一種粉煤灰的分解方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)廢棄物綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粉煤灰的分解方法，使其中鋁、鐵元素轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的可溶性鹽類，硅轉(zhuǎn)化為硅酸鈉。
【背景技術(shù)】
[0002]粉煤灰是一種由發(fā)電廠排放的高分散度的固態(tài)集合體，其主要化學(xué)組成有Si02、A1203、Fe203、Ca、Mg、S、K及未燃盡的炭等。由粉煤灰制備硫酸銷、氧化銷、聚合氯化銷、聚合氯化鋁鐵、硅酸鈉、白炭黑等高附加值產(chǎn)品，是對(duì)粉煤灰進(jìn)行資源化綜合利用的重要途徑。而實(shí)現(xiàn)這一途徑的前提，是要首先在粉煤灰的分解等關(guān)鍵技術(shù)上獲得突破。尤其是采用經(jīng)濟(jì)、合理、有效的方法對(duì)粉煤灰進(jìn)行分解處理，使其中的鋁、鐵等金屬元素溶出，是實(shí)現(xiàn)硅、鋁、鐵等元素分離及相關(guān)化合物制備的前提。
[0003]粉煤灰的物相組成主要為莫來(lái)石(Al6Si2O13)、石英(S12)和玻璃體。莫來(lái)石是一種鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽，是粉煤灰的主要物相組成。常溫下既不溶于酸，也不溶于堿，低于1200°C時(shí)性質(zhì)穩(wěn)定，受熱也不會(huì)發(fā)生分解。因此，要使粉煤灰中的金屬氧化物分解，就要設(shè)法破壞莫來(lái)石的S1-O-Al鍵，以提高氧化鋁及其它金屬氧化物的化學(xué)活性。
[0004]目前，分解粉煤灰的工藝方法有酸浸取法、堿焙燒法、硫酸銨焙燒法等。焙燒法是用NaOH、Na2CO3、堿石灰或(NH4) 2S04在高溫下煅燒使莫來(lái)石中的S1-O-Al鍵受到破壞，使鋁轉(zhuǎn)化為可浸取的偏鋁酸鈉、鋁酸鈣或硫酸鋁銨，然后進(jìn)行酸解，并以此為基礎(chǔ)制備鋁、鐵、硅的化合物等。酸浸法是以硫酸或鹽酸直接對(duì)粉煤灰進(jìn)行分解，使氧化鋁、氧化鐵轉(zhuǎn)化為易溶的硫酸鹽而被浸出。
[0005]焙燒法工藝具有工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)介質(zhì)可循環(huán)利用，易操作，適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。但卻存在著能耗高，成本高，排渣量大等不足；酸浸取法的優(yōu)點(diǎn)是分解過(guò)程粉煤灰中的S12幾乎不會(huì)被浸出，反應(yīng)溫度低，耗能低，處理成本低。存在的不足是對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高，同時(shí)，由于粉煤灰特殊的物相結(jié)構(gòu)，使得其金屬氧化物分解率較低。
[0006]專利CN103820651A公開了一種從粉煤灰中溶出鋁的方法。該方法首先對(duì)粉煤灰進(jìn)行預(yù)處理；然后向預(yù)處理后的粉煤灰中加入鹽酸醇溶液進(jìn)行酸溶反應(yīng)，得到酸溶后產(chǎn)物。該工藝首先需要將氯化氫溶入甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和乙二醇溶液中制備鹽酸醇溶液，工藝過(guò)程需要消耗一定的量的醇類，同時(shí)又沒(méi)有提出醇的回收方法，對(duì)分解成本控制不利。此夕卜，該工藝僅僅適用于化學(xué)活性較高的循環(huán)流化床鍋爐所產(chǎn)生粉煤灰的分解。而且分解過(guò)程需要在加壓(0.l~2.5Mpa)條件下進(jìn)行。醇類的易燃性加之分解過(guò)程的壓力條件，增加了工藝過(guò)程的安全負(fù)擔(dān)。
[0007]專利CN103663511A公開了一種工業(yè)固體廢棄物處理利用生產(chǎn)氧化鋁的方法。工藝過(guò)程首先將粉煤灰活化；然后將活化后的粉煤灰與鹽酸混合，將混合后的漿液送入反應(yīng)器中，進(jìn)行分解反應(yīng)，反應(yīng)降溫后進(jìn)行固液分離，得到氯化鋁液體和高硅渣。該專利存在的不足是:酸解反應(yīng)溫度與機(jī)械活化時(shí)粉煤灰粉細(xì)度呈反比，粉煤灰細(xì)度在100~800目之間，酸解反應(yīng)溫度在230~160°C之間。工業(yè)實(shí)踐告訴我們，制備300目以上的粉體需要消耗大量的能源，而控制反應(yīng)溫度在160°C以上則需在加壓條件下進(jìn)行。同時(shí)，該工藝提出的另一種活化方法即加熱活化法，活化溫度在600~800°C之間，其實(shí)質(zhì)是一種煅燒，因此對(duì)節(jié)約設(shè)備投資、控制粉煤灰分解過(guò)程的能源消耗十分不利。
[0008]專利CN103435078A公開了一種粉煤灰酸法溶出鋁的方法，工藝過(guò)程首先將粉煤灰加水配制成粉煤灰料漿；然后將粉煤灰料漿和酸溶液分別升溫進(jìn)行預(yù)熱；再將預(yù)熱后的粉煤灰料漿和酸溶液分別加入反應(yīng)釜中形成混合料漿；將所述混合料漿在125°C ~160°C下保溫1.5h~3h進(jìn)行鋁的溶出反應(yīng)。本方法的不足在于:一是僅僅適用于循環(huán)流化床鍋爐所產(chǎn)生的粉煤灰和經(jīng)過(guò)活化的粉煤爐產(chǎn)生的粉煤灰，不僅使用范圍受限，而且在使用其他類型的粉煤灰時(shí)需要進(jìn)行活化處理，按照公知技術(shù)，其活化處理辦法一是機(jī)械活化，二是熱活化，兩種活化方式均需增加設(shè)備投資和能源消耗，對(duì)成本控制不利。二是分解率偏低，氧化鋁分解率僅為60~70%，資源利用水平不高。
[0009]專利CN103754912A是一種利用煤矸石粉煤灰制取氧化鋁的方法，通過(guò)煤矸石和氫氟酸、硫酸反應(yīng)，將煤矸石粉煤灰分解，得到煤粉、氫氧化鋁等高附加值產(chǎn)品。其分解工藝步驟包括:
1)物料的配比:按煤矸石1000kg、30%~45%氟硅酸6m3、50%~90%硫酸0.3-0.5m3的比例，加入反應(yīng)釜中；
2)反應(yīng)釜反應(yīng):將反應(yīng)釜中的物料加熱攪拌，控制溫度130°C~170°C之間，直接反應(yīng)完畢，蒸干，得到固體反應(yīng)產(chǎn)物；
3)固體反應(yīng)產(chǎn)物的溶解:將步驟2)中得的固體反應(yīng)產(chǎn)物以2~10的水溶解，用離心機(jī)分離不溶物，得到濾液。
[0010]該方法的不足在于:分解過(guò)程需要消耗大量的氟硅酸，而且由于反應(yīng)過(guò)程有大量的氫氟酸產(chǎn)生，因此對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求較高。
[0011]綜上所述，目前對(duì)粉煤灰進(jìn)行分解的工藝有堿石灰煅燒法、碳酸鈉煅燒法、硫酸銨煅燒法等。酸浸法研宄和報(bào)道的較少，但從已報(bào)道的工藝看，普遍存在著分解率低，有廢渣、廢氣或廢水產(chǎn)生，有一定的環(huán)境或安全負(fù)擔(dān)等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了以螢石為活化劑、在不對(duì)粉煤灰進(jìn)行煅燒的條件下，以酸和氫氧化鈉為分解劑對(duì)粉煤灰進(jìn)行分解處理，使其中的鋁、鐵元素轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的可溶性鹽類，硅轉(zhuǎn)化為硅酸鈉的方法。達(dá)到簡(jiǎn)化工藝流程、節(jié)約設(shè)備投資、降低能源消耗、提高粉煤灰中各有價(jià)元素分解率的目的。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種粉煤灰的分解方法，其特征在于按下述步驟進(jìn)行:
(I )、首先將粉煤灰粉碎至一定細(xì)度，然后送入一級(jí)酸解工序與來(lái)自二級(jí)酸解工序的酸浸出液混合，在以螢石或工業(yè)氟化鈣為活化劑的條件下，加入硫酸或鹽酸或硝酸進(jìn)行一級(jí)酸解反應(yīng)，活化劑的使用使粉煤灰中莫來(lái)石S1-O-Al鍵受到破壞，提高了粉煤灰中鋁、鐵元素的化學(xué)活性，在硫酸或鹽酸或硝酸作用下將其中的鋁、鐵元素轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的可溶性鹽類，再經(jīng)過(guò)濾分離出含有鋁鹽、鐵鹽的酸浸出液；
(2)、將一級(jí)酸解工序經(jīng)過(guò)濾所得的一級(jí)酸解殘?jiān)c來(lái)自三級(jí)酸解工序的酸浸出液混合，并按步驟(I)所述的酸解方法進(jìn)行二級(jí)酸解反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)分離收得二級(jí)酸解殘?jiān)投?jí)酸浸出液，將二級(jí)酸浸出液送一級(jí)酸解工序用作配料液，二級(jí)酸解殘?jiān)腿?jí)酸解工序用于三級(jí)酸解配料；
(3)、將二級(jí)酸解工序經(jīng)過(guò)濾所得的二級(jí)酸解殘?jiān)c來(lái)自四級(jí)酸解工序的酸浸出液混合，并按步驟(I)所述的酸解方法進(jìn)行三級(jí)酸解反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)分離收得三級(jí)酸解殘?jiān)腿?jí)酸浸出液；將三級(jí)酸浸出液送二級(jí)酸解工序用作配料液，三級(jí)酸解殘?jiān)退募?jí)酸解工序用于四級(jí)酸解配料；
(4)、將三級(jí)酸解工序經(jīng)過(guò)濾所得的三級(jí)酸解殘?jiān)c來(lái)自五級(jí)酸解工序的酸浸出液混合，并按步驟(I)所述的酸解方法進(jìn)行四級(jí)酸解反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)分離收得四級(jí)酸解殘?jiān)退募?jí)酸浸出液；將四級(jí)酸浸出液送三級(jí)酸解工序用作配料液，四級(jí)酸解殘?jiān)驼{(diào)模工序;
(5)、調(diào)模分二步，第一步調(diào)模:將四級(jí)酸解殘?jiān)?jīng)洗滌后與堿解工序所產(chǎn)生的低模數(shù)水玻璃混合并反應(yīng)，使酸解殘?jiān)械幕钚远趸?