一种高铝粉煤灰提取氧化铝的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高铝粉煤灰提取氧化铝的方法，属于资源再生技术领域。
【背景技术】
[0002] 高铝粉煤灰是我国潜在的氧化铝资源，近年来，多家科研单位和企业针对高铝粉 煤灰提取氧化铝进行了科技攻关和产业化探索，目前较为成熟的是采用预脱硅一碱石灰烧 结法。内蒙古一家公司利用高铝粉煤灰年产24万吨氧化铝的示范生产线已经投入运行，目 前运行状况正趋于稳定。但根据预脱硅-碱石灰烧结法的工艺要求，利用铝硅比为2.0的脱 硅粉煤灰生产1吨氧化铝，大约需要消耗3.5吨左右的石灰石，如果大规模生产的话，将引发 石灰石采矿、运输、堆存以及硅钙渣量过大等诸多困难。
[0003] 最近几年，关于低铝硅比矿物提取氧化铝的研究展开较多，例如专利号为 CN102249253A、发明名称为"高铝粉煤灰生产氧化铝联产活性硅酸钙的方法"和专利号为 CN101966999A、发明名称为"高铝粉煤灰两步碱溶法提取氧化铝和白炭黑的方法"的专利， 都是采用先提硅后提铝的思路，提高元素利用，但是两者能耗高，渣量大，特别是后者的提 取氧化铝的效率低;专利号为CN101928025A的"串联法生产氧化铝的方法"的专利介绍了对 铝土矿拜尔法溶出得到铝硅重量比为1.0~2.0的拜尔法赤泥，向拜尔法赤泥中加入碳酸 钠、石灰石或石灰烧结得到烧结熟料;将烧结法溶出浆液与拜耳法溶出矿浆混合并进行稀 释和脱硅然后得到氧化铝。运用此方法须向拜耳法赤泥中加入碳酸钠，同时两种矿浆混合， 物料流量较大。
[0004] 综上所述，目前我国粉煤灰提取氧化铝技术存在能耗高、渣量大、原料配料繁琐等 问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的问题，本发明提供一种高铝粉煤灰提取氧化铝的方法，以实现 降低能耗、减少渣量排放，同时操作简单易行。
[0006] 为实现上述目的，一方面，本发明提供一种高铝粉煤灰提取氧化铝的方法，包括：
[0007] 步骤A，将高铝粉煤灰和碱液混合进行第一溶出处理，温度为200-270°C，碱液浓度 为200-300g/l，混合液固含量为150-400g/l，将所述第一溶出处理获得的混合液固液分离 获得初级硅钙渣和第一溶出液；
[0008] 步骤B，将所述初级硅钙渣与石灰石混合获得碱比0.90-0.98、钙比1.4-1.9的混合 料，将所述混合料进行煅烧后和溶出调整液混合进行第二溶出处理，将所述第二溶出处理 获得的混合液固液分离获得硅钙渣和第二溶出液；
[0009] 步骤C，将所述第一溶出液和第二溶出液混合，进行种分和碳分处理并经焙烧后获 得氧化铝。
[0010] 本发明提供的方法中，分两次将高铝粉煤灰中的氧化铝进行溶出提取，首先利用 高铝粉煤灰和碱液溶液直接进行第一溶出反应，将其中的50 %左右的氧化铝提取出来，减 小了后续系统物料流量;将含有剩余氧化铝的初级硅钙渣加入石灰石后进行煅烧，大大降 低回转窑的能耗。该方法中，两次溶出原料配料简单，比传统低铝硅比拜耳法与烧结法提取 氧化铝的效率更高，渣量更低，具有明显的社会效益和经济效益，因此具有较好的产业化推 广价值。
[0011] 本发明提供的方法中，高铝粉煤灰中氧化铝含量不低于43%。碱液的种类不做限 制，能与Si〇2和Ah〇3反应生成可溶性铝酸盐和娃酸盐即可，通常可使用氢氧化钠作为碱液。
[0012] 步骤A中，第一溶出处理中发生的反应为：
[0013] Si〇2+2NaOH=Na2Si〇3+H2〇 (1)
[0014] Al2〇3+2NaOH=2NaA102+H20 (2)
[0015] 根据式(2)，碱液不能再进一步溶出氧化铝生成铝酸钠时反应停止，处理时间可视 反应情况而定，通常为0.5-5小时。经过第一溶出处理后，能够将高铝粉煤灰中部分氧化铝 提取出来，经反应转化为铝酸钠进入第一溶出液中，剩余的氧化铝需通过后续步骤进行进 一步溶出。
[0016] 在本发明的一个实施例中，将高铝粉煤灰和碱液混合进行第一溶出处理之前，还 可包括使用碱液对所述高铝粉煤灰进行预脱硅处理，条件为温度65-80°C，碱液浓度为80-l〇〇g/l，处理时间为2-4小时。以预先脱出高铝粉煤灰中无定形Si0 2，减小了物料流量，提高 了铝硅比。
[0017]步骤B中，第一溶出处理获得的初级硅钙渣和石灰石混合后煅烧，煅烧条件通常为 1000-1300°C下处理0.5-3小时。该煅烧过程中发生的反应如式(3)所示，生成的熟料中主要 含有硅酸二钙，铝酸钠等物相。
[0018] Ca2C〇3+Na20 · AI2O3 · 2Si02 = 2Ca0 · Si02+Na20 · AI2O3+CO2 (3)
[0019] 步骤B中进一步使用溶出调整液对熟料进行第二溶出处理，溶出调整液为本领域 中用于进行氧化铝提取的常规物质，通常为包含一定浓度的氧化铝、氧化钠和碳酸钠的溶 液。本发明中使用的溶出调整液的苛性化系数（即分子比，Na 20与Al2〇3的摩尔比）为1.3-1.5,碳酸钠浓度为13-15g/l。第二溶出处理的条件为在液固比3:1、温度60-85°C下处理 0.5-1.0小时，更有利于熟料中氧化铝的有效提取。经该第二溶出处理后，初级硅钙渣中的 大部分氧化铝被提取出来，转化为铝酸钠进入第二溶出液中。至此，高铝粉煤灰原料中80-90%的氧化铝能够通过本发明的两次溶出处理被提取出来。
[0020] 该步骤A和步骤B中，固液分离采用板框压滤机或其它常用压滤设备，初级硅钙渣 和石灰石混匀所用设备为球磨机，煅烧设备为回转窑。经第一溶出处理后获得的初级硅钙 渣的含水量控制为40-50 %左右，含水量较低，因此回转窑的喂料方式可采用半干法喂料。 [0021 ]步骤C中，将所述第一溶出液和第二溶出液混合后，还包括将其混合液加热至160-180°C并保温0.5-2小时，进行溶出液的脱硅处理。
[0022] -般可将所述第一溶出液和第二溶出液按照体积比1:1-2混合，获得碱浓度较低 的混合液，有利于后续脱硅步骤的进行。可以按照目前工业上的公知技术将第一溶出液和 第二溶出液的混合液经过两段深度脱硅处理，再经种子分解和碳酸化分解后焙烧最终获得 氧化铝。
[0023] 例如，两段深度脱硅处理反应过程如式(4)-(6)所示。
[0024] -段脱娃：
[0025] 1.7Na2Si〇3+2NaAl(OH)4 = Na2〇 · Ah〇3 · 1.7Si〇2 · nH20+3.4Na0H (4)
[0026] 二段脱硅：
[0027] 3Ca(0H)2+2NaAl(0H)4 = 3Ca0 · Ah〇3 · 6H20+2Na0H (5)
[0028] 3Ca0 · AI2O3 · 6H2〇+xNa2Si〇3 = 3CaO · AI2O3 · xSi〇2 · (6-2x)H20+2xNa0H (6)
[0029] 上述两段深度脱硅处理例如可采用以下方法:一段深度脱硅是加热至150_160°C 后停留lh以上，使其中的大部分Si02以水合铝硅酸钠形式析出，然后送入沉降槽中进行固 液分离，底流经过过滤后固体送至生料制备工序制备生料浆，溢流的35 %经过叶滤机精制 后得脱硅精液，送往分解工序进行种子分解。在其余65%的一段脱硅液加入石灰乳进行二 段深度脱硅，使其中的Si0 2以水化石榴石形式析出，然后送入沉降槽中进行固液分离，底流 经过过滤后固体送至生料制备工序生料浆，溢流经过叶滤机精制后得脱硅精液送往分解工 序进行碳酸化分解。
[0030] 本发明提供的上述方法中，还包括将所述第一溶出处理获得的混合液固液分离 后，洗涤第一滤饼获得初级硅钙渣;将所述第二溶出处理获得的混合液固液分离后，洗涤第 二滤饼获得娃钙渔。
[0031 ]通过洗涤第一滤饼和第二滤饼，可将其中的碱液脱除，除了提高初级硅钙渣和硅 钙渣的纯度外，还有利于碱液回收。例如在一个实施例中，可将两次所述洗涤获得的洗液混 合，调整其浓度为200-340g/l，作为所述碱液使用。
[0032] 本发明方案的实施，至少具有以下优势：
[0033] 1、本发明提供的方法中，分两次将高铝粉煤灰中的氧化铝进行溶出提取，减小了 系统物料流量;煅烧步骤可使用半干法喂料，大大降低回转窑的能耗。
[0034] 2、本发明提供的方法中，第一溶出处理和第二溶出处理配料简单、易操作，且能够 提取高铝粉煤灰原料中80-95%的氧化铝，比传统低铝硅比拜耳法与烧结法提取氧化铝的 效率更高，渣量更低，具有明显的社会效益和经济效益，因此具有较好的产业化推广价值。
【附图说明】
[0035]图1为本发明方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0036]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例 中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不 是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前 提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037] 实施例一
[0038]本实施例采用的高铝粉煤灰组成如表1所示，其氧化铝含量为48.75 %。高铝粉煤 灰中主要的物相组成为莫来石、刚玉、无定形s〇2等。
[0039]表 1
[0040]
[0041 ]本实施例采用如图1所示的流程提取氧化铝：
[0042]将氧化铝含量48.75%的高铝粉煤灰和浓度为80g/l氢氧化钠溶液混合加热至80 °C预脱硅2小时，将预脱硅后的高铝粉煤灰和浓度为200g/l的氢氧化钠溶液配制成固含量 为150g/l的浆液并在搅拌均匀后倒入高压反应釜中，在200°C下溶出5小时进行第一溶出处 理。
[0043] 所述第一溶出处理获得的混合液冷却后进入板框压滤机固液分离，获得第一溶出