专利名称：一种以粉煤灰为原料制备低铁结晶氯化铝的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备结晶氯化铝的方法，尤其是一种以粉煤灰为原料制备低铁结 晶氯化铝的方法。
背景技术：
粉煤灰是燃煤电厂排出的废弃物，我国是以煤炭为主要能源的国家，每年从电厂 排放的粉煤灰高达上亿吨，粉煤灰的排放不仅侵占大量土地，而且严重污染环境，如何处理 和利用粉煤灰成为一个十分重要的问题。另一方面，粉煤灰中含有多种可以利用的组分，研 究表明，循环流化床粉煤灰中通常含有30-50%的铝(以氧化铝计)，在资源日益匮乏的今 天，从粉煤灰中提取铝，制备结晶氯化铝是使粉煤灰变废为宝、综合利用的有效途径，具有 很好的社会效益和经济效益。目前，低铁结晶氯化铝的制备方法通常是以经过除铁后的氢氧化铝或氧化铝为原 料，与 盐酸反应制得，其原料来源单一，生产成本高。而以粉煤灰为原料直接制备的结晶氯 化铝通常含有铁等杂质，很难用一般方法去除。CN200710055504. 3公开了一种以循环流化床粉煤灰为原料制备结晶氯化铝的方 法，该方法采用直接酸溶的工艺从循环流化床粉煤灰中制得氯化铝溶液，在沉降槽中使渣 液分离得到上清液，上清液浓缩结晶后，再经过喷雾干燥进一步制得固体结晶氯化铝产品。 由于粉煤灰中的铁极易溶解于酸，而在该方法中，没有必要的除铁的措施，因此会导致产物 结晶氯化铝中的含铁量高，而铁的存在会对结晶氯化铝产品的物理和化学性质产生不利影 响。目前尚没有用粉煤灰直接生产低铁结晶氯化铝的方法，因此，有必要设计一种以 粉煤灰为原料制备低铁结晶氯化铝的方法，以便克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足提供一种以粉煤灰为原料制备低铁 结晶氯化铝的方法。本发明所提供的以粉煤灰为原料制备低铁结晶氯化铝的方法，包括以下步骤(1)将粉煤灰粉碎至100目以下，加水配成固含量为20_40wt%的浆料，经湿法磁 选除铁和固液分离后得到滤饼；(2)将步骤(1)所得滤饼中加入盐酸进行酸溶，再经固液分离与洗涤后得到酸浸 液；(3)对步骤(2)所得酸浸液进行减压浓缩，浓缩后的液体经冷却后得到粗制结晶 氯化铝浆液；(4)对步骤(3)所得粗制结晶氯化铝浆液进行重结晶，得到精制结晶氯化铝浆液；(5)对步骤(4)所得精制结晶氯化铝浆液进行固液分离、干燥后得到低铁结晶氯 化招广品。
下面进一步详细说明本发明所提供的方法，但本发明并不因此而受到任何限制。步骤⑴将粉煤灰粉碎至100目以下，加水配成固含量为20_40wt%，优选 30-35wt%的浆料，通过磁选机进行磁选至粉煤灰中的氧化铁含量(以三氧化二铁计)降低 至1. 以下，经固液分离得到固含量为25-50wt%，优选30-45衬％的滤饼。所述磁选机可以选用各种常用的适于粉质物料除铁的磁选设备。优选地，所述磁 选机为中国发明申请201010112520. 3号中公开的用于粉煤灰除铁的立环磁选机，该磁选 机包括转环、感应介质、上铁轭、下铁轭、励磁线圈、进料口、尾矿斗和冲水装置，感应介质 安装在转环中，励磁线圈设置在上铁轭和下铁轭周围，以使上铁轭和下铁轭成为一对产生 垂直方向磁场的磁极，所述上铁轭和下铁轭分别设置在转环下方的环内、环外两侧，其中， 所述感应介质为多层钢板网，每层钢板网由丝梗编成，所述丝梗的边缘具有棱状尖角，所述 上铁轭与进料口连接，所述下铁轭与用于出料的尾矿斗连接，所述冲水装置位于转环上方。所述立环磁选机的磁选条件为场强1. 0-2. 0万GS，优选1. 5-1. 75万GS、电流 30-40A。所述磁选过程可重复2-4次，优选2-3次。 步骤⑵将步骤(1)所得滤饼中加入浓度为20_37wt%，优选20_30wt%的盐酸 进行酸溶，盐酸中HCl和粉煤灰中氧化铝的摩尔比为4 1-9 1，优选4.5 1-6 1、溶 出温度为100-200°C，优选130-150°C、溶出压力为0. 1-2. 5MPa，优选0. 3-1. OMPa、溶出时间 为0. 5-4. 0h，优选1. 5-2. 5h，再经固液分离与洗涤，得到酸浸液。所述酸浸液PH值优选为1-3。所述固液分离可采用任何常用的固液分离方法，例如，使用沉降、减压过滤、加压 过滤均可。所述洗涤采用常规洗涤方法，用水对酸溶渣进行洗涤。所述洗涤过程可重复2或 2次以上，例如2-4次，至酸溶渣接近中性为止，例如，酸溶渣的PH值为5-6左右。步骤(3)对步骤(2)所得酸浸液进行减压浓缩，浓缩压力为-0. 03-0. 07MPa,优 选-0. 04-0. 06MPa、浓缩温度为50-110°C，优选70-80°C，浓缩后的液体经冷却析出结晶氯 化铝，得到粗制结晶氯化铝浆液。所述步骤(3)在冷却时，控制析出的晶体重量占氯化铝液体原重量的40%至65% 之间，使得大部分氯化铝结晶析出，而少量氯化铁等杂质由于浓度较低，仍留在溶液当中。步骤(4)对步骤(3)所得粗制结晶氯化铝浆液加热至40-70°C，优选50-60°C，并 保温l-6h，优选4-5h，使晶体中的杂质充分溶出，然后将溶液冷却重结晶，得到精制结晶氯 化铝浆液。所述步骤(4)中的重结晶步骤可重复2-5次。步骤(5)对步骤(4)所得精制结晶氯化铝浆液进行固液分离，可使用离心分离或 真空带式过滤，在优选70-100°C干燥后得到低铁结晶氯化铝产品。所述固液分离后的剩余母液返回步骤(3)重新浓缩结晶。当母液循环到一定次 数，杂质含量较高时，需另作它用。与现有技术相比较，本发明所具有的有益效果是1、采用循环流化床粉煤灰为原料制备结晶氯化铝，原料来源广泛，成本低。从粉煤 灰这种工业废弃物中提取具有高附加值的结晶氯化铝产品，具有很好的经济效益和社会效益 ；2、采用中温(100-20(TC )酸溶的方法从粉煤灰中提取铝，对铝的提取率高，达到 80%以上，原料利用率高，产生的残渣量小；3、采用磁选和重结晶相结合的方法实现铁的去除，此方法操作步骤简单，生产过 程易于控制，除铁效果好；4、本发明所得到的结晶氯化铝产品，其铁(Fe)含量低于0. 025wt%。
具体实施例方式下面通过实施例进一步详细说明本发明所提供的方法，但本发明并不因此而受到 任何限制。原料采用某热电厂产出的循环流化床粉煤灰，其化学成分如表1所示。表1循环流化床粉煤灰化学成分(wt % ) 实施例1(1)取流化床粉煤灰粉碎至200目，加水制成固含量为33wt%的浆料，使用中国发 明申请201010112520. 3号中公开的用于粉煤灰除铁的立环磁选机在1. 2万GS下磁选3遍， 粉煤灰中的氧化铁含量降低至0. 8wt%，用板筐压滤机(河南豫洲压滤机厂，型号BAS320) 压滤后得到固含量为37. 5wt%的滤饼；(2)将滤饼放入耐酸反应釜，加入浓度为28wt%的工业盐酸进行酸溶反应，盐酸 中HCl和粉煤灰中氧化铝的摩尔比为4. 5 1，溶出温度150°C，溶出压力l.OMPa，溶出时间 2h，反应产物经上述板筐压滤机压滤、洗涤后，得到PH值为1. 5的酸浸液；(3)将酸浸液送入搪瓷内衬浓缩罐内进行蒸发浓缩，浓缩时压力-0. 05MPa，浓缩 温度90°C，经浓缩后的液体在室温下自然冷却，得到粗制结晶氯化铝浆液，控制析出的晶体 重量占氯化铝液体原重量的65%。(4)将粗制结晶氯化铝浆液加热至50°C，并保温4h，然后将溶液冷却至25°C结晶， 将此重结晶步骤重复2次，得到精制结晶氯化铝浆液。(5)将精制结晶氯化铝浆液真空过滤，在70°C干燥后得到低铁结晶氯化铝产品。经测定，结晶氯化铝产品中铁(Fe)的含量为0. 024wt%。实施例2除步骤(1)外，其他操作工艺条件均与实施例1相同。步骤(1)中的操作工艺条 件调整为(1)取流化床粉煤灰粉碎至300目，加水制成固含量为30wt%的浆料，使用中国 发明申请201010112520. 3号中公开的用于粉煤灰除铁的立环磁选机在1. 75万GS下磁 选4遍，粉煤灰中的氧化铁含量降低至0. 5wt%，用板筐压滤机(河南豫洲压滤机厂，型号 BAS320)压滤后得到固含量为35wt%的滤饼；经测定，结晶氯化铝产品中铁(Fe)的含量为0. 021wt%。
实施例3除步骤(1)外，其他操作工艺条件均与实施例1相同。步骤(1)中的操作工艺条 件调整为(1)取流化床粉煤灰粉碎至200目，加水制成固含量为35wt%的浆料，使用中国发 明申请201010112520. 3号中公开的用于粉煤灰除铁的立环磁选机在2. 0万GS下磁选2遍， 粉煤灰中的氧化铁含量降低至0. 7wt%，用板筐压滤机(河南豫洲压滤机厂，型号BAS320) 压滤后得到固含量为41wt%的滤饼；经测定，结晶氯化铝产品中铁(Fe)的含量为0. 023wt%。实施例4除步骤(2)外，其他操作工艺条件均与实施例1相同。步骤(2)中的操作工艺条 件调整为(2)将滤饼放入耐酸反应釜，加入浓度为32wt%的工业盐酸进行酸溶反应，盐酸 和粉煤灰中氧化铝的摩尔比为5 1，溶出温度200°C，溶出压力2. IMPa，溶出时间2h，反应 产物经上述板筐压滤机压滤、洗涤后，得到PH值为1. 5的酸浸液；
经测定，结晶氯化铝产品中铁(Fe)的含量为0. 022wt%。实施例5除步骤⑵与(3)夕卜，其他操作工艺条件均与实施例1相同。步骤(2)与(3)中 的操作工艺条件分别调整为(2)将滤饼放入耐酸反应釜，加入浓度为22wt%的工业盐酸进行酸溶反应，盐酸 和粉煤灰中氧化铝的摩尔比为6 1，溶出温度1101，溶出压力0.21^￡1，溶出时间211，反应 产物经上述板筐压滤机压滤、洗涤后，得到PH值为1. 4的酸浸液；(3)将酸浸液送入搪瓷内衬浓缩罐内进行蒸发浓缩，浓缩时压力-0. 03MPa，浓缩 温度75°C，经浓缩后的液体在室温下自然冷却，得到粗制结晶氯化铝浆液，控制析出的晶体 占氯化铝液体原重量的40%。经测定，结晶氯化铝产品中铁(Fe)的含量为0. 022wt%。实施例6除步骤(3)外，其他操作工艺条件均与实施例1相同。步骤(3)中的操作工艺条 件调整为(3)将酸浸液送入搪瓷内衬浓缩罐内进行蒸发浓缩，浓缩时压力-0. 04MPa，浓缩 温度70°C，经浓缩后的液体在室温下自然冷却，得到粗制结晶氯化铝浆液，控制析出的晶体 占氯化铝液体原重量的50%。经测定，结晶氯化铝产品中铁(Fe)的含量为0. 024wt%。实施例7除步骤(4)夕卜，其他操作工艺条件均与实施例1相同。步骤⑷中的操作工艺条 件调整为(4)将粗制结晶氯化铝浆液加热至60°C，并保温6h，然后将溶液冷却至30°C结晶， 将此重结晶步骤重复3次，得到精制结晶氯化铝浆液。经测定，结晶氯化铝产品中铁(Fe)的含量为0. 018wt%。实施例8
将实施例1步骤(4)中的重结晶操作由重复2次增加为重复4次，得到精制氯化 铝浆液。其他操作工艺条件均与实施例1相同。经测定，结晶氯化铝产品中铁(Fe)的含量为0. 017wt%。对比实验例1省略步骤(1)，其它操作工艺条件均与实施例1相同，即将粉煤灰不经磁选直接酸 溶，制备结晶氯化铝。经测定，结晶氯化铝产品中铁(Fe)的含量为0. 043wt%。对比实验例2省略步骤(4)，其它操作工艺条件均与实施例1相同，即将粗制结晶氯化铝浆液直 接浓缩 结晶，制备结晶氯化铝。经测定，结晶氯化铝产品中铁(Fe)的含量为0. 038wt%。
权利要求
一种以粉煤灰为原料制备低铁结晶氯化铝的方法，包括以下步骤(1)将粉煤灰粉碎至100目以下，加水配成固含量为20-40wt％的浆料，经磁选除铁和固液分离后得到滤饼；(2)将步骤(1)所得滤饼中加入盐酸进行酸溶，再经固液分离与洗涤后得到酸浸液；(3)对步骤(2)所得酸浸液进行减压浓缩，浓缩后的液体经冷却后得到粗制结晶氯化铝浆液；(4)对步骤(3)所得粗制结晶氯化铝浆液进行重结晶，得到精制结晶氯化铝浆液；(5)对步骤(4)所得精制结晶氯化铝浆液进行固液分离、干燥后得到低铁结晶氯化铝产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)通过磁选机进行磁选至 粉煤灰中的氧化铁含量降低至1.0wt%以下，经固液分离得到固含量为25-50wt%，优选 30-45wt%& 滤饼。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述磁选机为立环磁选机，包括转环、感 应介质、上铁轭、下铁轭、励磁线圈、进料口、尾矿斗和冲水装置，感应介质安装在转环中，励 磁线圈设置在上铁轭和下铁轭周围，以使上铁轭和下铁轭成为一对产生垂直方向磁场的磁 极，所述上铁轭和下铁轭分别设置在转环下方的环内、环外两侧，其中，所述感应介质为多 层钢板网，每层钢板网由丝梗编成，所述丝梗的边缘具有棱状尖角，所述上铁轭与进料口连 接，所述下铁轭与用于出料的尾矿斗连接，所述冲水装置位于转环上方。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述立环磁选机的磁选条件为场强 1. 0-2. 0 万 GS，优选 1. 5-1. 75 万 GS。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中加入浓度为 20-37wt %，优选20-30wt %的盐酸进行酸溶，盐酸中HCl和粉煤灰中氧化铝的摩尔比为 4:1-9: 1，优选4.5 1-6 1、溶出温度为100-200°C，优选130-150°C、溶出压力为 0. 1-2. 5MPa，优选 0. 3-1. OMPa、溶出时间为 0. 5-4. 0h，优选 1. 5-2. 5h。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中得到PH值为1-3的酸浸液。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)进行减压浓缩时，浓缩 压力为-O. 03—0. 07MPa，优选-0. 04—0. 06MPa、浓缩温度为 50_110°C，优选 70_80°C。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)在冷却时，控制析出的晶体 重量占氯化铝液体原重量的40%至65%之间。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)在进行重结晶时，对所 述粗制结晶氯化铝浆液加热至40-70°C，优选50-60°C，并保温l_6h，优选4_5h。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述重结晶步骤重复2-5次。
11.根据权利要求1或10所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)在干燥时温度为 70-100°C。
全文摘要
本发明提供一种以粉煤灰为原料制备低铁结晶氯化铝的方法，包括步骤(1)将粉煤灰粉碎后进行湿法磁选除铁；(2)除铁后的粉煤灰与盐酸反应得到酸浸液；(3)对酸浸液进行减压浓缩得到粗制结晶氯化铝浆液；(4)对粗制结晶氯化铝浆液进行重结晶，得到精制结晶氯化铝浆液；(5)精制氯化铝浆液进行固液分离、干燥后得到低铁结晶氯化铝产品。本发明方法具有原料来源广泛、成本低、操作步骤简单、生产过程易于控制、产品质量稳定等优点，通过本发明方法所得到的结晶氯化铝产品中铁(Fe)含量低于0.025wt％。
文档编号C01F7/56GK101838001SQ201010161808
公开日2010年9月22日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者张万德, 张培萍, 李楠, 王蓓蓓, 蒋引珊, 郭昭华 申请人:中国神华能源股份有限公司;神华准格尔能源有限责任公司