料漿用出口壓力達(dá)2.0-5.0MPa的料漿泵經(jīng)噴槍噴入法送入熟料燒結(jié)窯進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1040~1350°C，燒結(jié)時(shí)間為10~60 min，燒結(jié)完成后冷卻至常溫篩分破碎至粒度< 15 _，獲得燒結(jié)粉料作為熟料；
5、熟料溶出及分離洗滌:準(zhǔn)備熟料溶出調(diào)整液，熟料溶出調(diào)整液中Al2O3濃度為45~70g/L，全部熟料溶出調(diào)整液與熟料的重量比為3~6 ；將熟料送入棒磨機(jī)或球磨機(jī)的同時(shí)，加入熟料重量0.6-2倍的熟料溶出調(diào)整液，進(jìn)行濕法磨礦溶出；其余的熟料溶出調(diào)整液加入到棒磨機(jī)或球磨機(jī)配套的分級(jí)機(jī)內(nèi)；控制溶出溫度為68~78°C，溶出時(shí)間為10~30min ;溶出后獲得的溶出漿液的固體含量為100~300g/L ;溶出漿液經(jīng)沉降或過濾分離，獲得固相和液相；將固相進(jìn)行洗滌處理，獲得水重量含量在30~45%的硅酸二鈣洗滌料；液相為含硅鋁酸鈉的熟料溶出液，含Al2O3 80~140g/L，含S12 3~7g/L ;將含硅鋁酸鈉的熟料溶出液或步驟2中的堿浸渣洗滌液作為步驟4中的稀釋溶液；
6、制備硬硅鈣石前驅(qū)體原始漿料:將硅酸二鈣洗滌料與硅酸鈉溶液進(jìn)行配料，配料比按Ca與Si的摩爾比為0.85-1.05，然后與重量為其3~20倍的水混合并攪拌均勻，獲得硬硅鈣石前驅(qū)體原始漿料；所述的硅酸鈉溶液的Na2O濃度為30~120g/L，S12濃度為15~60g/L ；
7、水熱合成制備硬硅鈣石前驅(qū)體:將硬硅鈣石前驅(qū)體原始漿料用蒸汽套管預(yù)熱器或列管預(yù)熱器間接預(yù)熱至80~120°C，進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間30~300min ;當(dāng)水熱合成反應(yīng)溫度>105°C時(shí)，反應(yīng)完成后經(jīng)閃蒸降壓、過濾分離洗滌獲得固相和含硅氫氧化鈉溶液；當(dāng)水熱合成反應(yīng)溫度< 105°C時(shí)，直接進(jìn)行過濾分離獲得固相和含硅氫氧化鈉溶液；將固相洗滌后獲得硬