專利名稱：一種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢物無害化和資源化的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯
化鋁和水玻璃的方法。
背景技術(shù)：
鋁灰是一種量大、污染嚴重的工業(yè)廢渣，主要來源于鋁生產(chǎn)、消費、廢鋁再生等環(huán) 節(jié)。據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)1噸鋁，就要產(chǎn)生25 50千克的鋁灰。近年來，我國鋁生產(chǎn)能力及產(chǎn) 量大幅度增加，僅2005年鋁的就達到750萬噸，這樣，每年將產(chǎn)生25萬噸鋁渣鋁灰。同時， 由于在加工應(yīng)用環(huán)節(jié)，每噸鋁仍將產(chǎn)生30 40千克鋁渣鋁灰。僅我國在消費環(huán)節(jié)每年將 產(chǎn)生20萬 25萬噸鋁渣鋁灰。特別是廢鋁再生。廢鋁再生并重新加工成制品的回收率一 般為75% 85%，再生1噸廢鋁將產(chǎn)生150 250千克鋁渣鋁灰。鋁制品報廢期大約15 年，我國已進入廢鋁高回收期。資料報道截至2003年底，我國廢鋁積蓄量已達5320萬噸， 在2010年之前，還將再積蓄約4300萬噸。如果這些廢鋁全部再生，僅此一項，將產(chǎn)生1500 萬 2500萬噸鋁渣鋁灰。鋁灰的大量堆積，不僅造成資源的浪費，同時也造成環(huán)境的污染， 因此，加強對鋁灰的綜合利用已勢在必行。 目前，鋁灰的綜合利用主要表現(xiàn)在以鋁灰為原料合成聚合氯化鋁、生產(chǎn)多品種氧
化鋁、生產(chǎn)公路材料的原料、生產(chǎn)棕剛玉等方面。 1、以鋁灰為原料合成聚合氯化鋁 聚合氯化鋁絮凝劑除存在鋁的單體及二聚體外，還存在著A1J分子式 A104A112(0H)24(H20) 127+)以及鋁的更高聚合形態(tài)，是一類新型、優(yōu)質(zhì)的無機高分子絮凝劑。 以鋁灰為原料制備聚合氯化鋁的生產(chǎn)工藝有酸溶一步法、堿溶法和中和法。其中堿溶法和 中和法制備的產(chǎn)品聚合氯化鋁含量均較低，難以推廣應(yīng)用，酸溶一步法制備的產(chǎn)品聚合氯 化鋁含量稍高，但該法合成產(chǎn)品的聚合度一般在40%以下，并且Si02及被玻璃微珠包裹的
八1203、？6203等由于難溶于酸而未被有效利用，鋁灰的溶出率很低，大量殘渣的廢棄進一步
污染環(huán)境。 2、以鋁灰為原料生產(chǎn)多種氧化鋁 氧化鋁分為兩大類一類是用作電解鋁生產(chǎn)的冶金氧化鋁，占氧化鋁產(chǎn)量的大多 數(shù)；另一類為非冶金氧化鋁，包括非冶金用的氫氧化鋁和氧化鋁；用鋁灰制備氧化鋁一般 有兩種途徑一種是先制取鋁酸鈉溶液，再得氫氧化鋁經(jīng)煅燒制取氧化鋁；另一種是鋁灰 先制取氯化鋁然后加入堿化劑得氫氧化鋁制備氧化鋁。由于Si(^及被玻璃微珠包裹的 八1203、？6203等難溶于酸而未被有效利用，鋁灰的溶出率很低，使得利用鋁灰制備氧化鋁存 在著能耗大、操作過程復(fù)雜、難以實現(xiàn)等缺點。
3、以鋁灰為原料生產(chǎn)公路路面鋪設(shè)的材料 將鋁灰與硅石粉混合，在135(TC燒結(jié)，即制成鋪設(shè)路面的材料，其硬度是普通路面 材料的1. 5倍，抗滑能力是普通路面材料的1. 2倍，但目前我國廢棄鋁灰的利用途徑和利用 技術(shù)還非常落后，以鋁灰為原料生產(chǎn)路面鋪設(shè)材料還未能廣泛推廣。
4、以鋁灰為原料生產(chǎn)棕剛玉 剛玉是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的人造磨料，主要用于制造模具和耐火材料。利用預(yù)處理
的鋁灰為原料，以無煙煤作還原劑、鐵屑作沉淀劑生產(chǎn)棕剛玉，所得產(chǎn)品指標達到二級產(chǎn)品
指標(88%氧化鋁)。該方法的不足在于預(yù)處理工藝不但增加了生產(chǎn)成本，而且造成環(huán)境
污染，同時，此工藝所需的原料鋁灰是經(jīng)過提取堿式氯化鋁的鋁灰，不具普遍性。 綜上所述，雖然鋁灰的鋁含量較高(A1203 :43-75% )，但由于部分鋁被玻璃微珠包
裹，且部分鋁與硅以晶體的形式存在于鋁灰中，這就限制了鋁灰的資源化再利用，從而不僅
造成資源的浪費，同時也造成環(huán)境的污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的鋁灰綜合利用中所存在的工藝復(fù)雜、成本較高、易造 成二次污染的不足之處，提供一種工藝簡單、殘渣量少、成本低、污染少的以鋁灰為原料生 產(chǎn)結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是通過如下方式完成的一種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化
鋁和水玻璃的方法，具體步驟如下(l)對鋁灰進行預(yù)處理； (2)將預(yù)處理后的鋁灰與Na2C03混合均勻； (3)將混合均勻的鋁灰與Na2C03的混合物通過高溫固相熱分解； (4)對鋁灰與Na2C03混合物的固相熱分解產(chǎn)物進行酸浸反應(yīng)； (5)對酸浸產(chǎn)物進行固液分離，分離后的濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，干燥后制得結(jié)晶氯化
鋁； (6)將分離后的沉淀物與NaOH混勻，將堿溶產(chǎn)物制得水玻璃。 在利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟中，對鋁灰進行預(yù)處理是進行 磁選除鐵預(yù)處理。 在利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟中，Na2C03與預(yù)處理后的鋁灰 按質(zhì)量比l : 1.2 1.8混合均勻。 在利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟中，將混合均勻的鋁灰與 Na2C03的混合物在850°C 100(TC下培燒1 2h，廢鋁灰的主要化學(xué)成分為Al203 (Wt% = 58 75% )和Si02(Wt^二 15 25% )與Na2C03反應(yīng)生成霞石，過量的A1203繼續(xù)與Na2C03 反應(yīng)生成NaA102 (s)。 在利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟中，將焙燒產(chǎn)物霞石與與質(zhì)量 分數(shù)3 % 12%的HC1在反應(yīng)釜中進行酸浸反應(yīng)，其酸浸溫度85°C 95°C ，浸出時間2 4h，鋁灰中的鋁以氯化鋁的形式浸出。 在利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟中，將酸浸產(chǎn)物進行固液分 離，分離后的濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，干燥后制得結(jié)晶氯化鋁。 在利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟中，將分離后的沉淀物與NaOH 按質(zhì)量比l : 0. 6 1.3混勻，在85 95。C下加熱攪拌0. 5 1.5h，然后將堿溶產(chǎn)物經(jīng)過 濾器進行固液分離，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮制得水玻璃。
在上述步驟(3) 、 (4) 、 (6)中，其反應(yīng)原理如下:
固相熱分解3A1203 '2Si02(c)+Na2C03(s) = 2NaAlSi04 (c)+2A1203 (s)+C02 (gas)個 A1203 (過量glass) +Na2C03 (s) = 2NaA102 (s) +C02 (gas)個 酸浸反應(yīng)NaAlSi04+4H+ = Al3++Na++H20+H2Si03 I NaA102+4H+= Al3++Na++2H20 H2Si03 = (l-n)H20+Si02. nH20 堿溶反應(yīng)Si02. nH20+2NaOH = Na2Si03+(n+1) H20 本發(fā)明與現(xiàn)有的鋁灰綜合利用方法相比，具有以下特點 1、本發(fā)明通過固相熱分解和酸浸反應(yīng)，不僅使鋁灰中以晶體形式存在的八1203和
被玻璃微珠包裹的鋁最大化的溶出，而且使鋁硅得到有效的分離，從而分別制備結(jié)晶氯化
鋁和水玻璃?？朔艘蜾X灰溶出率低所造成的資源浪費、環(huán)境污染等問題。 2、本發(fā)明通過對鋁灰進行磁選除鐵預(yù)處理可以獲得較純凈的鋁灰，從而減少酸浸
反應(yīng)時鹽酸的用量，并能得到不含鐵雜質(zhì)的氯化鋁精液。 3、本發(fā)明中將化20)3與預(yù)處理后的鋁灰按質(zhì)量比1 : 1.2 1.8混勻，既能防止
過量的碳酸鈉與霞石(NaAlSi04)反應(yīng)生成堿性霞石，影響鋁灰的溶出率，又能降低反應(yīng)的 起始溫度(碳酸鈉的用量越多，反應(yīng)的起始溫度越低)，節(jié)約成本。 4、本發(fā)明中焙燒產(chǎn)物與質(zhì)量分數(shù)3% 12%的HC1在反應(yīng)釜中進行酸浸反應(yīng)，能 得到最大的酸溶率，又能避免隨著溶液中C1—的增加，使溶液中的部分Al3+與C1—形成帶負 電的絡(luò)離子[A1C16]3—，從而被帶正電的SiOj交體粒子聚沉下來，造成鋁的浸出量下降。
5、本發(fā)明以廢鋁灰為原料制備出結(jié)晶氯化鋁和水玻璃，實現(xiàn)了廢物資源化。
6、本發(fā)明工藝流程簡單、明了，易于實現(xiàn)，且廢棄鋁灰經(jīng)此工藝處理后，剩余殘渣 率小于10%，減少了廢棄鋁灰所造成的環(huán)境污染。 綜上所述，本發(fā)明實現(xiàn)了廢物資源化，有效清除了鋁灰所造成的環(huán)境污染，同時具 有工藝簡單、成本低廉等優(yōu)點，充分體現(xiàn)出實用性、環(huán)保性和經(jīng)濟性的循環(huán)經(jīng)濟特征，極具 推廣應(yīng)用價值。
具體實施例方式
下面對照附圖
，通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1 : —種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法，其制備步驟為
(1)對鋁灰進行磁選除鐵預(yù)處理； (2)將Na2C03與預(yù)處理后的鋁灰按質(zhì)量比1 : 1. 2混勻；
(3)將混合物將混合物置于馬弗爐中，在85(TC下培燒2h ; (4)將焙燒產(chǎn)物霞石與質(zhì)量分數(shù)3%的HC1在反應(yīng)釜中進行酸浸反應(yīng)，其酸浸溫度 85t:，浸出時間4h，鋁灰中的鋁以氯化鋁的形式浸出； (5)將酸浸產(chǎn)物進行固液分離，分離后的濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，干燥后制得結(jié)晶氯化 鋁； (6)將分離后的沉淀物與NaOH按質(zhì)量比1 : 0. 6混勻，在85。C下加熱攪拌1. 5h， 然后將堿溶產(chǎn)物經(jīng)過濾器進行固液分離，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮制得水玻璃。
將堿溶后的沉淀物烘干、稱重計算得到剩余殘渣率為9. 2% 。
實施例2 : —種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法。其制備步驟為
(1)對鋁灰進行磁選除鐵預(yù)處理； (2)將Na2C03與預(yù)處理后的鋁灰按質(zhì)量比1 : 1. 4混勻；
(3)將混合物將混合物置于馬弗爐中，在90(TC下培燒1. 5h ; (4)將焙燒產(chǎn)物霞石與質(zhì)量分數(shù)6%的HCl在反應(yīng)釜中進行酸浸反應(yīng)，其酸浸溫度 9(TC，浸出時間3h，鋁灰中的鋁以氯化鋁的形式浸出； (5)將酸浸產(chǎn)物經(jīng)過濾器進行固液分離，分離后的濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，干燥后制得結(jié) 晶氯化鋁； (6)將分離后的沉淀物與NaOH按質(zhì)量比1 : 0. 8混勻，在9(TC下加熱攪拌lh，然
后將堿溶產(chǎn)物經(jīng)過濾器進行固液分離，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮制得水玻璃。
將堿溶后的沉淀物烘干、稱重計算得到剩余殘渣率為8. 9% 。
實施例3: —種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法。其制備步驟為
(1)對鋁灰進行磁選除鐵預(yù)處理； (2)將Na2C03與預(yù)處理后的鋁灰按質(zhì)量比1 : 1. 5混勻；
(3)將混合物將混合物置于馬弗爐中，在93(TC下培燒1. 5h ; (4)將焙燒產(chǎn)物霞石與質(zhì)量分數(shù)7X的HC1在反應(yīng)釜中進行酸浸反應(yīng)，其酸浸溫度 95t:，浸出時間4h，鋁灰中的鋁以氯化鋁的形式浸出； (5)將酸浸產(chǎn)物經(jīng)過濾器進行固液分離，分離后的濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，干燥后制得結(jié) 晶氯化鋁； (6)將分離后的沉淀物與NaOH按質(zhì)量比1 : 1混勻，在95。C下加熱攪拌1. 5h，然 后將堿溶產(chǎn)物經(jīng)過濾器進行固液分離，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮制得水玻璃。
將堿溶后的沉淀物烘干、稱重計算得到剩余殘渣率為6. 5% 。
實施例4 : —種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法。其制備步驟為
(1)對鋁灰進行磁選除鐵預(yù)處理； (2)將Na2C03與預(yù)處理后的鋁灰按質(zhì)量比1 : 1. 7混勻；
(3)將混合物將混合物置于馬弗爐中，在95(TC下培燒lh ; (4)將焙燒產(chǎn)物霞石與質(zhì)量分數(shù)12%的HC1在反應(yīng)釜中進行酸浸反應(yīng)，其酸浸溫 度85t:，浸出時間4h，鋁灰中的鋁以氯化鋁的形式浸出； (5)將酸浸產(chǎn)物經(jīng)過濾器進行固液分離，分離后的濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，干燥后制得結(jié) 晶氯化鋁； (6)將分離后的沉淀物與NaOH按質(zhì)量比1:1.3混勻，在9(TC下加熱攪拌0. 5h，
然后將堿溶產(chǎn)物經(jīng)過濾器進行固液分離，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮制得水玻璃。
將堿溶后的沉淀物烘干、稱重計算得到剩余殘渣率為4. 2% 。
實施例5 : —種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化 和水玻璃的方法。其制備步驟為
(1)對鋁灰進行磁選除鐵預(yù)處理；
(2)將Na2C03與預(yù)處理后的鋁灰按質(zhì)量比1 : 1. 8混勻；
(3)將混合物將混合物置于馬弗爐中，在98(TC下培燒2h ; (4)將焙燒產(chǎn)物霞石與質(zhì)量分數(shù)8%的HCl在反應(yīng)釜中進行酸浸反應(yīng)，其酸浸溫度 9(TC，浸出時間3. 5h，鋁灰中的鋁以氯化鋁的形式浸出； (5)將酸浸產(chǎn)物經(jīng)過濾器進行固液分離，分離后的濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，干燥后制得結(jié) 晶氯化鋁； (6)將分離后的沉淀物與NaOH按質(zhì)量比1 : 0. 68混勻，在95。C下加熱攪拌0. 5h，
然后將堿溶產(chǎn)物經(jīng)過濾器進行固液分離，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮制得水玻璃。
將堿溶后的沉淀物烘干、稱重計算得到剩余殘渣率為8. 8% 。
實施例6 : —種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法。其制備步驟為
(1)對鋁灰進行磁選除鐵預(yù)處理； (2)將Na2C03與預(yù)處理后的鋁灰按質(zhì)量比1 : 1. 6混勻；
(3)將混合物將混合物置于馬弗爐中，在100(TC下培燒lh ; (4)將焙燒產(chǎn)物霞石與質(zhì)量分數(shù)9%的HCl在反應(yīng)釜中進行酸浸反應(yīng)，其酸浸溫度 95t:，浸出時間2. 5h，鋁灰中的鋁以氯化鋁的形式浸出； (5)將酸浸產(chǎn)物經(jīng)過濾器進行固液分離，分離后的濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，干燥后制得結(jié) 晶氯化鋁； (6)將分離后的沉淀物與NaOH按質(zhì)量比1 : 0. 95混勻，在85。C下加熱攪拌lh，然
后將堿溶產(chǎn)物經(jīng)過濾器進行固液分離，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮制得水玻璃。
將堿溶后的沉淀物烘干、稱重計算得到剩余殘渣率為6. 0% 。
權(quán)利要求
一種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法，其特征在于利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟如下(1)對鋁灰進行預(yù)處理；(2)將預(yù)處理后的鋁灰與Na2CO3混合均勻；(3)將混合均勻的鋁灰與Na2CO3的混合物通過高溫固相熱分解；(4)對鋁灰與Na2CO3混合物的固相熱分解產(chǎn)物進行酸浸反應(yīng)；(5)對酸浸產(chǎn)物進行固液分離，分離后的濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，干燥后制得結(jié)晶氯化鋁；(6)將分離后的沉淀物與NaOH混勻，將堿溶產(chǎn)物制得水玻璃。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法，其特征在于在利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟中，對鋁灰進行預(yù)處理是進行磁選除鐵預(yù)處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法，其特征在于在利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟中，化20)3與預(yù)處理后的鋁灰按質(zhì)量比l : 1.2 1.8混合均勻。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法，其特征在于在利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟中，將混合均勻的鋁灰與Na2C03的混合物在850°C IOO(TC下培燒1 2h，反應(yīng)生成霞石。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法，其特征在于在利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟中，將焙燒產(chǎn)物霞石與與質(zhì)量分數(shù)3% 12X的HC1在反應(yīng)釜中進行酸浸反應(yīng)，其酸浸溫度85t: 95t:，浸出時間2 4h。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法，其特征在于在利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟中，將酸浸產(chǎn)物進行固液分離，分離后的濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，干燥后制得結(jié)晶氯化鋁。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法，其特征在于在利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟中，將分離后的沉淀物與NaOH按質(zhì)量比l : 0. 6 1.3混勻，在85 95。C下加熱攪拌0. 5 1.5h，然后將堿溶產(chǎn)物經(jīng)過濾器進行固液分離，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮制得水玻璃。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法，其特征在于在利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟中，將混合均勻的鋁灰與Na2C03的混合物在850°C IOO(TC下培燒1 2h，反應(yīng)生成霞石；將焙燒產(chǎn)物霞石與與質(zhì)量分數(shù)3% 12X的HCl在反應(yīng)釜中進行酸浸反應(yīng)，其酸浸溫度85。C 95。C，浸出時間2 4h ;將酸浸產(chǎn)物進行固液分離，分離后的濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，干燥后制得結(jié)晶氯化鋁；將分離后的沉淀物與NaOH按質(zhì)量比l : 0. 6 1.3混勻，在85 95t:下加熱攪拌0. 5 1.5h，然后將堿溶產(chǎn)物經(jīng)過濾器進行固液分離，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮制得水玻璃。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法。本發(fā)明是針對現(xiàn)有的鋁灰綜合利用中所存在的工藝復(fù)雜、成本較高、易造成二次污染的不足之處，提供一種工藝簡單、殘渣量少、成本低、污染少的用鋁灰生產(chǎn)結(jié)晶氯化鋁和水玻璃的方法。本發(fā)明一種利用廢鋁灰制備結(jié)晶氯化鋁和水玻璃方法的步驟是(1)對鋁灰進行磁選除鐵處理；(2)將處理后的鋁灰與Na2CO3混合均勻；(3)將混合均勻的鋁灰與Na2CO3的混合物通過高溫固相熱分解；(4)對鋁灰與Na2CO3混合物的固相熱分解產(chǎn)物進行酸浸反應(yīng)；(5)對酸浸產(chǎn)物進行固液分離，分離后的濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，干燥后制得結(jié)晶氯化鋁；(6)將分離后的沉淀物與NaOH混勻，將堿溶產(chǎn)物制得水玻璃。
文檔編號C01B33/32GK101712482SQ20091015479
公開日2010年5月26日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者葉群峰, 李小忠, 蘇曉梅, 郭婷 申請人:浙江師范大學(xué)