一種利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于固體廢物利用領(lǐng)域，具體涉及一種利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于特殊的成礦背景，在我國內(nèi)蒙古中西部的部分煤炭資源中，賦存大量勃姆石 和高嶺石等含鋁礦物。此煤炭資源主要分布于準(zhǔn)格爾煤田、卓資山煤田及大青山煤田，其中 氧化錯含量達(dá)到9~13%。發(fā)電后產(chǎn)生的粉煤灰中氧化錯含量可達(dá)40~50%，是一種非傳統(tǒng) 的鋁土礦資源。
[0003] 每年僅內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)高鋁煤炭產(chǎn)量就達(dá)到1.2億噸，其中部分煤炭用于發(fā) 電后產(chǎn)生近3000萬噸高鋁粉煤灰，其中內(nèi)蒙古中西部地區(qū)約1400萬噸，集中堆存在呼和浩 特、鄂爾多斯，具有較高經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值的含鋁資源。
[0004] 粉煤灰提取氧化鋁的工藝路線目前主要有堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法和氣體氯化法。 堿法主要包括石灰石燒結(jié)法，堿石灰燒結(jié)法，預(yù)脫硅+堿石灰燒結(jié)法等;酸法主要包括:硫酸 法、鹽酸法、硝酸法、氫氟酸法等。
[0005] 而目前我國國內(nèi)的工藝路線主要有:石灰石燒結(jié)法，預(yù)脫硅堿石灰燒結(jié)法，酸法， 硫酸銨燒結(jié)法。以上幾種方案從工藝方面比較，均能實(shí)現(xiàn)粉煤灰中的氧化鋁和二氧化硅分 別提取利用。石灰石燒結(jié)法存在產(chǎn)品單一、能耗較高、渣量大等缺點(diǎn)。預(yù)脫硅堿石灰燒結(jié)法 按照"先硅后鋁"的生產(chǎn)工藝，主要的化學(xué)消耗材料如碳酸鈉和氫氧化鈉基本實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利 用，但生產(chǎn)成本較高。酸法和硫酸銨法是按照"先鋁后娃"的生產(chǎn)工藝，可實(shí)現(xiàn)硫酸銨和鹽酸 的循環(huán)利用，得到的產(chǎn)品為氧化鋁、硅副產(chǎn)品等，生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣僅為預(yù)脫硅堿石灰燒結(jié) 法的50%，渣量相對較少。但酸法設(shè)備投資很高，且生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用也很高，而且生產(chǎn)過程還 會造成較大的環(huán)境壓力。硫酸銨法雖然克服了設(shè)備的相對腐蝕及對環(huán)境造成的壓力，但在 規(guī)?；a(chǎn)情況下，設(shè)備的大型化還存在困難，生產(chǎn)工藝也需要進(jìn)一步探索，工藝的可靠性 還不是很確定。目前我國能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)的粉煤灰提取氧化鋁的工藝只有堿石灰 燒結(jié)法，但由于成本居高，虧損嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種克服現(xiàn)有的堿石灰燒結(jié)法工藝的不足，改進(jìn)和簡 化工藝，以實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本的技術(shù)。該技術(shù)采用干法燒結(jié)、全種分和高濃度堿液蒸發(fā)技 術(shù)，既可以大幅度簡化工藝環(huán)節(jié)，降低操作難度，又可以實(shí)現(xiàn)硅鋁成分的綜合利用，渣可以 得到有效利用，節(jié)能效果明顯，成本大幅降低。
[0007] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：
[0008] -種利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，包括以下步驟：
[0009] (1)石灰石加入粉煤灰、純堿和堿液進(jìn)行配料，其中堿液為循環(huán)鋁酸鈉溶液，配料 比例為粉煤灰38~43重量份、石灰石32~37重量份、純堿20~25重量份，然后加入堿液，配 料完成后，水分控制在23-26 %，
[0010] (2)將配好的料加入混料機(jī)進(jìn)行充分混合，再用圓盤造球機(jī)造球團(tuán)，球團(tuán)粒徑為8 ~20mm;
[0011] (3)將成品球團(tuán)經(jīng)過烘干、干燥、預(yù)熱、燒結(jié)和冷卻五個階段燒結(jié)成燒結(jié)球團(tuán)，五個 階段溫度控制為100~130°C、600~650°C、900~950、1000~1350°(：、80~100°(：，時間分別 為5分鐘、10分鐘、10分鐘、50分鐘、10分鐘;然后熟料采用立磨進(jìn)行干磨，磨細(xì)到-0.074_占 90%以上的熟料粉末；
[0012] (4)將熟料粉加水或洗渣水進(jìn)行溶出，液固比為3~4:1，溶出時間為15~20分鐘， 溫度為72~76°C;
[0013] (5)將步驟(4)熟料粉溶出得到的渣進(jìn)行充分洗滌后(洗渣水即在步驟(4)溶出所 用），將水或洗滌水與渣混合進(jìn)行脫堿，脫堿條件為:脫堿液成分Na20 90g/L，溫度160~200 °C，時間1小時，液固比4:1，脫堿完的渣進(jìn)行充分洗滌(洗滌水用于配制脫堿液)后得到容重 在300~800kg/m 3副產(chǎn)品娃酸|丐，可以用于建材和土壤調(diào)理。
[0014] (6)將步驟(4)熟料粉溶出得到的溶液與鋁酸鈉結(jié)晶混合溶解后進(jìn)行脫硅。脫硅條 件為:溫度160~180 °C，時間1~2小時。
[0015] (7)將步驟(6)得到的溶液加氫氧化鋁晶種進(jìn)行種分分解，分解得到A1(0H)3,經(jīng)過 焙燒得到氧化鋁；
[0016] (8)將步驟(7)得到的種分母液分兩步進(jìn)行蒸發(fā)和排鹽，第一步蒸發(fā)到堿液濃度為 Na2〇 280~300g/L，然后與第二步蒸發(fā)得到的濃度為Na2〇 500~600g/L的堿液按一定比例 混合進(jìn)行排鹽，將排鹽后的母液再進(jìn)行第二步蒸發(fā)，得到堿液濃度為Na20 500~600g/L;將 步驟(5)得到的脫堿液也同樣進(jìn)行兩步蒸發(fā)得到堿液濃度為Na20 500~600g/L，作為一種 液堿副產(chǎn)品用于氧化鋁行業(yè)作為原料。
[0017] (9)將第二步蒸發(fā)后的種分母液進(jìn)行降溫結(jié)晶，結(jié)晶條件為:首溫80~110°C，末溫 40~50 °C，時間6~8小時。
[0018] (10)將步驟(9)得到的母液與步驟(8)得到的鹽和步驟(6)得到的硅渣進(jìn)行混合， 然后作為配料堿液返回到步驟(1)中，實(shí)現(xiàn)堿液循環(huán)。
[0019] 本申請采用的粉煤灰中氧化鋁含量可達(dá)40~50%。
[0020] 其中，所述步驟（1)中，石灰石礦首先被破碎至2~5mm，再磨細(xì)至粒度為-0.074mm 占85%以上;然后用于配料。
[0021] 其中，所述步驟（1)中，堿液濃度為Na20 500~600g/L，ak=12~30。所述堿液是蒸 發(fā)排鹽后的母液。
[0022]其中，所述步驟(2)中，造球過程中加入堿液，造球加液量為步驟(1)堿液量發(fā)的12 ~18%〇
[0023] 其中，所述步驟（5)中，用洗渣的水配置脫堿液，脫堿液成分Na20 90g/L，溫度160 ~200 °C，時間1小時，液固比4:1，脫堿完的渣進(jìn)行充分洗滌后得到容重在300~800kg/m3副 產(chǎn)品硅酸鈣，可用于建材和土壤調(diào)理。
[0024] 優(yōu)選地，所述步驟(6)中，得到的溶液與鋁酸鈉結(jié)晶混合溶解后，加入脫硅種子進(jìn) 行脫硅。種子量40~60g/L，脫硅種子為脫硅步驟產(chǎn)生的固體(初投產(chǎn)時沒有種子）。
[0025] 其中，所述步驟(8)中，種分母液（晶種分解的母液)分兩步進(jìn)行蒸發(fā)和排鹽，第一 步采用七效蒸發(fā)器蒸發(fā)到堿液濃度為Na20 280~300g/L，第二步采用三效蒸發(fā)器蒸發(fā);將 步驟(5)得到的脫堿液也同樣進(jìn)行兩步蒸發(fā)得到堿液濃度為Na20 500~600g/L，作為一種 液堿副產(chǎn)品用于氧化鋁行業(yè)作為原料。
[0026] 進(jìn)一步地，所述步驟(9)中，種分母液進(jìn)行加種子降溫結(jié)晶，種子量10~40g/L，所 述種子為鋁酸納晶體。
[0027] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比優(yōu)點(diǎn)在于：
[0028] (1)本發(fā)明在氧化鋁傳統(tǒng)燒結(jié)法技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了干法燒成技術(shù)，通過在脫 硅、分解、蒸發(fā)、熟料先干磨再溶出等方面的新技術(shù)的發(fā)明，從整個流程上實(shí)現(xiàn)了干法燒成 技術(shù)。使氧化鋁的設(shè)備產(chǎn)能大幅提高，能耗實(shí)現(xiàn)了大幅度的下降。通過兩步蒸發(fā)、高低濃度 混合排鹽技術(shù)，解決了傳統(tǒng)種分母液蒸發(fā)因排鹽困難制約蒸發(fā)濃度的問題。
[0029] (2)實(shí)現(xiàn)了粉煤灰的高效綜合利用，通過控制配料配方、燒成條件和脫堿條件能夠 生產(chǎn)出不同規(guī)格的硅酸鈣副產(chǎn)品，容重可以控制在300-800kg/m 3,分別適用于建材和土壤 調(diào)理，既可以保證其輕質(zhì)特性，又可以保證降低運(yùn)輸成本。
[0030] (3)可以將部分廉價(jià)的工業(yè)純堿轉(zhuǎn)化為附加值高的液堿，進(jìn)一步降到了本技術(shù)的 主產(chǎn)品的成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
[0031]總之，本發(fā)明的方法在傳統(tǒng)燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了突破，生產(chǎn)成本及 建廠投資都大幅度降低，在處理工業(yè)固廢粉煤灰時效果更加突出，實(shí)現(xiàn)了鋁硅的綜合循環(huán) 利用的目的。同時在設(shè)備選型方面，在化工和冶金行業(yè)都有成熟的設(shè)備選擇，工業(yè)化非常容 易可行。
【附圖說明】
[0032]圖1:本發(fā)明利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面以優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說明。
[0034]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，以下實(shí)施例只用來說明本發(fā)明，而不用來限制本發(fā)明 的范圍。
[0035]原料粉煤灰采用內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)某電廠產(chǎn)出的高鋁粉煤灰，其成分如表1所 示。石灰石采用呼和浩特地區(qū)所產(chǎn)石灰石，其成分如表2。
[0036]表1:粉煤灰成分
[0037]
[0038] 表2:石灰石成分 ^0ΛΟΩ?
[0040] 實(shí)施例1
[0041] 首先將成分如表2的石灰石破碎至2~5mm，然后將礦粉磨細(xì)至粒度為-0.074mm占 85%以上。然后加入成分如表1的粉煤灰及純堿粉進(jìn)行充分混合，粉煤灰、石灰石、純堿分別 為38重量份，32重量份和20重量份，然后加入堿液(結(jié)晶得到的循環(huán)母液），將準(zhǔn)備好的堿液 分為兩部分，分配比例為87:13。堿液的濃度為Na 20 55(^/1，(^=14。配料指標(biāo)為：水分 26%，堿比為1，|丐比為1。
[0042] 將配好的料連同87%的堿液一起加入強(qiáng)力混料機(jī)進(jìn)行充分混合，再用圓盤造球機(jī) 造球團(tuán)，造球加液量為剩余的13%堿液，球團(tuán)粒徑為8~12mm，抗壓強(qiáng)度大于10N。
[0043] 將成品球團(tuán)經(jīng)過烘干、干燥、預(yù)熱、燒結(jié)和冷卻五個階段燒結(jié)成燒結(jié)球團(tuán)，其中溫 度控制為1〇〇°(：、600°(：、900、1000°(：、80°(：，時間控制為5分鐘、10分鐘、10分鐘、50分鐘、10分 鐘。然后磨細(xì)到-0.074mm占90%以上的熟料粉磨。
[0044] 將磨制好的熟料粉加調(diào)整液(洗渣水)在溶出槽內(nèi)進(jìn)行溶出，溶出條件為:堿液濃 度Na20 50g/L，ak= 1.2，液固比為4:1，溶出時間為20分鐘，溫度為75°C。
[0045] 將溶出后的渣進(jìn)行充分洗滌后(洗渣水用于熟料粉溶出）加入脫堿渣的洗液進(jìn)行 脫堿，液固比4:1，配制的脫堿液中Na20 90g/L。脫堿溫度200 °C，時間1小時，脫堿完的渣進(jìn) 行充分洗滌后得到副產(chǎn)品硅酸鈣(洗滌水用于配制脫堿液），容重測定為310kg/m3用于制作 輕質(zhì)建材。
[0046] 溶出得到的溶液與鋁酸鈉結(jié)晶混合溶解后，用一段種分蒸發(fā)母液調(diào)整ak為1.5， AL2〇3濃度控制為140g/L，加入脫硅種子在脫硅機(jī)內(nèi)進(jìn)行脫硅。脫硅條件為:種子量60g/L(脫 硅得到的固體），溫度160°C，時間1小時，脫硅完成后，漿液用葉濾機(jī)進(jìn)行精制，精液進(jìn)行種 分分解，脫硅渣與循環(huán)母液混合回頭配料。