專利名稱：高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢棄物綜合利用領(lǐng)域，具體涉及一種高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取 氧化鋁和白炭黑的方法。
背景技術(shù)：
粉煤灰是我國排放量最大的固體廢棄物之一，大量堆積給環(huán)境和社會(huì)造成巨大的 壓力，同時(shí)也是一種氧化鋁和氧化硅資源的浪費(fèi)。利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁和硅化合物， 符合發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的要求，近年來已成為許多科研人員和企業(yè)關(guān)注和研 究的熱點(diǎn)。在此方面發(fā)表的專利主要有87101461. 0,200410062965. X,200410090949. 1、 200510048274.9,200610012780.7,200610139420. 3,200710062534. 7,200710065366. 7、 200710012997.2,200710116525. 1,200710017304. 9、、200710017453. 5,200710061662. X、 200710068433. 0,200710110423. 9,200710118679.4,200710133216.5,200710150915.0、 200810017869.1,200810115355. X,200810115357. 9,200810084472. 4,200810115357. 9、 200810302421. 4等?？傮w來看，從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁的方法主要分為堿法、酸法和酸 堿聯(lián)合法。堿法和酸堿聯(lián)合法需要將高鋁粉煤灰及助劑在高溫下燒結(jié)，其處理的過程能耗 大；而酸法對(duì)設(shè)備的耐腐蝕性要求苛刻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低能耗、低物耗、無污染的從高鋁粉煤灰中提取氧化 鋁和硅化合物的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種采用高鋁粉煤灰 兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的方法，其特征在于包括以下步驟(1)高鋁粉煤灰預(yù)處理將高鋁粉煤灰粉磨細(xì)；(2)初步堿溶制備硅酸鈉溶液磨細(xì)的高鋁粉煤灰與堿液(a)混合，其中，堿液(a) 的濃度為4 8mol/L，堿液(a)與粉煤灰的質(zhì)量比為2 5，加熱至85 95°C，在該溫度 下，進(jìn)行初步堿溶，初步堿溶后過濾分離，濾液即為硅酸鈉溶液，濾餅為脫硅粉煤灰。本步驟 發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為Si02+2Na0H — Na2Si03+H20(3)硅酸鈉溶液碳酸化分解制備白炭黑硅酸鈉溶液稀釋至17 20° Β ，置于碳 化反應(yīng)釜中，在50 90°C條件下，通入CO2氣體，監(jiān)測(cè)反應(yīng)過程中pH值變化，至pH值降低 至8 9時(shí)終止反應(yīng)，過濾分離，濾餅經(jīng)洗滌和干燥，即為白炭黑產(chǎn)品，濾液為碳酸鈉溶液。 本步驟發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為Na2Si03+C02+2H20 — H4Si04+Na2C03H4SiO4 — Si02+2H20(4)苛化將步驟(3)得到的碳酸鈉溶液，加入石灰乳苛化，其中，碳酸鈉溶液與石 灰乳的體積比為3 5，得到的堿液蒸發(fā)濃縮后循環(huán)用作初步堿溶的堿液(a)；(5)脫硅粉煤灰二步堿溶制備富鋁堿液脫硅粉煤灰、石灰和堿液(b)按一定比例
4混合均勻，置于襯鎳的不銹鋼反應(yīng)釜中，其中，堿液(b)的濃度為15 20mol/L，脫硅粉煤 灰、石灰與堿液(b)的質(zhì)量比為100 30 300 100 50 700，加熱至240 280°C， 并在該溫度下保溫進(jìn)行二步堿溶，二步堿溶結(jié)束后通冷凝水冷卻，直到釜內(nèi)溫度降至80 90°C過濾分離，濾液為富鋁堿液，濾餅為硅鈣堿渣。本步驟發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為Al6Si2013+2Ca0+8Na0H+7H20 — 2NaCaHSi04+6NaAl (OH) 4Al203+2Na0H+3H20 — 2NaAl (OH) 4(6)富鋁堿液制備鋁酸鈣向富鋁堿液中加入石灰，反應(yīng)后，過濾分離，濾餅為鋁 酸鈣，濾液作為堿液(b)循環(huán)用于二步堿溶；本步驟發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為2NaAl (OH) 4+3Ca0+3H20 — Ca3Al2 (OH) 12+2Na0H(7)鋁酸鈣制備鋁酸鈉溶液將步驟(6)所得的鋁酸鈣濾餅與碳酸鈉溶液反應(yīng)，其 中，碳酸鈉溶液中Na2O的濃度為100 150g/L，得到鋁酸鈉溶液和碳酸鈣渣，碳酸鈣渣煅燒 后得到石灰，循環(huán)用于步驟(6)。本步驟發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為Ca3Al2 (OH) 12+3Na2C03 — 2NaA102+3CaC03 I +4Na0H+4H20(8)鋁酸鈉溶液制備氧化鋁向鋁酸鈉溶液中通入CO2氣體，直到溶液的pH值為 10 12，停止通氣，過濾分離，濾餅即為Al (OH) 3 ；調(diào)整濾液濃度使其中Na2O的濃度為100 150g/L，返回步驟(7)中，用于和步驟(6)所得的鋁酸鈣濾餅反應(yīng)，Al (OH)3經(jīng)洗滌后，在 800 1200°C的條件下煅燒1 3h制得氧化鋁產(chǎn)品。(9)硅鈣堿渣回收堿步驟(5)得到的硅鈣堿渣，與稀堿液混合，在140 180°C條 件下，反應(yīng)后過濾分離，得硅鈣渣和堿液，其中，堿液蒸發(fā)濃縮后用于補(bǔ)充堿液(a)或堿液 (b)，硅鈣渣用作生產(chǎn)墻體材料的原料。本步驟發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為NaCaHSi04+nH20 — CaSi 03 · nH20+Na0H在本發(fā)明中，所述的石灰乳一般是在氧化鈣中加水生成的，生成的是氫氧化鈣的 懸濁液(即水溶液中還存在著沒有溶解的氫氧化鈣)，其中，水是氧化鈣質(zhì)量的2. 5-3倍。步驟(1)中，所述的高鋁粉煤灰磨細(xì)至粒度為-200目大于90%。步驟⑵中，所述的堿溶時(shí)間為60 150min。步驟(3)中，所述的CO2氣體的濃度為35 40vt% ；步驟(3)中，所得的濾餅洗滌次數(shù)為3 6次，洗滌方式為反向洗滌，步驟(3)中，所述的濾餅的干燥溫度為450°C，干燥時(shí)間為60 120min。步驟⑷中，所述的苛化溫度75 90°C，苛化時(shí)間為30 90min。步驟(5)中，所述的二步堿溶時(shí)間為15 90min。步驟(6)中，所述的石灰的加入量以g計(jì)，相對(duì)于IL的富鋁堿液，石灰的加入量為 90 130g/L，即每升富鋁堿液含有90 130g的石灰。步驟(6)中，反應(yīng)溫度為25 40°C，反應(yīng)時(shí)間為5 9h。步驟(7)中，所述的鋁酸鈣濾餅與碳酸鈉溶液的質(zhì)量比為1 2 1 4。步驟(7)中，反應(yīng)的溫度為90 160°C，反應(yīng)的時(shí)間為90 150min。步驟⑶中，所述的CO2氣體的濃度為35 40vt%。步驟(8)中，氫氧化鋁的洗滌次數(shù)為3 6次，洗滌方式為反向洗滌。步驟(9)中，所述的稀堿液的濃度為1 2mol/L，稀堿液和硅鈣堿渣的質(zhì)量比為 3 8。
步驟(9)中，反應(yīng)時(shí)間為60 120min。本項(xiàng)發(fā)明采用了兩步堿溶法，避免了前人利用高鋁粉煤灰制備氧化鋁過程中的高 溫?zé)Y(jié)，反應(yīng)條件較為溫和，對(duì)設(shè)備的要求不高。堿溶的堿液循環(huán)利用，降低了物料消耗，并 且整個(gè)工藝過程中不產(chǎn)生廢水、廢渣等二次污染。


圖1是高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的工藝流程圖如圖1所示。 在圖1中可以清楚看到下述(1)_(9)的9個(gè)步驟(1)將高鋁粉煤灰粉磨成粉磨粉煤灰的步驟；(2)將粉磨粉煤灰進(jìn)行初步堿溶，得到硅酸鈉溶液和脫硅粉煤灰的步驟；(3)將CO2通入硅酸鈉溶液中，得到碳酸鈉溶液和硅酸膠體，并將硅酸膠體洗滌干 燥得到白炭黑的步驟；(4)將碳酸鈉溶液苛化得到堿液的步驟，并將堿液返回，用于粉磨粉煤灰進(jìn)行初步 堿溶；(5)將脫硅粉煤灰、石灰和堿液混合，進(jìn)行二步堿溶制成富鋁堿液和硅鈣堿渣的步 驟；(6)富鋁堿液中加入石灰后，過濾分離得到鋁酸鈣和堿液的步驟，堿液用于二步堿 溶；(7)將鋁酸鈣與碳酸鈉溶液反應(yīng)后過濾分離，得到鋁酸鈉溶液的步驟；(8)向鋁酸鈉溶液中通入CO2氣體進(jìn)行碳酸化分解，得到濾液(即碳酸鈉溶液)和 氫氧化鋁的步驟，濾液(即碳酸鈉溶液)調(diào)整Na2O濃度至100-150g/L后返回步驟(7)中 用于和鋁酸鈣反應(yīng)；氫氧化鋁經(jīng)洗滌煅燒得到氧化鋁；(9)硅鈣堿渣經(jīng)堿回收，得到硅鈣渣的步驟。具體來說(1)某地高鋁粉煤灰化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，將其粉磨至粒度為-200目大于 90%。表1某地高鋁粉煤灰的化學(xué)成分分析結(jié)果(WB% )
權(quán)利要求
一種高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的方法，其特征在于包括以下步驟(1)高鋁粉煤灰預(yù)處理將高鋁粉煤灰粉磨細(xì)；(2)初步堿溶制備硅酸鈉溶液磨細(xì)的高鋁粉煤灰與堿液(a)混合，其中，堿液(a)的濃度為4～8mol/L，堿液(a)與粉煤灰的質(zhì)量比為2～5，加熱至85～95℃，在該溫度下，進(jìn)行初步堿溶，初步堿溶后過濾分離，濾液即為硅酸鈉溶液，濾餅為脫硅粉煤灰；(3)硅酸鈉溶液碳酸化分解制備白炭黑硅酸鈉溶液稀釋至17～20°Bé，置于碳化反應(yīng)釜中，在50～90℃條件下，通入CO2氣體，監(jiān)測(cè)反應(yīng)過程中pH值變化，至pH值降低至8～9時(shí)終止反應(yīng)，過濾分離，濾餅經(jīng)洗滌和干燥，即為白炭黑產(chǎn)品，濾液為碳酸鈉溶液；(4)苛化將步驟(3)得到的碳酸鈉溶液，加入石灰乳苛化，其中，碳酸鈉溶液與石灰乳的體積比為3～5，得到的堿液蒸發(fā)濃縮后循環(huán)用作初步堿溶的堿液(a)；(5)脫硅粉煤灰二步堿溶制備富鋁堿液脫硅粉煤灰、石灰和堿液(b)按一定比例混合均勻，置于襯鎳的不銹鋼反應(yīng)釜中，其中，堿液(b)的濃度為15～20mol/L，脫硅粉煤灰、石灰與堿液(b)的質(zhì)量比為100∶30∶300～100∶50∶700，加熱至240～280℃，并在該溫度下保溫進(jìn)行二步堿溶，二步堿溶結(jié)束后通冷凝水冷卻，直到釜內(nèi)溫度降至80～90℃過濾分離，濾液為富鋁堿液，濾餅為硅鈣堿渣；(6)富鋁堿液制備鋁酸鈣向富鋁堿液中加入石灰，反應(yīng)后，過濾分離，濾餅為鋁酸鈣，濾液作為堿液(b)循環(huán)用于二步堿溶；(7)鋁酸鈣制備鋁酸鈉溶液將步驟(6)所得的鋁酸鈣濾餅與碳酸鈉溶液反應(yīng)，其中，碳酸鈉溶液中Na2O的濃度為100～150g/L，得到鋁酸鈉溶液和碳酸鈣渣，碳酸鈣渣煅燒后得到石灰，循環(huán)用于步驟(6)；(8)鋁酸鈉溶液制備氧化鋁向鋁酸鈉溶液中通入CO2氣體，直到溶液的pH值為10～12，停止通氣，過濾分離，濾餅即為Al(OH)3；調(diào)整濾液濃度使其中Na2O的濃度為100～150g/L，返回步驟(7)中，用于和步驟(6)所得的鋁酸鈣濾餅反應(yīng)，Al(OH)3經(jīng)洗滌后，在800～1200℃的條件下煅燒1～3h制得氧化鋁產(chǎn)品；(9)硅鈣堿渣回收堿步驟(5)得到的硅鈣堿渣，與稀堿液混合，在140～180℃條件下，反應(yīng)后過濾分離，得硅鈣渣和堿液，其中，堿液蒸發(fā)濃縮后用于補(bǔ)充堿液(a)或堿液(b)，硅鈣渣用作生產(chǎn)墻體材料的原料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的方法，其特征 在于，步驟(2)中，所述的初步堿溶時(shí)間為60 150min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的方法，其特征 在于，步驟(3)中，所述的CO2氣體的濃度為35 40vt % ；所得的濾餅洗滌次數(shù)為3 6次， 洗滌方式為反向洗滌，濾餅的干燥溫度為450°C，干燥時(shí)間為60 120min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的方法，其特征 在于，步驟⑷中，所述的苛化溫度75 90°C，苛化時(shí)間為30 90min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的方法，其特征 在于，步驟(5)中，所述二步堿溶時(shí)間為15 90min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的方法，其特 征在于，步驟(6)中，所述的石灰的加入量以g計(jì)，相對(duì)于IL的富鋁堿液，石灰的加入量為90 130g/L，即每升富鋁堿液含有90 130g的石灰；反應(yīng)溫度為25 40°C，反應(yīng)時(shí)間為 5 9h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的方法，其特征 在于，步驟(7)中，所述的鋁酸鈣濾餅與碳酸鈉溶液的質(zhì)量比為1 2 1 4，反應(yīng)的溫度 為90 160°C，反應(yīng)的時(shí)間為90 150min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的方法，其特征 在于，步驟(8)中，所述的CO2氣體的濃度為35 40vt%，氫氧化鋁的洗滌次數(shù)為3 6次， 洗滌方式為反向洗滌。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的方法，其特征 在于，步驟(9)中，所述的稀堿液的濃度為1 2mol/L，稀堿液和硅鈣堿渣的質(zhì)量比為3 8，反應(yīng)時(shí)間為60 120min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁粉煤灰兩步堿溶法制取氧化鋁和白炭黑的方法，其特 征在于，在步驟(1)中，將高鋁粉煤灰粉磨細(xì)至粒度為-200目大于90%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以高鋁粉煤灰為原料采用兩步堿溶法制備氧化鋁和白炭黑的工藝。該工藝包括高鋁粉煤灰初步堿溶制備硅酸鈉溶液、硅酸鈉溶液碳酸化分解制備白炭黑、脫硅粉煤灰二步堿溶制備富鋁堿液、富鋁堿液制備鋁酸鈉溶液、鋁酸鈉溶液制備氧化鋁等工藝步驟。本工藝避免了高鋁粉煤灰制備氧化鋁過程中的高溫?zé)Y(jié)，能耗低；初步堿溶和二步堿溶的堿液可以循環(huán)利用，物料消耗少；工藝過程中產(chǎn)生的硅鈣渣用作生產(chǎn)墻體材料的原料，不產(chǎn)生二次污染。因此，該技術(shù)符合清潔生產(chǎn)的要求。
文檔編號(hào)B09B3/00GK101966999SQ201010543248
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者李歌, 楊靜, 蘇雙青, 鄒丹, 馬鴻文 申請(qǐng)人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)