煤矸石資源綜合利用氧化鋁聯(lián)產(chǎn)碳酸鈉的工藝方法
【專利摘要】一種利用煤矸石粉煤灰制取氫氧化鋁的方法，屬于化工【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明通過煤矸石和氫氟酸、硫酸反應(yīng)，將煤矸石分解，得到煤粉、氫氧化鋁等高附加值產(chǎn)品。
【專利說明】煤矸石資源綜合利用氧化鋁聯(lián)產(chǎn)碳酸鈉的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)氧化鋁的同時聯(lián)產(chǎn)碳酸鈉的方法，尤其是以煤矸石為原料，經(jīng)酸堿聯(lián)合法生產(chǎn)冶金級氧化鋁和碳酸鈉的工藝。
【背景技術(shù)】:
[0002]煤矸石簡稱矸石，是煤矸石生產(chǎn)過程中的廢棄物。目前，煤矸石是我國年排放量和累計堆放量最大的工業(yè)廢棄物，其排放量約占工業(yè)固體廢棄物總量的40%以上，煤矸石的主要礦物組成有高嶺土、石英、長石、蒙脫石、伊利石、石灰石、硫化鐵、氧化鋁等。我國的煤矸石主要以高嶺巖系為主，有些產(chǎn)煤區(qū)，如孝義地區(qū)，煤矸石除高嶺石外，還有波姆石。其煅燒后氧化鋁含量可達(dá)到40%以上，是十分寶貴的鋁資源。
[0003]在我國的很多產(chǎn)煤區(qū)，尤其是孝義地區(qū)，煤炭產(chǎn)業(yè)和一些高耗能產(chǎn)業(yè)集中在一個工業(yè)區(qū)內(nèi)發(fā)展，形成了許多煤炭-電力-電石-氯堿-聚氯乙稀(PVC) —體化的工業(yè)園。在這些工業(yè)園區(qū)內(nèi)，煤炭產(chǎn)業(yè)排放的煤矸石堆積于園區(qū)；電石生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳排放于大氣；氯堿行業(yè)產(chǎn)生的氫氧化鈉需要進(jìn)一步生產(chǎn)成為碳酸鈉出售；PVC生產(chǎn)過程中產(chǎn)出的副產(chǎn)鹽酸較難利用，處理成本很高。如果能夠充分利用這些工業(yè)園區(qū)內(nèi)的廢棄物及副產(chǎn)品物料條件，將煤矸石中的氧化鋁低成本提取出來，則會形成整個工業(yè)園區(qū)的產(chǎn)業(yè)鏈大循環(huán)。在我國大力提倡循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排及鋁土礦資源日益貧乏的今天，該產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)無疑會具有極好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
[0004]日前報道的以煤矸石為原料提取氧化鋁的方法有酸法、堿法、混鹽法、電鋁水泥法四類。其中堿法工藝可以用于制備低鐵氧化鋁，但是堿法工藝缺點(diǎn)是堿溶的過程中易將矸石中的二氧化硅溶解出來，須增加工序?qū)桎X進(jìn)行分離。采用酸法不會將硅溶出，但其缺點(diǎn)是在提取氧化鋁的過程中，由于矸石中存在的鐵、鈦等均易溶于酸，因此通常需要進(jìn)一步除雜。另一種提純氧化鋁的方法為鹽析法，如專利:CN1126177公開了一種鹽析法生產(chǎn)氧化鋁，CN1083023公開的了一種酸析法氧化鋁改進(jìn)工藝，通過向酸浸煤矸石得到的氯化鋁溶液中通入氯化氫氣體的的方法得到氯化鋁結(jié)晶。鹽析法的環(huán)境污染較為嚴(yán)重，酸霧過大，制備氧化鋁、需要多次鹽析，工藝流程過長。同時，對于影響冶金級氧化鋁品級的最重要雜質(zhì)鐵無法去除。此外，其它經(jīng)酸法以煤矸石為原料提取氧化鋁的專利有:CN101209849公開了一種煤矸石提取氧化鋁的新工藝，CN101234774公開了一種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的方法，CN1920067公開了一種從高硅含鋁礦物原料中酸法提取鋁的方法，這些發(fā)明中均未進(jìn)行除鐵處理，因此對原料的純度要求較高，且產(chǎn)品的純度不能保證。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的就是充分利用孝義市地區(qū)煤炭-電力-電石-氯堿-PVC —體化工業(yè)園內(nèi)的多種廢棄物及副產(chǎn)品，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以園區(qū)內(nèi)廢棄物及副產(chǎn)品煤矸石、二氧化碳、氫氧化鈉及鹽酸為原料來生產(chǎn)氧化鋁并聯(lián)產(chǎn)碳酸鈉的方法；
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案現(xiàn)的:[0007]用煤矸石生產(chǎn)氧化鋁r聯(lián)產(chǎn)碳酸鈉的方法，包括以下順序和步驟:
[0008]1、將煤矸石生產(chǎn)中產(chǎn)出的煤矸石粉碎至200目以，在900~1000°C焙燒中煅燒活化1.5~2.0小時，得到活化煤矸石灰渣；
[0009]2、將煅燒活化后的灰渣置于耐酸反應(yīng)釜中，加入濃度為20~30wt% PVC產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)鹽酸，HCI和灰渣中氧化鋁的摩爾比為4:1~9: 1，反應(yīng)的溫度為100~200°C，反應(yīng)時間為3~4.0小時候，壓力0.1~2.5MPa，制備成酸浸液；
[0010]3、酸浸液經(jīng)固液分離與洗滌，得到氯化鋁酸浸液:
[0011]4、將氯化鋁酸浸液送入濃縮罐內(nèi)進(jìn)行負(fù)壓濃縮，濃縮壓力為-0.03~-0.05MPa,濃縮溫度為50~110°C，濃縮6~8小時，濃縮后的液體放入緩沖冷卻罐，在室溫下冷卻析出結(jié)晶氯化鋁，當(dāng)析出的晶體達(dá)到原氯化鋁酸浸液重量的40~65%時停止析出，剩余的母液返回氯化鋁酸浸液重新進(jìn)行濃縮結(jié)晶，經(jīng)帶式真空過濾機(jī)過濾得到結(jié)晶氯化鋁；
[0012]5、結(jié)晶氯化鋁煅燒分解制備粗氧化鋁，將結(jié)晶氯化鋁放入溫度300~500°C高溫爐中煅燒分解I~2小時，得到粗氧化鋁，煅燒生產(chǎn)的氯化氫氣體吸收塔內(nèi)循環(huán)吸收；
[0013]6、將粗氧化鋁粉磨到200目左右，放入耐奢反應(yīng)釜中，加入濃度為180~240克/升氫氧化鈉溶液，按粗氧化鋁與氫氧化鈉1.5~2.0:1的質(zhì)量比加入，在130~220°C條件下進(jìn)行I~2小時堿溶，生成偏鋁酸鈉，鐵。鈦不溶物和其他雜質(zhì)形成赤泥，經(jīng)固液分離、洗滌后獲得偏鋁酸鈉溶液，洗渣后的洗液返回到耐壓反應(yīng)釜中重復(fù)利用；
[0014]7、向偏鋁酸鈉溶液中加入氫氧化鋁晶種，晶種系數(shù)0.1~0.3%，并以150~200毫升/分鐘的流量通入二氧化碳?xì)怏w，不斷攪拌，反應(yīng)終點(diǎn)PH = 9.0,反應(yīng)初溫70°C~80°C，反應(yīng)終溫35°C~40°C，反應(yīng)時間50~60時間，使偏鋁酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，同時生成碳酸鈉溶液，經(jīng)固液分離后得到氫氧化鋁晶體和碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液經(jīng)濃縮結(jié)晶制備成碳Ife納廣品；
[0015]8、氫氧化鋁經(jīng)1000~1200°C煅燒爐中煅燒1.5~2.0小時，制得冶金級化鋁。
[0016]9、有益效果:本發(fā)明用孝義市工業(yè)園區(qū)采煤廢棄物的煤矸石作為原料，經(jīng)酸堿聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁，通過先酸后堿的方法，避免引入氧化硅雜質(zhì)，又除去了產(chǎn)品中的鐵、鈦等雜質(zhì)，在獲得冶金級氧化鋁產(chǎn)品的同時生產(chǎn)碳酸鈉。在生產(chǎn)過程中，充分利用了孝義市工業(yè)園區(qū)氯堿工業(yè)的氫氧化鈉，聚氯乙烯廠的副產(chǎn)品鹽酸，電石廠生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳廢氣，形成了工業(yè)園區(qū)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈大循環(huán)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，使污染物得到了綜合，減少孝義市工業(yè)園區(qū)的工業(yè)污染，獲得了有用產(chǎn)品，提高了經(jīng)濟(jì)效益，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)過程中易于控制，氧化鋁提取率高，生產(chǎn)成本核算低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0017]附圖:煤矸石制備氧化鋁聯(lián)產(chǎn)酸鈉工藝流程圖【具體實施方式】
[0018]下結(jié)合附圖和實施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0019]用煤矸石生產(chǎn)氧化鋁聯(lián)產(chǎn)碳酸鈉的方法，包括以下順序的步驟:
[0020]1、將煤矸石生產(chǎn)中產(chǎn)出的煤矸石粉碎至200目以，在900~1000°C焙燒中煅燒活化1.5~2.0小時，得到活化煤矸石灰渣；[0021]2、將煅燒活化后的灰渣待冷卻置于耐酸反應(yīng)釜中，加入濃度為20~30wt%鹽酸，HCI與灰渣中氧化鋁的摩爾比為4:1~9: 1，反應(yīng)的溫度為150~200°C，反應(yīng)時間為3~4.0小時候，壓力0.1~2.5MPa，制備成酸浸液；
[0022]3、酸浸液經(jīng)固液分離洗滌，得到氯化鋁酸浸液:
[0023]4、將氯化鋁酸浸液送入濃縮罐內(nèi)進(jìn)行負(fù)壓濃縮，濃縮壓力為-0.03~-0.05MPa,濃縮溫度為50~110°C，濃縮6~8小時，濃縮后的液體放入緩沖冷卻罐，在室溫下冷卻析出結(jié)晶氯化鋁，當(dāng)析出的晶體達(dá)到原氯化鋁酸浸液重量的40~65%時停止析出，剩余的母液返回氯化鋁酸浸液重新進(jìn)行濃縮結(jié)晶，經(jīng)帶式真空過濾機(jī)過濾得到結(jié)晶氯化鋁；
[0024]5、結(jié)晶氯化鋁煅燒分解制備粗氧化鋁，將結(jié)晶氯化鋁放入溫度300~500°C高溫爐中煅燒分解I~2小時，得到粗氧化鋁，煅燒生產(chǎn)的氯化氫氣體吸收塔內(nèi)循環(huán)吸收；
[0025]6、將粗氧化鋁粉磨到200目左右，放入耐壓反應(yīng)釜中，加入濃度為180~240克/升氫氧化鈉溶液，按粗氧化鋁與氫氧化鈉1.5~2.0: I的質(zhì)量比加入，在130~220°C條件下進(jìn)行I~2小時堿溶，生成偏鋁酸鈉，鐵。鈦不溶物和其他雜質(zhì)形成赤泥，經(jīng)固液分離、洗滌后獲得偏鋁酸鈉溶液，洗渣后的洗液返回到耐壓反應(yīng)釜中重復(fù)利用；
[0026]7、向偏鋁酸鈉溶液中加入氫氧化鋁晶種，晶種系數(shù)0.1~0.3%，并以150~200毫升/分鐘的流量通入二氧化碳?xì)怏w，不斷攪拌，反應(yīng)終點(diǎn)PH = 9.0,反應(yīng)初溫70°C~80°C，反應(yīng)終溫35°C~40°C，反應(yīng)時間50~62時間，使偏鋁酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，同時生成碳酸鈉溶液，經(jīng)固液分離后得到氫氧化鋁晶體和碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液經(jīng)濃縮結(jié)晶制備成碳酸鈉；
[0027]8、氫氧化鋁經(jīng)1000~1200°C煅燒爐中煅燒1.5~2.0小時，制得冶金級化鋁。
[0028]實施例1
[0029]取孝義市工業(yè)園區(qū) 廢棄物的煤矸石lOOKg，粉碎至250目，在循環(huán)流化床焙燒爐中于900°C煅燒0.5小時，得到灰渣。待冷卻后，放入耐酸反應(yīng)釜，加孝義市工業(yè)園區(qū)聚氯乙烯(PVC)廠的副產(chǎn)品鹽酸進(jìn)行酸溶反應(yīng)，鹽酸濃度為28%，每公斤灰渣加入2.5升鹽酸，反應(yīng)的溫度150°C，壓力1.0MPa，反應(yīng)2小時。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)板筐壓過濾機(jī)壓濾洗滌后，制得氯化鋁酸浸液。將氯化鋁酸浸液送入濃縮罐內(nèi)，于壓力-0.02MPa，溫度90°C條件下濃縮8小時，經(jīng)濃縮后的液體放入緩沖冷卻罐，在室溫下自然冷卻，經(jīng)帶式真空過濾機(jī)過濾得到結(jié)晶氯化鋁。將結(jié)晶氯化鋁置于煅燒爐中于400°C煅燒分解2小時得到粗氧化鋁。將粗氧化鋁磨細(xì)到200目，置于耐壓反應(yīng)釜中，將孝義市I工業(yè)園區(qū)氯堿廠氫氧鈉溶液調(diào)整濃度為220克/升，按每公斤粗氧化鋁加入3升氫氧化納溶液。向偏鋁酸納溶液中加入氫氧化鋁晶種，晶種系數(shù)0.2%，通入孝義市工業(yè)園區(qū)電石廠排放的二氧化碳?xì)怏w，氣體50h;反應(yīng)完成后經(jīng)常式真空過濾洗滌，得到氫氧化鋁在1200°C下煅燒2小時制得冶金氧化鋁產(chǎn)品。
[0030]實施例2
[0031]取孝義市工業(yè)園區(qū)廢棄的煤矸石100kg，將煤矸石粉碎至200目以下，在700°C焙燒爐中煅燒活化2.0小時，得到活化煤矸石灰渣。
[0032]1、將煅燒活化后的灰渣置于耐酸反應(yīng)釜中，加入孝義市工業(yè)園區(qū)聚氯乙烯(PVC)廠的副產(chǎn)品鹽酸進(jìn)行酸溶反應(yīng)，濃度為31wt%鹽酸，每公斤灰渣加入1.8升鹽酸，反應(yīng)的溫度為100°C，反應(yīng)時間為1.0小時，壓2.0MPa制備成酸浸液；
[0033]2、酸浸液經(jīng)固液分離與洗滌，得到氯化鋁酸浸液[0034]3、將氯化鋁酸浸液送入、濃縮罐內(nèi)進(jìn)行負(fù)壓濃縮，濃縮壓力為-0.03MPa，濃縮溫度為50°C，濃縮6小時，濃縮后的液體放入緩沖冷卻罐，在室溫下冷卻析出結(jié)晶氯化鋁，當(dāng)析出的晶體達(dá)到原氯化鋁酸浸液重量的50%時停止析出，剩余的母液返回氯化鋁酸浸液重新進(jìn)行濃縮結(jié)晶，以帶式真空過濾機(jī)過濾得到結(jié)晶氯化鋁；
[0035]4、結(jié)晶氯化鋁煅燒分解的制備粗氯化鋁，將結(jié)晶氯化鋁放放水景工300°C高溫爐中煅燒分解1.5小時，得到粗氧化，煅燒生成的氯化氫氣體地在吸塔內(nèi)循環(huán)吸收；
[0036]5、將粗氧化粉磨到200目左右，放入耐壓反應(yīng)釜中，將孝義市工業(yè)園區(qū)氯堿廠生產(chǎn)的氫氧化鈉溶液調(diào)整濃度為180克/升，按每公斤粗氧化鋁加入3升氫氧化鈉溶液的量加入者到反應(yīng)釜中，在130°C條件下進(jìn)行I小時堿溶，生成偏大鋁酸鈉，鐵、鈦不溶物和其他雜質(zhì)形成赤泥，經(jīng)固液分離、洗滌后獲得偏大鋁酸鈉溶液，洗渣后的洗液返回到耐壓反應(yīng)釜中重復(fù)利用；
[0037]6、向偏鋁酸鈉溶液中加入氫氧化鋁晶種，晶種系數(shù)0.15，并分鐘150毫升/分鐘的流量通入孝義市工業(yè)園區(qū)電石排的二氧化碳?xì)怏w，不斷攪拌，反應(yīng)終點(diǎn)PH = 9.0，反應(yīng)初溫80°C，反應(yīng)終溫40°C，反應(yīng)時間60小時，使偏大鋁酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，同時生成碳酸鈉溶液，經(jīng)固液分離得到氫氧化鋁晶體和碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液溶液經(jīng)濃縮結(jié)晶后制備成碳酸鈉；
[0038]7、氫氧化鋁經(jīng)1300°C煅燒爐中煅燒1.5小時，制得冶金級氧化鋁。
[0039]實施例3
[0040]1、取孝義市工業(yè)園區(qū)廢棄物的煤矸石100kg，將煤矸石粉碎至200目以下，在800°C焙燒爐中煅燒活化1.5小時，得到活化煤矸石灰渣；
[0041]2、將煅燒活化后的灰渣置于耐反應(yīng)釜中，加入孝義市工業(yè)園區(qū)聚氯乙烯(PVC)廠的副產(chǎn)品鹽酸進(jìn)行酸溶反應(yīng)，濃度為22wt%鹽酸，每公斤灰渣加入者2.5升鹽酸，反應(yīng)的溫度為200°C，反應(yīng)時間為3.0小時，壓力IMPa，制備成酸浸液；
[0042]3、酸浸液經(jīng)固液分離與洗滌，得到氯化鋁酸浸液
[0043]將氯化鋁酸浸液送入濃縮罐內(nèi)進(jìn)行負(fù)壓濃縮，濃縮壓力為-0.05MPa內(nèi)當(dāng)家2溫度為110°C，濃縮6小時，濃縮后的液體放入緩沖冷卻罐，在室溫下冷卻析出結(jié)晶氯化鋁，當(dāng)析出的晶體達(dá)到原氯化鋁酸浸液重量的65%時停止析出，剩余的母液返回氯化鋁酸浸液重新進(jìn)行濃縮結(jié)晶，經(jīng)帶式真空過濾機(jī)過濾得到結(jié)晶氯化鋁；
[0044]4、結(jié)晶氯化鋁煅燒分解的制備粗氯化鋁，將結(jié)晶氯化鋁放入溫度450°C高溫爐中煅燒分解1.5小時，得到粗氧化，煅燒生成的氯化氫氣體在吸塔內(nèi)循環(huán)吸收；
[0045]5、將粗氧化粉磨到200目左右，放入耐壓反應(yīng)釜中，將孝義市工業(yè)園區(qū)氯堿廠生產(chǎn)的氫氧化鈉溶液調(diào)整濃度為180克/升,按粗氧化鋁質(zhì)量的2.0倍加入到反應(yīng)釜中，在220°C條件下進(jìn)行1.5小時堿溶，生成偏大鋁酸鈉，鐵、鈦不溶物和其他雜質(zhì)形成赤泥，經(jīng)固液分離、洗滌后獲得偏大鋁酸鈉溶液，洗渣后的洗液返回到耐壓反應(yīng)釜中重復(fù)利用；
[0046]6、向偏鋁酸鈉溶液中加入氫氧化鋁晶種，晶種系數(shù)0.3%，并以180毫升/分鐘的流量通入鄂爾多斯市工業(yè)園區(qū)電石排的二氧化碳?xì)怏w，不斷攪拌，反應(yīng)終點(diǎn)PH = 9.0，反應(yīng)初溫70°C，反應(yīng)終溫35°C，反應(yīng)時間50小時，使偏大鋁酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，同時生成碳酸鈉溶液，經(jīng)固液分離得到氫氧化鋁晶體和碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液溶液經(jīng)濃縮結(jié)晶后制備成碳酸納；[0047] 7、氫氧化鋁經(jīng)1100°C煅 燒爐中煅燒2.0小時，制得冶金級氧化鋁。
【權(quán)利要求】
1.一種利用煤矸石粉煤灰制取氫氧化鋁的方法，其特征在于包括如下步驟: 1)物料的配比:按煤矸石1000千克、30%-45%氟硅酸6立方米、50% -90%硫酸.0.3-0.5立方米的比例，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； 4)氫氧化鋁的制取:取步驟3)中的濾液在攪拌的情況下加入碳酸鈣或氫氧化鈣，加入量為氟硅酸量的2.5倍，攪拌反應(yīng)2小時后分離沉淀，得到濾液，向濾液中在攪拌的情況下滴加濃度為20-30%的氨水調(diào)PH值到6和10之間，得到氫氧化鋁沉淀，烘干得到氫氧化鋁。
【文檔編號】C01F7/20GK103754907SQ201210264068
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月27日
【發(fā)明者】張宏, 韓德民, 雷菊花 申請人:雷菊花