一種高鋁粉煤灰提取氧化鋁的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高鋁粉煤灰提取氧化鋁的方法，屬于資源再生技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高鋁粉煤灰是我國潛在的氧化鋁資源，近年來，多家科研單位和企業(yè)針對高鋁粉 煤灰提取氧化鋁進(jìn)行了科技攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化探索，目前較為成熟的是采用預(yù)脫硅一堿石灰燒 結(jié)法。內(nèi)蒙古一家公司利用高鋁粉煤灰年產(chǎn)24萬噸氧化鋁的示范生產(chǎn)線已經(jīng)投入運(yùn)行，目 前運(yùn)行狀況正趨于穩(wěn)定。但根據(jù)預(yù)脫硅-堿石灰燒結(jié)法的工藝要求，利用鋁硅比為2.0的脫 硅粉煤灰生產(chǎn)1噸氧化鋁，大約需要消耗3.5噸左右的石灰石，如果大規(guī)模生產(chǎn)的話，將引發(fā) 石灰石采礦、運(yùn)輸、堆存以及硅鈣渣量過大等諸多困難。
[0003] 最近幾年，關(guān)于低鋁硅比礦物提取氧化鋁的研究展開較多，例如專利號為 CN102249253A、發(fā)明名稱為"高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法"和專利號為 CN101966999A、發(fā)明名稱為"高鋁粉煤灰兩步堿溶法提取氧化鋁和白炭黑的方法"的專利， 都是采用先提硅后提鋁的思路，提高元素利用，但是兩者能耗高，渣量大，特別是后者的提 取氧化鋁的效率低;專利號為CN101928025A的"串聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁的方法"的專利介紹了對 鋁土礦拜爾法溶出得到鋁硅重量比為1.0~2.0的拜爾法赤泥，向拜爾法赤泥中加入碳酸 鈉、石灰石或石灰燒結(jié)得到燒結(jié)熟料;將燒結(jié)法溶出漿液與拜耳法溶出礦漿混合并進(jìn)行稀 釋和脫硅然后得到氧化鋁。運(yùn)用此方法須向拜耳法赤泥中加入碳酸鈉，同時兩種礦漿混合， 物料流量較大。
[0004] 綜上所述，目前我國粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)存在能耗高、渣量大、原料配料繁瑣等 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供一種高鋁粉煤灰提取氧化鋁的方法，以實現(xiàn) 降低能耗、減少渣量排放，同時操作簡單易行。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供一種高鋁粉煤灰提取氧化鋁的方法，包括：
[0007] 步驟A，將高鋁粉煤灰和堿液混合進(jìn)行第一溶出處理，溫度為200-270°C，堿液濃度 為200-300g/l，混合液固含量為150-400g/l，將所述第一溶出處理獲得的混合液固液分離 獲得初級硅鈣渣和第一溶出液；
[0008] 步驟B，將所述初級硅鈣渣與石灰石混合獲得堿比0.90-0.98、鈣比1.4-1.9的混合 料，將所述混合料進(jìn)行煅燒后和溶出調(diào)整液混合進(jìn)行第二溶出處理，將所述第二溶出處理 獲得的混合液固液分離獲得硅鈣渣和第二溶出液；
[0009] 步驟C，將所述第一溶出液和第二溶出液混合，進(jìn)行種分和碳分處理并經(jīng)焙燒后獲 得氧化鋁。
[0010] 本發(fā)明提供的方法中，分兩次將高鋁粉煤灰中的氧化鋁進(jìn)行溶出提取，首先利用 高鋁粉煤灰和堿液溶液直接進(jìn)行第一溶出反應(yīng)，將其中的50 %左右的氧化鋁提取出來，減 小了后續(xù)系統(tǒng)物料流量;將含有剩余氧化鋁的初級硅鈣渣加入石灰石后進(jìn)行煅燒，大大降 低回轉(zhuǎn)窯的能耗。該方法中，兩次溶出原料配料簡單，比傳統(tǒng)低鋁硅比拜耳法與燒結(jié)法提取 氧化鋁的效率更高，渣量更低，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此具有較好的產(chǎn)業(yè)化推 廣價值。
[0011] 本發(fā)明提供的方法中，高鋁粉煤灰中氧化鋁含量不低于43%。堿液的種類不做限 制，能與Si〇2和Ah〇3反應(yīng)生成可溶性鋁酸鹽和娃酸鹽即可，通常可使用氫氧化鈉作為堿液。
[0012] 步驟A中，第一溶出處理中發(fā)生的反應(yīng)為：
[0013] Si〇2+2NaOH=Na2Si〇3+H2〇 (1)
[0014] Al2〇3+2NaOH=2NaA102+H20 (2)
[0015] 根據(jù)式(2)，堿液不能再進(jìn)一步溶出氧化鋁生成鋁酸鈉時反應(yīng)停止，處理時間可視 反應(yīng)情況而定，通常為0.5-5小時。經(jīng)過第一溶出處理后，能夠?qū)⒏咪X粉煤灰中部分氧化鋁 提取出來，經(jīng)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為鋁酸鈉進(jìn)入第一溶出液中，剩余的氧化鋁需通過后續(xù)步驟進(jìn)行進(jìn) 一步溶出。
[0016] 在本發(fā)明的一個實施例中，將高鋁粉煤灰和堿液混合進(jìn)行第一溶出處理之前，還 可包括使用堿液對所述高鋁粉煤灰進(jìn)行預(yù)脫硅處理，條件為溫度65-80°C，堿液濃度為80-l〇〇g/l，處理時間為2-4小時。以預(yù)先脫出高鋁粉煤灰中無定形Si0 2，減小了物料流量，提高 了鋁硅比。
[0017]步驟B中，第一溶出處理獲得的初級硅鈣渣和石灰石混合后煅燒，煅燒條件通常為 1000-1300°C下處理0.5-3小時。該煅燒過程中發(fā)生的反應(yīng)如式(3)所示，生成的熟料中主要 含有硅酸二鈣，鋁酸鈉等物相。
[0018] Ca2C〇3+Na20 · AI2O3 · 2Si02 = 2Ca0 · Si02+Na20 · AI2O3+CO2 (3)
[0019] 步驟B中進(jìn)一步使用溶出調(diào)整液對熟料進(jìn)行第二溶出處理，溶出調(diào)整液為本領(lǐng)域 中用于進(jìn)行氧化鋁提取的常規(guī)物質(zhì)，通常為包含一定濃度的氧化鋁、氧化鈉和碳酸鈉的溶 液。本發(fā)明中使用的溶出調(diào)整液的苛性化系數(shù)（即分子比，Na 20與Al2〇3的摩爾比）為1.3-1.5,碳酸鈉濃度為13-15g/l。第二溶出處理的條件為在液固比3:1、溫度60-85°C下處理 0.5-1.0小時，更有利于熟料中氧化鋁的有效提取。經(jīng)該第二溶出處理后，初級硅鈣渣中的 大部分氧化鋁被提取出來，轉(zhuǎn)化為鋁酸鈉進(jìn)入第二溶出液中。至此，高鋁粉煤灰原料中80-90%的氧化鋁能夠通過本發(fā)明的兩次溶出處理被提取出來。
[0020] 該步驟A和步驟B中，固液分離采用板框壓濾機(jī)或其它常用壓濾設(shè)備，初級硅鈣渣 和石灰石混勻所用設(shè)備為球磨機(jī)，煅燒設(shè)備為回轉(zhuǎn)窯。經(jīng)第一溶出處理后獲得的初級硅鈣 渣的含水量控制為40-50 %左右，含水量較低，因此回轉(zhuǎn)窯的喂料方式可采用半干法喂料。 [0021 ]步驟C中，將所述第一溶出液和第二溶出液混合后，還包括將其混合液加熱至160-180°C并保溫0.5-2小時，進(jìn)行溶出液的脫硅處理。
[0022] -般可將所述第一溶出液和第二溶出液按照體積比1:1-2混合，獲得堿濃度較低 的混合液，有利于后續(xù)脫硅步驟的進(jìn)行?？梢园凑漳壳肮I(yè)上的公知技術(shù)將第一溶出液和 第二溶出液的混合液經(jīng)過兩段深度脫硅處理，再經(jīng)種子分解和碳酸化分解后焙燒最終獲得 氧化鋁。
[0023] 例如，兩段深度脫硅處理反應(yīng)過程如式(4)-(6)所示。
[0024] -段脫娃：
[0025] 1.7Na2Si〇3+2NaAl(OH)4 = Na2〇 · Ah〇3 · 1.7Si〇2 · nH20+3.4Na0H (4)
[0026] 二段脫硅：
[0027] 3Ca(0H)2+2NaAl(0H)4 = 3Ca0 · Ah〇3 · 6H20+2Na0H (5)
[0028] 3Ca0 · AI2O3 · 6H2〇+xNa2Si〇3 = 3CaO · AI2O3 · xSi〇2 · (6-2x)H20+2xNa0H (6)
[0029] 上述兩段深度脫硅處理例如可采用以下方法:一段深度脫硅是加熱至150_160°C 后停留lh以上，使其中的大部分Si02以水合鋁硅酸鈉形式析出，然后送入沉降槽中進(jìn)行固 液分離，底流經(jīng)過過濾后固體送至生料制備工序制備生料漿，溢流的35 %經(jīng)過葉濾機(jī)精制 后得脫硅精液，送往分解工序進(jìn)行種子分解。在其余65%的一段脫硅液加入石灰乳進(jìn)行二 段深度脫硅，使其中的Si0 2以水化石榴石形式析出，然后送入沉降槽中進(jìn)行固液分離，底流 經(jīng)過過濾后固體送至生料制備工序生料漿，溢流經(jīng)過葉濾機(jī)精制后得脫硅精液送往分解工 序進(jìn)行碳酸化分解。
[0030] 本發(fā)明提供的上述方法中，還包括將所述第一溶出處理獲得的混合液固液分離 后，洗滌第一濾餅獲得初級硅鈣渣;將所述第二溶出處理獲得的混合液固液分離后，洗滌第 二濾餅獲得娃鈣漁。
[0031 ]通過洗滌第一濾餅和第二濾餅，可將其中的堿液脫除，除了提高初級硅鈣渣和硅 鈣渣的純度外，還有利于堿液回收。例如在一個實施例中，可將兩次所述洗滌獲得的洗液混 合，調(diào)整其濃度為200-340g/l，作為所述堿液使用。
[0032] 本發(fā)明方案的實施，至少具有以下優(yōu)勢：
[0033] 1、本發(fā)明提供的方法中，分兩次將高鋁粉煤灰中的氧化鋁進(jìn)行溶出提取，減小了 系統(tǒng)物料流量;煅燒步驟可使用半干法喂料，大大降低回轉(zhuǎn)窯的能耗。
[0034] 2、本發(fā)明提供的方法中，第一溶出處理和第二溶出處理配料簡單、易操作，且能夠 提取高鋁粉煤灰原料中80-95%的氧化鋁，比傳統(tǒng)低鋁硅比拜耳法與燒結(jié)法提取氧化鋁的 效率更高，渣量更低，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此具有較好的產(chǎn)業(yè)化推廣價值。
【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0036]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明實施例 中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不 是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前 提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0037] 實施例一
[0038]本實施例采用的高鋁粉煤灰組成如表1所示，其氧化鋁含量為48.75 %。高鋁粉煤 灰中主要的物相組成為莫來石、剛玉、無定形s〇2等。
[0039]表 1
[0040]
[0041 ]本實施例采用如圖1所示的流程提取氧化鋁：
[0042]將氧化鋁含量48.75%的高鋁粉煤灰和濃度為80g/l氫氧化鈉溶液混合加熱至80 °C預(yù)脫硅2小時，將預(yù)脫硅后的高鋁粉煤灰和濃度為200g/l的氫氧化鈉溶液配制成固含量 為150g/l的漿液并在攪拌均勻后倒入高壓反應(yīng)釜中，在200°C下溶出5小時進(jìn)行第一溶出處 理。
[0043] 所述第一溶出處理獲得的混合液冷卻后進(jìn)入板框壓濾機(jī)固液分離，獲得第一溶出