从粉煤灰中溶出铝的方法与流程

本发明属于湿法冶金技术领域，具体而言，本发明涉及一种粉煤灰中溶出铝的方法。

背景技术：

我国西北地区建设有较大体量的燃煤电厂，产出大量的粉煤灰，目前均普遍按工业废渣堆存或作为工业价值较低的铺路、建筑材料处理。粉煤灰中主要含有氧化铝、氧化硅，两者占80％以上，其中的金属铝蕴含着较高的利用价值。

传统的燃煤电厂产出的粉煤灰大多为煤粉炉粉煤灰，由于其较高的燃烧温度(1400-1600℃)，导致其中的氧化铝组分稳定性非常高。对于煤粉炉粉煤灰，通常采用石灰石烧结法、碳酸钠烧结法和酸法进行处理以提取其中的氧化铝。由于含硅高，采用石灰石烧结法需要消耗大量的石灰石，存在能耗高、产渣量大等缺点。而采用碳酸钠法则存在生产过程复杂、成本高等缺点。对于酸法，则由于氧化铝组分的稳定性，导致其溶出率较低。近年来已有大量的燃煤电厂采用循环流化床燃煤技术，其燃烧温度在850℃左右，产出的粉煤灰分主要物相组成为无定型偏高岭石，其中的氧化铝具有较好的活性，适合直接采用酸法进行提取。

目前，已有较多企业及科研机构对循环流化床粉煤灰中的氧化铝提取方法进行研究。主要的工艺方法均为酸溶，包括盐酸溶出、硫酸溶出或盐酸醇溶液溶出等方法。其共同点是，溶出在常压、或加压状态下进行。专利CN1927716A披露了一种采用盐酸或硫酸在常压下进行溶出的方法。但据专利CN102145904A披露及本发明人试验验证，该方法下氧化铝的溶出率较低，仅为30～40％左右。专利CN102145904A披露了一种采用盐酸加压溶出的方法，氧化铝的溶出率大于80％。然而据本发明人试验研究及工艺设计后发现，采用专利CN102145904A的工艺方法，需要较大容积的加压设备以及大量的加热介质如高压蒸汽用于溶出，造成基建投资费用高昂、操作费用较高。

因此，有必要开发一种可行的从循环流化床粉煤灰中溶出铝的工艺方法，一方面能够获得较高的铝溶出率，同时又能够大幅减少溶出工序的基建投资以提高该类项目的经济效益。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种从粉煤灰中溶出铝的方法，以解决现有技术中常压溶出法铝溶出率较低、加压溶出设备基建投资高昂、操作费用较高的问题。

本发明提出了一种从粉煤灰中溶出铝的方法，包括：

将所述粉煤灰与盐酸混合进行常压溶出处理，以便得到第一浆液；

将所述第一浆液进行浓密分离处理，以便得到浓缩浆液和第一含铝溶液；

将所述浓缩浆液与盐酸混合进行加压溶出处理，以便得到第二浆液；

将所述第二浆液进行固液分离处理，以便得到溶出渣和第二含铝溶液；以及

将所述第一含铝溶液和所述第二含铝溶液合并。

由此本发明实施例的从粉煤灰中溶出铝的方法，从整体工艺上设计，利用循环流化床粉煤灰在盐酸溶液环境中的溶出特性，采用常压-加压联合溶出工艺从循环流化床粉煤灰中溶出铝，可以获得较高的铝溶出率，并大幅度降低加压工序的基建投资，提高该类型项目的经济效益。

另外，根据本发明上述实施例的从粉煤灰中溶出铝的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，将所述粉煤灰与盐酸按照固液比为1：(1.2-2.0)混合进行所述常压溶出处理。

在本发明的一些实施例中，所述常压溶出处理的温度为40-105摄氏度，时间为1-4小时。

在本发明的一些实施例中，所述常压溶出处理的终点酸度为10-20g/L。

在本发明的一些实施例中，将所述浓缩浆液与盐酸按照固液比为1：(2.5-4.0)混合进行所述加压溶出处理。

在本发明的一些实施例中，所述加压溶出处理的温度为140-170摄氏度，时间为1-2.5小时。

在本发明的一些实施例中所述加压溶出处理的压力为0.7-1.2MPa。

在本发明的一些实施例中，所述加压溶出处理的终点酸度为5-15g/L。

在本发明的一些实施例中，所述浓缩浆液的固体浓度为45-65重量％。

在本发明的一些实施例中，所述常压溶出处理和所述加压溶出处理均采用蒸汽直接加热方式控制温度。

在本发明的一些实施例中，当所述粉煤灰中的铁含量高于0.5重量％时，所述加压溶出处理的步骤还包括：向进行所述加压溶出处理的加压釜中通入氧化性气体。

在本发明的一些实施例中所述氧化性气体为空气或氧气，所述氧化性气体的分压为0.05-0.4MPa。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的从粉煤灰中溶出铝的方法。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的一个方面，本发明提出了从粉煤灰中溶出铝的方法。根据本发明具体实施例的从粉煤灰中溶出铝的方法包括：将所述粉煤灰与盐酸混合进行常压溶出处理，以便得到第一浆液；将所述第一浆液进行浓密分离处理，以便得到浓缩浆液和第一含铝溶液；将所述浓缩浆液与盐酸混合进行加压溶出处理，以便得到第二浆液；将所述第二浆液进行固液分离处理，以便得到第二含铝溶液；以及将所述第一含铝溶液和所述第二含铝溶液混合。

本发明上述实施例的从粉煤灰中溶出铝的方法将常压溶出处理和加压溶出处理进行联合，一方面可以显著提高铝的溶出率，同时降低操作费用；另一方面在相同生产规模条件下，可以利用常压溶出-浓密分离处理显著降低加压设备的规格从而大幅降低基建投资。因此，采用本发明上述实施例的从粉煤灰中溶出铝的方法不仅可以获得较高的铝溶出率，保证工艺指标，而且可以显著减小加压设备的规格，从而大幅降低项目建设投资。

下面参考图1详细描述本发明具体实施例的从粉煤灰中溶出铝的方法。

根据本发明的具体示例，本发明处理的粉煤灰为循环流化床粉煤灰。正如背景技术部分所描述的，目前采用酸法处理循环流化床粉煤灰时存在溶出率较低、蒸汽消耗过大、或加压釜规格较大的问题。而本发明实施例的从粉煤灰中溶出铝的方法可以有效解决上述问题。

常压溶出处理

根据本发明的具体实施例，首先，将所述粉煤灰与盐酸混合进行常压溶出处理，以便得到第一浆液。由此预先采用常压溶出方法将粉煤灰中的一部分铝溶出。该常压溶出处理步骤中，无需进行额外加压，也无需在压力设备中进行。

根据本发明的具体实施例，粉煤灰为循环流化床粉煤灰，常压溶出处理所用盐酸可以为工业浓盐酸，也可以为生产工艺中产出的较低浓度的盐酸溶液。优选地，该盐酸的浓度可以为20～30％。根据本发明的具体示例，粉煤灰与盐酸的固液比并不受特别限制，发明人发现，将所述粉煤灰与盐酸按照固液比为1：(1.2-2.0)混合进行所述常压溶出处理，可以进一步提高铝溶出效率。

根据本发明的具体实施例，将按照上述固液比配备的粉煤灰与盐酸的混合物进行常压溶出处理的具体温度可以为40-105摄氏度，并且在该温度下处理1-4小时。由此即可完成粉煤灰的初步常压下溶出铝。并且在该条件下完成常压溶出处理能够保证获得较好的铝溶出率，同时还能够避免时间太长造成的投资增加。

根据本发明的具体示例，上述常压溶出处理的温度可依靠溶出反应获得，不需或只需少量外部加热源。外部加热源可以采用间接加热或者通入蒸汽直接加热。在优选的实施例中，可以采用通入蒸汽直接进行加热。

根据本发明的具体实施例，常压溶出处理的终点酸度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。根据本发明的优选实施方式中，常压溶出处理的终点酸度可以为10-20g/L。将终点酸度控制在10-20g/L，能够获得较为满意的铝溶出率。在上述工艺条件下，铝的溶出率可达到30-40％。

浓密分离处理

根据本发明的具体实施例，将所述第一浆液进行浓密分离处理，以便得到浓缩浆液和第一含铝溶液。由此通过浓密分离处理将处理分离出第一含铝溶液，并浓缩得到浓缩浆液。由此可以显著减少后续加压溶出处理步骤中浆液的体积，进而可以减小加压釜的设备规格以及加热蒸汽的消耗量。同时进一步对浆液进行浓缩，还可以降低溶出液即盐酸的用量，从而降低成本的同时还可以提高剩余铝的溶出率。

根据本发明的具体实施例，浓密分离处理可以采用浓密机进行。具体地，可以将常压溶出得到的第一浆液浓缩得到固体浓度为45-65重量％浓缩浆液。由此可以便于后续进一步对该浓缩浆液进行加压溶出处理，以便溶出剩余铝。原则上浓缩矿浆的浓度越高越好，但太高浓度的矿浆不利于输送，且可能导致溶液中的铝浓度太高而结晶析出。发明人根据矿浆的相应流变特性并通过大量实验发现，选择45-65重量％的固体浓度，可以有效避免上述现象的出现。

加压溶出处理

根据本发明的具体实施例，其次，将上述浓缩浆液与盐酸混合进行加压溶出处理，以便得到第二浆液。由此，进一步地对常压溶出处理后的浓缩浆液采用加压溶出处理，可以有效地将少量的浓缩浆液中残余铝溶出。进而显著降低加压设备的规格从而大幅降低基建投资。

根据本发明的具体实施例，加压溶出处理所用盐酸可以为工业浓盐酸，也可以为生产工艺中产出的较低浓度的盐酸溶液。优选地，该盐酸的浓度可以为20-30％。

根据本发明的具体实施例，对于上述加压溶出处理步骤，可以采用常规的加压溶出工艺。在一种优选的实施方式中，加压溶出处理步骤中，浓缩浆液与盐酸可以按照固液比为1：(2.5-4.0)混合进行加压溶出处理。发明人发现，采用上述固液比可以有效提高浓缩浆液中剩余铝的溶出率。

根据本发明的具体实施例，上述加压溶出处理的具体处理温度可以为140-160摄氏度，处理时间为1-2.5小时。在该溶出条件下，不仅能够保证铝的溶出率，同时还能够避免温度太高、时间太长造成的设备投资增加。

根据本发明的具体实施例，上述加压溶出处理的压力为0.7-1.2MPa。由此在140-160摄氏度和0.7-1.2MPa压力下，铝的溶出速率和溶出率均较高，并且蒸汽消耗较低。

根据本发明的具体实施例，加压溶出处理的终点酸度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。在一种优选的实施方式中，加压溶出的终点酸度为5-15g/L。将终点酸度控制在5-15g/L，能够获得满意的铝溶出率。同时，还能减少酸消耗和后续工艺中和用碱消耗，并减少渣量，降低对后续工艺的处理负担。在上述工艺条件下，铝的总溶出率可达到80-85％。

根据本发明的具体示例，上述加压溶出处理的温度可部分依靠溶出反应放热获得，另需外部加热源进行补充。外部加热源可以采用间接加热或者通入蒸汽直接加热。在优选的实施例中，可以采用通入蒸汽直接进行加热。

固液分离处理

根据本发明的具体实施例，将第二浆液进行固液分离处理，以便得到溶出渣和第二含铝溶液；以及将所述第一含铝溶液和所述第二含铝溶液合并。由此通过固液分离处理，可以有效分离出第二含铝溶液。将所述第一含铝溶液和所述第二含铝溶液合并，得到氯化铝溶液，可以作为后续制取氯化铝或氧化铝的料液原料。

根据本发明的具体实施例，加压溶出处理步骤可以在加压釜中进行，当粉煤灰中的铁含量高于0.5重量％时，加压溶出处理的步骤还包括：向加压溶出处理的加压釜中通入氧化性气体。发明人发现，当粉煤灰中的铁含量较高时，会增加后续的溶出液除铁工序的处理负担，而且会导致除铁工序设备规格增大，投资增加。因此，通过预先在加压溶出的过程中向加压釜中通入氧化性气体进行氧化，可以氧化原矿中的二价铁，降低溶出液中铁含量，进而可以极大程度缓解上述问题。

根据本发明的具体实施例，氧化性气体可以为空气或氧气。优选地，氧化性气体的分压可以为0.05-0.4MPa。由此可以有效地氧化原矿中的二价铁。

本发明实施例的从粉煤灰中溶出铝的方法，针对循环流化床粉煤灰的矿物特性、以及工程化过程中挖掘出的工艺设计条件及设备规格特性，采用常压-加压联合溶出的工艺。具体地，采用常压溶出的方式进行初步溶出，以充分利用循环流化床粉煤灰中的氧化铝较高活性、具备较好的溶出动力学特性，可在常压设备条件下进行溶出。常压溶出之后，采用浓缩工序对溶出矿浆进行浓缩，以减小进入加压釜的矿浆体积，从而减小加压釜的设备规格以及加热蒸汽的消耗量。采用加压溶出对常压溶出后的浓缩浆液进行进一步的溶出，可以在较较短时间内，利用高温高压条件下较高的溶出动力学特性，将浓缩浆液中残余的氧化铝溶出到溶液中，从而获得较高的铝溶出率。

实施例1

将某循环流化床粉煤灰(主要成分见表1)与28％浓度的盐酸混合进行常压溶出处理，得到溶出矿浆；采用浓密机将溶出矿浆进行浓缩并得到含氯化铝的第一溶出液和浓缩后矿浆；将浓缩后的溶出矿浆与28％浓度的盐酸混合进行加压溶出，溶出过程通入氧气(99％纯度)及蒸汽(200℃)；加压溶出后经固液分离得到含氯化铝的第二溶出液和溶出渣；将第一溶出液和第二溶出液合并得到含氯化铝的溶出液。其中，常压溶出固液比为1：1.3，常压溶出温度为95摄氏度，溶出时间2h，终点酸度为10.3g/L；浓缩后常压溶出矿浆浓度为55％；加压溶出固液比为1：3.5，加压溶出温度为160摄氏度，压强为1.0MPa，氧分压0.35～0.4MPa，溶出时间为1.5h，终点酸度为8.6g/L；主要结果如表2所示：

表1循环流化床粉煤灰主要成分表

表2主要结果

实施例2

将某循环流化床粉煤灰(主要成分见表1)与28％浓度的盐酸混合进行常压溶出处理，得到溶出矿浆；采用浓密机将溶出矿浆进行浓缩并得到含氯化铝的第一溶出液和浓缩后矿浆；将浓缩后的溶出矿浆与28％浓度的盐酸混合进行加压溶出，溶出过程通入氧气(99％纯度)及蒸汽(200℃)；加压溶出后经固液分离得到含氯化铝的第二溶出液和溶出渣；将第一溶出液和第二溶出液合并得到含氯化铝的溶出液。其中，常压溶出固液比为1：1.5，常压溶出温度为103摄氏度，溶出时间3h，终点酸度为10.4g/L；浓缩后常压溶出矿浆浓度为55％；加压溶出固液比为1：3.3，加压溶出温度为160摄氏度，压强为1.0MPa，氧分压0.35～0.4MPa，溶出时间为1.5h，终点酸度为8.5g/L；主要结果如表3所示：

表3主要结果

实施例3

将某循环流化床粉煤灰(主要成分见表1)与28％浓度的盐酸混合进行常压溶出处理，得到溶出矿浆；采用浓密机将溶出矿浆进行浓缩并得到含氯化铝的第一溶出液和浓缩后矿浆；将浓缩后的溶出矿浆与28％浓度的盐酸混合进行加压溶出，溶出过程通入氧气(99％纯度)及蒸汽(200℃)；加压溶出后经固液分离得到含氯化铝的第二溶出液和溶出渣；将第一溶出液和第二溶出液合并得到含氯化铝的溶出液。其中，常压溶出固液比为1：1.7，常压溶出温度为103摄氏度，溶出时间3h，终点酸度为14.8g/L；浓缩后常压溶出矿浆浓度为55％；加压溶出固液比为1：3.1，加压溶出温度为160摄氏度，压强为1.0MPa，氧分压0.35～0.4MPa，溶出时间为1.5h，终点酸度为9.1g/L；主要结果如表4所示：

表4主要结果

实施例4

将某循环流化床粉煤灰(主要成分见表1)与28％浓度的盐酸混合进行常压溶出处理，得到溶出矿浆；采用浓密机将溶出矿浆进行浓缩并得到含氯化铝的第一溶出液和浓缩后矿浆；将浓缩后的溶出矿浆与28％浓度的盐酸混合进行加压溶出，溶出过程通入氧气(99％纯度)及蒸汽(200℃)；加压溶出后经固液分离得到含氯化铝的第二溶出液和溶出渣；将第一溶出液和第二溶出液合并得到含氯化铝的溶出液。其中，常压溶出液固比为1：1.7，常压溶出温度为103摄氏度，溶出时间3h，终点酸度为15g/L；浓缩后常压溶出矿浆浓度为55％；加压溶出固液固比为1：3.2，加压溶出温度为170摄氏度，压强为1.19Mpa，氧分压0.35～0.4MPa，溶出时间为2h，终点酸度为9.6g/L；主要结果如表5所示：

表5主要结果

实施例5

将某循环流化床粉煤灰(主要成分见表1)与28％浓度的盐酸混合进行常压溶出处理，得到溶出矿浆；采用浓密机将溶出矿浆进行浓缩并得到含氯化铝的第一溶出液和浓缩后矿浆；将浓缩后的溶出矿浆与28％浓度的盐酸混合进行加压溶出，溶出过程通入氧气(99％纯度)及蒸汽(200℃)；加压溶出后经固液分离得到含氯化铝的第二溶出液和溶出渣；将第一溶出液和第二溶出液合并得到含氯化铝的溶出液。其中，常压溶出固液比为1：1.7，常压溶出温度为103摄氏度，溶出时间3h，终点酸度为17.4g/L；浓缩后常压溶出矿浆浓度为55％；加压溶出固液比为1：2.5，加压溶出温度为135摄氏度，压强为0.6Mpa，氧分压0.15～0.2MPa，溶出时间为2h，终点酸度为14.7g/L；主要结果如表6所示：

表6主要结果

实施例6

将某循环流化床粉煤灰(主要成分见表1)与28％浓度的盐酸混合进行加压溶出，溶出过程通入氧气(99％纯度)及蒸汽(200℃)；加压溶出后经固液分离得到含氯化铝的溶出液和溶出渣。其中，加压溶出固液比为1：4.2，加压溶出温度为160摄氏度，压强为1.0Mpa，氧分压0.35～0.4MPa，溶出时间为1.5h，终点酸度为10g/L；主要结果如表7所示：

表7主要结果

由上述数据可知，实施例1至5中利用加压-常压联合溶出工艺处理循环流化床粉煤灰，矿中有价金属元素铝的溶出率较高；特别地，在实施例1至4所示的优选工艺条件下，铝的溶出率更高。实施例6采用单加压溶出工艺处理循环流化床粉煤灰，与实施例1至4相比，铝的溶出率并无优势。相反地，加压溶出时间相同时，与实施例6所示的单独加压溶出工艺相比，实施例1～4所示工艺条件下，溶出单位金属铝所需的加压溶出设备容积以及单位金属铝蒸汽消耗量可以大幅度降低，从而可以显著降低项目的基建投资，以及操作费用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。