專利名稱：粉煤灰提取氧化鋁、氧化鎵、制取納米氧化鋁和聚硅酸硫酸鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉煤灰綜合開發(fā)利用技術(shù)，具體涉及粉煤灰提取氧化鋁、納米氧化鋁， 氧化鎵和制取聚硅酸硫酸鐵的方法。
背景技術(shù)：
我國是煤炭生產(chǎn)和燃煤發(fā)電大國，每年燃煤發(fā)電廠排放高鋁粉煤灰在億噸以上， 再是我國為鋁制品生產(chǎn)大國，而鋁土礦資源相對貧乏，鋁土礦資源不足制約國家鋁制品工業(yè)的發(fā)展，因此開發(fā)利用燃煤發(fā)電廠排放高鋁粉煤灰制取氧化鋁為國家迫切解決重要技術(shù)問題之一，國內(nèi)許多科研院所大專院校進行許多針對高鋁粉煤灰提取氧化鋁的研究，提出了許多粉煤灰提取氧化鋁的工藝方法，如CN102145904A提出的由粉煤灰提取氧化鋁的方法，該法除了使用濃鹽酸產(chǎn)生氯化氫氣體，需復雜的回收氯化氫制酸工序設(shè)備外，就是只回收氧化鋁一種，設(shè)備利用率低，造成投資大、能耗高、收益低，經(jīng)濟效益差。CN102191384A提出的一種由粉煤灰提取鎵的方法，該方法除了要先進行磁選除鐵，用鹽酸浸液，陽離子樹脂吸附，再用氫氧化鈉制成偏鋁酸鈉，再進行碳酸化處理，進行鎵鋁分離等等，上述步驟也造成設(shè)備繁雜，投資大，能耗高，收益低，而且仍然是只回收氧化鎵一種產(chǎn)品，經(jīng)濟效益差，無推廣可能性，因此在粉煤灰提取氧化鋁過程中，如何將粉煤灰中多種有用元素在不同工序中逐一提取出來，達到設(shè)備少、能耗小、經(jīng)濟效益顯著提高，是粉煤灰綜合開發(fā)利用技術(shù)迫切解決的技術(shù)問題之一。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述問題提出一種能在同一工藝設(shè)備從粉煤灰中提取或制備多種元素或產(chǎn)品的工藝方法，達到投資小、能耗低、收益高，逐步提高經(jīng)濟效率的目的。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)上述目的粉煤灰提取氧化鋁、氧化鎵，制取納米氧化鋁和聚硅酸硫酸鐵的方法，其特征包括以下步驟a)、將粉煤灰與硫酸混合，經(jīng)高壓釜加溫加壓反應，生成反應物經(jīng)稀釋進入沉降槽分離，上層溢流的硫酸鋁溶液過濾備用；b)、將上述硫酸鋁溶液加入碳酸鈉中和分解過濾得氫氧化鋁粗品，再加入氫氧化鈉以除去硅鐵雜質(zhì)，過濾液加入二氧化碳處理生成氫氧化鋁精品，將氫氧化鋁精品洗滌、過濾、 熔燒得氧化鋁；C)、將b)步中二氧化碳處理生成的氫氧化鋁精品用硝酸中和反應生成硝酸鋁，將硝酸鋁加入尿素進入微波爐中加熱焙燒反應生成灰燼為納米氧化鋁產(chǎn)品；d)、將b)步中硫酸鋁溶液加入碳酸鈉中和分解過濾得到母液送入離子樹脂交換塔提取氧化鎵；e)、將b)步中得到的氫氧化鋁粗品加入氫氧化鈉后過濾得到含硅酸鐵的濾渣在聚合槽中加入硫酸鐵溶液進行聚合反應得到聚硅酸硫酸鐵。
根據(jù)本發(fā)明提供的方法，所述步驟a)中，粉煤灰加硫酸反應原料，粉煤灰與硫酸的比為1 :0. 4 0. 5，所述硫酸的濃度為40 50wt%，所述粉煤灰的Al2O3含量彡42 wt%。
所述步驟a)中，粉煤灰采取連續(xù)反應溶出的方式，反應溫度230 245°C，壓力控制在2. 8 4. 8Mpa,反應時間為40 60分鐘，在攪拌狀態(tài)下進行溶出反應。
所述步驟b)中，硫酸鋁溶液進入中和分解槽，同時加入碳酸鈉溶液，溫度控制 75 85°C，pH值控制在9 10，得粗氫氧化鋁和分解母液。
所述步驟b)中，經(jīng)分解分離的粗氫氧化鋁經(jīng)過濾后進入除硅鐵槽，加入氫氧化鈉溶液，濃度Na2Ok控制20%，pH值控制在9 10，應該在攪拌狀態(tài)下進行，溫度控制55 65 0C，待粗氫氧化鋁溶解后進行精濾，得精氫氧化鋁溶液和硅鐵渣。
所述步驟b)中，除硅鐵雜質(zhì)后的氫氧化鋁精液進入分解槽通入(X)2進行分段碳酸化分解，碳酸化溫度80 90°C，由旋流器送入沉降槽，底流氫氧化鋁分離，進入洗滌槽。
所述步驟C)中，碳酸化分解后得到氫氧化鋁經(jīng)六次洗滌。經(jīng)真空過濾機過濾得到的高純氫氧化鋁，用硝酸還原成硝酸鋁，硝酸氫氧化鋁為1 :2 3重量比，硝酸濃度為 50%，用分析純硝酸及純凈水為1 :1濃度，采用多效連續(xù)結(jié)晶蒸發(fā)器進行濃縮結(jié)晶，經(jīng)離心機脫水得硝酸鋁。
所述步驟c)中，硝酸鋁加入尿素進入微波煅燒爐，用微波頻率300MH2 300GH2加熱，溫度為150 500°C氧化還原反應，為灰燼得納米氧化鋁產(chǎn)品。
所述步驟d)中，采用4%硫化鈉溶液進行洗脫解析，解析后的硫化鎵沉淀，沉淀硫化鎵經(jīng)三次洗滌過濾，用10%Na0H溶液溶解，再過濾得澄清液，澄清液加入碳酸氫銨中和， 加熱40 45°C使碳酸氫銨溶解，冷卻，碳酸鎵析出，沉淀過濾，洗滌三次。水解30min過濾， 焙燒得氧化鎵產(chǎn)品。
所述步驟d)中，加入碳酸鈉中和分解后的分解母液經(jīng)三次循環(huán)使用后鎵元素富集到含量為40mg/L時進行離子交換。
所述步驟e)中，氫氧化鈉除硅鐵精濾后的硅鐵渣，送入聚合反應槽加入硫酸鐵溶液進行聚合反應，反應溫度40 55°C，pH值控制3. 5 4之間，在攪拌狀態(tài)下緩慢加入硫酸鐵溶液，待反應結(jié)束停止攪拌，聚合時間M小時，采用高壓泵送入噴霧干燥機經(jīng)噴霧干燥，得聚硅酸硫酸鐵產(chǎn)品(絮凝劑)。
本發(fā)明的目的針對現(xiàn)有技術(shù)的從粉煤灰中單一提取氧化鋁工藝復雜能耗大，經(jīng)濟效益低的缺陷。而對粉煤灰采用硫酸法直接高溫高壓溶出方法，其工藝流程簡單，渣量少， 生產(chǎn)成本低，采用氫氧化鈉除硅鐵等雜質(zhì)，除硅鐵后的硅鐵渣直接生產(chǎn)絮凝劑聚硅酸硫酸鐵，分解母液除雜后可直接提取鎵產(chǎn)品，提取出的氧化鋁精品也可直接加硝酸生成硝酸鋁， 再用尿素微波加熱焙燒生成納米氧化鋁，得到的聚硅酸硫酸鐵絮凝劑能達到國家標準產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)采用鹽酸法工藝相比，提高了粉煤灰的綜合利用價值，具有較大的經(jīng)濟效


圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但是本發(fā)明并不僅限于以下實施例。
實施例1提取氧化鋁或用提取的氧化鋁制造納米氧化鋁按85%的Al2O3溶出率計算硫酸的用量，將粉煤灰(Al2O3含量45. 3 wt%、SiO2含量 37. 66wt%)與濃度為40 wt%的硫酸配料制成粉煤灰料漿，粉煤灰與硫酸比為1 :0. 4 0. 5， (先將粉煤灰與水用ι :1比例調(diào)成漿狀，再加入硫酸)注入高壓釜，在230 M0°C，2. 8 4. SMpa條件下反應40 60分鐘，并開啟攪拌機，使其充分反應，將反應溶出漿料放入沉淀槽并稀釋沉降，沉降槽底流赤泥酸渣進入洗滌槽，用80 90°C熱水進行逆向洗滌4 6次， 熱水加注量為2. Ot/t赤泥酸渣，首次洗滌液返回稀釋溶出原料漿，末次洗滌液返回到粉煤灰與硫酸配料用。經(jīng)末次洗滌后的赤泥酸渣經(jīng)過濾機過濾，濾液返回洗滌槽，赤泥廢渣送往堆場。
沉降槽溢流硫酸鋁母液澄清后，送往中和分解槽，注入碳酸鈉溶液并開啟攪拌機進行攪拌。中和條件控制PH值9 10，得粗氫氧化鋁和分解母液。過濾粗氫氧化鋁進入除硅鐵槽，同時注入氫氧化鈉溶液控制PH值9 10，氫氧化鈉濃度Na2Ok控制20%，在攪拌狀態(tài)下進行，溫度控制55 65°C，待粗氫氧化鋁完全溶解，進行精濾得氫氧化鋁溶液和硅鐵渣。氫氧化鋁精液送往分解槽進行碳酸化分解，通入(X)2進行分段碳酸化分解，并加入氫氧化鋁晶種，溫度控制80 90°C，有利于氫氧化鋁晶體的長大，從而可減少其吸附堿和二氧化硅的能力，并有利于它的分離洗滌過程。
添加氫氧化鋁晶種，加入量為600 800g/L，能改善碳分時氫氧化鋁的晶體結(jié)構(gòu)和粒度組成，顯著地降低氫氧化鋁中氧化硅和堿的含量。
碳酸化分解過程中要在攪拌狀態(tài)下進行，可使溶液成分均勻，避免局部碳酸化，并有利于晶體成長，得到粒度較粗和堿含量較低的氫氧化鋁。碳酸化分解母液經(jīng)采用多效降膜式蒸發(fā)器或全閃速蒸發(fā)器進行濃縮蒸發(fā)，蒸發(fā)后的母液返回到中和分解工序為中和液使用，經(jīng)底流氫氧化鋁分離后進入洗滌槽，溫度控制在80 90°C，逆向洗滌六次，經(jīng)真空過濾機過濾，得到高純度氫氧化鋁。
碳酸化分解后得到的氫氧化鋁經(jīng)六次洗滌，經(jīng)真空過濾機過濾得到的高純氫氧化鋁，用分析純硝酸及純凈水配制1 :1濃度硝酸，硝酸氫氧化鋁為1 :2 3重量比進行還原生成硝酸鋁，采用多效連續(xù)結(jié)晶蒸發(fā)器進行濃縮結(jié)晶，經(jīng)離心機脫水得硝酸鋁。
硝酸鋁加入尿素，硝酸鋁尿素為1 :0. 3 0.4重量比進入微波煅燒爐，用微波 300MH2 300GH2加熱，溫度為150 500°C，氧化還原反應，為灰燼得納米氧化鋁產(chǎn)品。
實施例2提取氧化鎵在硫酸鋁溶液中加碳酸鈉中和分解后，分解母液中鎵經(jīng)三次循環(huán)濃縮濃度達到( 含量40mg/L時進行離子交換。采用LSC600樹脂吸附，先將樹脂預處理，然后將分解母液以每分鐘5ml通過樹脂柱，測試出口濃度達到進口值的90%時即為飽和狀態(tài)，停止進料，進行洗脫，采用4%硫化鈉溶液進行洗脫解析，解析后的硫化鎵沉淀，沉淀硫化鎵經(jīng)洗滌三次過濾，用10%Na0H溶液溶解再過濾得澄清液加入碳酸氫按中和控制pH7 8，加熱40 45°C使碳酸氫銨溶解，冷卻，此時碳酸鎵析出沉淀，經(jīng)過濾洗滌三次，用蒸餾水水解20 30分鐘，冷卻沉淀過濾焙燒得氧化鎵產(chǎn)品。
實施例3制備聚硅酸硫酸鐵除硅鐵后的硅鐵渣送往聚合反應槽注入硫酸酸鐵溶液進行聚合反應，溫度控制40 55°C，在攪拌狀態(tài)下加入硫酸鐵溶液，pH值控制在3. 5 4，聚合反應時間M小時，待反應結(jié)束停止攪拌，采用高壓泵送入噴霧干燥機，經(jīng)噴霧干燥機得聚硅酸硫酸鐵絮凝劑。
權(quán)利要求
1.粉煤灰提取氧化鋁、氧化鎵，制取納米氧化鋁和聚硅酸硫酸鐵的方法，其特征包括以下步驟a)、將粉煤灰與硫酸混合，經(jīng)高壓釜加溫加壓反應，生成反應物經(jīng)稀釋進入沉降槽分離，上層溢流的硫酸鋁溶液過濾備用；b)、將上述硫酸鋁溶液加入碳酸鈉中和分解過濾得氫氧化鋁粗品，再加入氫氧化鈉以除去硅鐵雜質(zhì)，過濾液加入二氧化碳處理生成氫氧化鋁精品，將氫氧化鋁精品洗滌、過濾、 焙燒得氧化鋁；C)、將b)步中二氧化碳處理生成的氫氧化鋁精品用硝酸中和反應生成硝酸鋁，將硝酸鋁加入尿素進入微波爐中加熱焙燒反應生成灰燼為納米氧化鋁產(chǎn)品；d)、將b)步中硫酸鋁溶液加入碳酸鈉中和分解過濾得到母液送入離子樹脂交換塔提取氧化鎵；e)、將b)步中得到的氫氧化鋁粗品加入氫氧化鈉后過濾得到含硅酸鐵的濾渣在聚合槽中加入硫酸鐵溶液進行聚合反應得到聚硅酸硫酸鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰提取氧化鋁、氧化鎵，制取納米氧化鋁和聚硅酸硫酸鐵的方法，其特征是所述步驟a)中，粉煤灰加硫酸反應原料，粉煤灰與硫酸的比為1 :0. 4 0. 5，所述硫酸的濃度為40 50wt%，所述粉煤灰的Al2O3含量> 42 wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰提取氧化鋁、氧化鎵，制取納米氧化鋁和聚硅酸硫酸鐵的方法，其特征是所述步驟a)中，粉煤灰采取連續(xù)反應溶出的方式，反應溫度230 245°C，壓力控制在2. 8 4. 8Mpa，反應時間為40 60分鐘，在攪拌狀態(tài)下進行溶出反應。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰提取氧化鋁、氧化鎵，制取納米氧化鋁和聚硅酸硫酸鐵的方法，其特征是所述步驟b)中，硫酸鋁溶液進入中和分解槽，同時加入碳酸鈉溶液，溫度控制75 85°C，pH值控制在9 10，得粗氫氧化鋁和分解母液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰提取氧化鋁、氧化鎵，制取納米氧化鋁和聚硅酸硫酸鐵的方法，其特征是所述步驟b)中，經(jīng)分解分離的粗氫氧化鋁經(jīng)過濾后進入除硅鐵槽，加入氫氧化鈉溶液，濃度Na2Ok控制20%，pH值控制在9 10，應該在攪拌狀態(tài)下進行，溫度控制 55 65°C，待粗氫氧化鋁溶解后進行精濾，得精氫氧化鋁溶液和硅鐵渣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰提取氧化鋁、氧化鎵，制取納米氧化鋁和聚硅酸硫酸鐵的方法，其特征是所述步驟c)中，碳酸化分解后得到氫氧化鋁經(jīng)六次洗滌，經(jīng)真空過濾機過濾得到的高純氫氧化鋁，用硝酸還原成硝酸鋁，硝酸氫氧化鋁為1 :2 3重量比，硝酸體積濃度為50%，采用多效連續(xù)結(jié)晶蒸發(fā)器進行濃縮結(jié)晶，經(jīng)離心機脫水得硝酸鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰提取氧化鋁、氧化鎵，制取納米氧化鋁和聚硅酸硫酸鐵的方法，其特征是所述步驟c)中，硝酸鋁加入尿素進入微波煅燒爐，用微波頻率300MH2 300GH2加熱，溫度為150 500°C氧化還原反應，為灰燼得納米氧化鋁產(chǎn)品。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰提取氧化鋁、氧化鎵，制取納米氧化鋁和聚硅酸硫酸鐵的方法，其特征是所述步驟d)中，加入碳酸鈉中和分解后的分解母液經(jīng)三次循環(huán)使用后鎵元素富集到含量為40mg/L時進行離子交換。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰提取氧化鋁、氧化鎵，制取納米氧化鋁和聚硅酸硫酸鐵的方法，其特征是所述步驟d)中，采用4%硫化鈉溶液進行洗脫解析，解析后的硫化鎵沉淀，沉淀硫化鎵經(jīng)三次洗滌過濾，用10%Na0H溶液溶解，再過濾得澄清液，澄清液加入碳酸2氫銨中和，加熱40 45°C使碳酸氫銨溶解，冷卻，碳酸鎵析出，沉淀過濾，洗滌三次，水解 30min過濾，焙燒得氧化鎵產(chǎn)品。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉煤灰提取氧化鋁、氧化鎵，制取納米氧化鋁和聚硅酸硫酸鐵的方法，其特征是所述步驟e)中，氫氧化鈉除硅鐵精濾后的硅鐵渣，送入聚合反應槽加入硫酸鐵溶液進行聚合反應，反應溫度40 55°C，pH值控制3. 5 4之間，在攪拌狀態(tài)下緩慢加入硫酸鐵溶液，待反應結(jié)束停止攪拌，聚合時間M小時，采用高壓泵送入噴霧干燥機經(jīng)噴霧干燥，得聚硅酸硫酸鐵絮凝劑。
全文摘要
粉煤灰提取氧化鋁、氧化鎵，制取納米氧化鋁和聚硅酸硫酸鐵的方法，將粉煤灰與硫酸送入高壓釜加溫加壓反應生成漿料，經(jīng)稀釋分離，中和脫硅鐵，碳酸化分解、洗滌脫水、焙燒得氧化鋁；將制得氫氧化鋁加入硝酸還原，生成硝酸鋁，再加尿素，進入微波爐煅燒為灰燼得納米氧化鋁；將經(jīng)分離的硫酸鋁溶液加入碳酸鈉中和分解，過濾母液送入離子樹脂交換塔提取氧化鎵；將氫氧化鋁加入氫氧化鈉后過濾得到硅鐵濾渣加入硫酸鐵進行聚合反應得到聚硅酸硫酸鐵。本發(fā)明采用硫酸高溫高壓分解粉煤灰的工藝方法能分別得到多種工業(yè)產(chǎn)品，與現(xiàn)有鹽酸分解法相比，提高粉煤灰的綜合利用價值，具有較大的經(jīng)濟效益。
文檔編號C01F7/02GK102515220SQ20111038016
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者潘安標 申請人:潘安標