一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的系统，其包括粉煤灰储罐、石灰石储罐、纯碱储罐、混料机、圆盘造球机、带式焙烧机、立式磨、脱碱槽等；粉煤灰储罐、石灰石储罐、纯碱储罐均连接于混料机，混料机连接于圆盘造球机，圆盘造球机与带式焙烧机连接，带式焙烧烧结机的出料口连接于立式磨；立式磨的出料槽连接有熟料粉溶出槽，熟料粉溶出槽的排渣管路连接所述脱碱槽，脱碱槽的脱碱液出口连接第二蒸发单元。本实用新型提出的系统，实现了粉煤灰的高效综合利用，通过控制配料配方、烧成条件和脱碱条件能够生产出不同规格的硅酸钙副产品，容重可以控制在300—800kg/m3，分别适用于建材和土壤调理，既可以保证其轻质特性，又可以保证降低运输成本。
【专利说明】
一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于工业废弃物治理领域，具体涉及一种利用粉煤灰生产氧化铝的系 统。
【背景技术】
[0002] 由于特殊的成矿背景，在我国内蒙古中西部的部分煤炭资源中，赋存大量勃姆石 和高岭石等含铝矿物。此煤炭资源主要分布于准格尔煤田、卓资山煤田及大青山煤田，其中 氧化错含量达到9~13%。发电后产生的粉煤灰中氧化错含量可达40~50%，是一种非传统 的铝土矿资源。
[0003] 每年仅内蒙古鄂尔多斯地区高铝煤炭产量就达到1.2亿吨，其中部分煤炭用于发 电后产生近3000万吨高铝粉煤灰，其中内蒙古中西部地区约1400万吨，集中堆存在呼和浩 特、鄂尔多斯，具有较高经济开发价值的含铝资源。
[0004] 粉煤灰提取氧化铝的工艺路线目前主要有碱法、酸法、酸碱联合法和气体氯化法。 碱法主要包括石灰石烧结法，碱石灰烧结法，预脱硅+碱石灰烧结法等;酸法主要包括:硫酸 法、盐酸法、硝酸法、氢氟酸法等。而目前我国国内的工艺路线主要有:石灰石烧结法，预脱 硅碱石灰烧结法，酸法，硫酸铵烧结法。以上几种方案从工艺方面比较，均能实现粉煤灰中 的氧化铝和二氧化硅分别提取利用。石灰石烧结法存在产品单一、能耗较高、渣量大等缺 点。预脱硅碱石灰烧结法按照"先硅后铝"的生产工艺，主要的化学消耗材料如碳酸钠和氢 氧化钠基本实现了循环利用，但生产成本较高。酸法和硫酸铵法是按照"先铝后娃"的生产 工艺，可实现硫酸铵和盐酸的循环利用，得到的产品为氧化铝、硅副产品等，生产中产生的 废渣仅为预脱硅碱石灰烧结法的50%，渣量相对较少。但酸法设备投资很高，且生产维护 费用也很高，而且生产过程还会造成较大的环境压力。硫酸铵法虽然克服了设备的相对腐 蚀及对环境造成的压力，但在规模化生产情况下，设备的大型化还存在困难，生产工艺也需 要进一步探索，工艺的可靠性还不是很确定。目前我国能够实现连续化工业生产的粉煤灰 提取氧化铝的工艺只有碱石灰烧结法，但由于成本居高，亏损严重。 【实用新型内容】
[0005] 针对本领域存在的技术问题，本实用新型的目的是提供一种利用高铝粉煤灰生产 氧化铝的系统。
[0006] 实现本实用新型上述目的的技术方案为：
[0007] -种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的系统，其包括粉煤灰储罐、石灰石储罐、纯碱储 罐、混料机、圆盘造球机、带式焙烧机、立式磨、脱碱槽、脱硅机、种分槽、第一蒸发单元和第 二蒸发单元；
[0008] 所述粉煤灰储罐、石灰石储罐、纯碱储罐均连接于混料机，所述混料机连接于圆盘 造球机，所述圆盘造球机的出料管线与带式焙烧机的进料口连接，所述烧结机的出料口连 接于所述立式磨的进料溜槽；
[0009] 所述立式磨的出料槽通过管路连接有熟料粉溶出槽，熟料粉溶出槽的排渣管路连 接所述脱碱槽，脱碱槽的脱碱液出口连接所述第二蒸发单元；
[0010] 熟料粉溶出槽的排液管路连接所述脱硅机，脱硅机通过管路连接所述种分槽（即 晶种分解槽）；所述种分槽的出液管路连接所述第一蒸发单元;所述第一蒸发单元通过管路 连接混料机和圆盘造球机。
[0011] 其中，所述石灰石储罐连接有磨碎装置。
[0012] 其中，种分槽连接有氢氧化铝过滤机，氢氧化铝过滤机的滤液管路连接所述第一 蒸发单元，滤饼通过输送管线与焙烧炉相连，滤饼在焙烧炉内焙烧为氧化铝。
[0013]进一步地，所述第一蒸发单元包括种分母液七效蒸发器和种分母液三效蒸发器， 所述种分母液七效蒸发器的进液管路与所述种分槽上的氢氧化铝过滤机的滤液管路连接， 所述的七效蒸发器通过管路连接所述种分母液三效蒸发器的进液管路;所述三效蒸发器连 接于结晶槽，所述结晶槽通过液相管路连接所述混料机和圆盘造球机。
[0014] 其中，所述第二蒸发单元包括脱碱液七效蒸发器和脱碱液三效蒸发器，所述脱碱 液七效蒸发器的进液管路与所述脱碱槽的出液管路连接，所述的七效蒸发器通过管路连接 所述脱碱液三效蒸发器的进液管路，三效蒸发器的液体出口连接有液碱储存槽。
[0015] 采用本实用新型提出的系统，利用高铝粉煤灰生产氧化铝的方法包括以下步骤：
[0016] (1)石灰石加入粉煤灰、纯碱和碱液进行配料，其中碱液为循环铝酸钠溶液，配料 比例为粉煤灰38~43重量份、石灰石32~37重量份、纯碱20~25重量份，然后加入碱液，配 料完成后，水分控制在23-26 % ;
[0017] (2)将配好的料加入混料机进行充分混合，再用圆盘造球机造球团，球团粒径为8 ~20mm;
[0018] (3)将成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，五个 阶段温度控制为100~130°c、600~650°C、900~950、1000~1350°(：、80~100°(：，时间分别 为5分钟、10分钟、10分钟、50分钟、10分钟;然后熟料采用立磨进行干磨，磨细到-0.074_占 90%以上的熟料粉末；
[0019] (4)将熟料粉加水或洗渣水进行溶出，液固比为3-4:1，溶出时间为15~20分钟，温 度为72~76°C;
[0020] (5)将步骤(4)得到的渣进行充分洗涤后，渣与洗液(脱碱渣的反向洗涤液)混合进 行脱碱，脱碱条件为:脱碱液成分Na20 90g/L，温度160~200°C，时间1小时，液固比4:1，脱 碱完的渣进行充分洗涤后得到容重在300~800kg/m3副产品硅酸钙，可以用于建材和土壤 调理。
[0021] (6)将步骤(4)得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后进行脱硅。脱硅条件为:温度 160~180°C，时间1~2小时。
[0022] (7)将步骤(6)得到的溶液加氢氧化铝晶种进行种分分解，分解得到A1(0H)3,经过 焙烧得到氧化铝；
[0023] (8)将步骤(7)得到的种分母液分两步进行蒸发和排盐，第一步蒸发到碱液浓度为 Na2〇 280~300g/L，然后与第二步蒸发得到的浓度为Na2〇 500~600g/L的碱液按一定比例 混合进行排盐，将排盐后的母液再进行第二步蒸发，得到碱液浓度为Na20 500~600g/L;将 步骤(5)得到的脱碱液也同样进行两步蒸发得到碱液浓度为Na20 500~600g/L，作为一种 液碱副产品用于氧化铝行业作为原料。
[0024] (9)将第二步蒸发后的种分母液进行降温结晶，结晶条件为:首温80~110°C，末温 40~50 °C，时间6~8小时。
[0025] (10)将步骤(9)得到的母液与步骤(8)得到的盐和步骤(6)得到的硅渣进行混合， 然后作为配料碱液返回到步骤(1)中，实现碱液循环。
[0026] 本实用新型与现有技术相比优点在于：
[0027] 本实用新型提出的系统，实现了粉煤灰的高效综合利用，通过控制配料配方、烧成 条件和脱碱条件能够生产出不同规格的硅酸钙副产品，容重可以控制在300~800kg/m3,分 别适用于建材和土壤调理，既可以保证其轻质特性，又可以保证降低运输成本。
[0028] 可以将部分廉价的工业纯碱转化为附加值高的液碱，进一步降到了本技术的主产 品的成本，经济效益明显。
[0029] 本系统在传统烧结法生产氧化铝的技术上实现了突破，生产成本及建厂投资都大 幅度降低，在处理工业固废粉煤灰时效果更加突出，实现了铝硅的综合循环利用的目的。同 时在设备选型方面，在化工和冶金行业都有成熟的设备选择，工业化非常容易可行。
【附图说明】
[0030] 图1:利用高铝粉煤灰生产氧化铝的系统简图。
[0031] 图2为生产氧化铝的流程图。
[0032] 图中，1为粉煤灰储罐，2为石灰石储罐，3为纯碱储罐，4为混料机，5为圆盘造球机， 6为带式焙烧机，7为立式干磨机，8为脱碱槽，9为脱硅机，10为种分母液七效蒸发器，11为种 分母液三效蒸发器，12为熟料粉溶出槽，13为种分槽，14为脱碱液七效蒸发器，15为脱碱液 三效蒸发器。
【具体实施方式】
[0033] 现以以下最佳实施例来说明本实用新型，但不以此来限制本实用新型的范围。
[0034] 下面将通过不同实施例来描述本实用新型。本实用新型不局限于这些实施例中， 可以在前述化学成分与制造方法范围内加以调整实施。
[0035] 实施例1:
[0036] 参见图1，一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的系统，其包括粉煤灰储罐1、石灰石储 罐2、纯碱储罐3、混料机4、圆盘造球机5、带式焙烧机6、立式磨7、脱碱槽8、脱硅机9、种分槽 13、第一蒸发单元和第二蒸发单元；
[0037] 粉煤灰储罐1、石灰石储罐2、纯碱储罐3均连接于混料机4，所述混料机4连接于圆 盘造球机5，所述圆盘造球机5的出料管线与带式焙烧机6的进料口连接，所述带式焙烧机6 的出料口连接于所述立式磨7的进料溜槽；
[0038] 所述立式磨的出料槽通过管路连接有熟料粉溶出槽12,熟料粉溶出槽12的排渣管 路连接于脱碱槽8，脱碱槽8的脱碱液出口连接于第二蒸发单元；
[0039] 熟料粉溶出槽12的排液管路连接脱硅机9,脱硅机9通过管路连接所述种分槽13; 所述种分槽的出液管路连接所述第一蒸发单元;所述第一蒸发单元通过管路连接混料机和 圆盘造球机。
[0040]其中，所述石灰石储罐2连接有磨碎装置。
[0041 ]其中，种分槽连接有氢氧化铝过滤机，氢氧化铝过滤机的滤液管路连接所述第一 蒸发单元，滤饼通过输送管线与焙烧炉相连，滤饼在焙烧炉内焙烧为氧化铝。
[0042]进一步地，所述第一蒸发单元包括种分母液七效蒸发器10和种分母液三效蒸发器 11，所述种分母液七效蒸发器10的进液管路与所述种分槽13上的氢氧化铝过滤机的滤液管 路连接，该七效蒸发器的蒸发室通过管路连接所述种分母液三效蒸发器11的进液管路;该 三效蒸发器连接于结晶槽，所述结晶槽通过液相管路连接混料机4和圆盘造球机5。
[0043]其中，所述第二蒸发单元包括脱碱液七效蒸发器14和脱碱液三效蒸发器15,所述 脱碱液七效蒸发器14的进液管路与所述脱碱槽8的出液管路连接，所述的七效蒸发器的蒸 发室通过管路连接所述脱碱液三效蒸发器的进液管路，三效蒸发器的液体出口连接有液碱 储存槽。
[0044]采用本实施例的系统，原料粉煤灰采用内蒙古鄂尔多斯地区某电厂产出的高铝粉 煤灰，其成分如表1所示。石灰石采用呼和浩特地区所产石灰石，其成分如表2。
[0045]表1:粉煤灰成分
[0047] 表2:石灰石成分
[0050] 生产氧化铝的流程见图2:
[0051] 首先将成分如表2的石灰石破碎至2~5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-0.074mm占 85%以上。然后加入成分如表1的粉煤灰及纯碱粉进行充分混合，粉煤灰、石灰石、纯碱分别 为38重量份，32重量份和20重量份，然后加入碱液(结晶得到的循环母液），将准备好的碱液 分为两部分，分配比例为87:13。碱液的浓度为Na2〇 55(^/1，(^=14。配料指标为：水分 26%，碱比为1，|丐比为1。
[0052] 将配好的料连同87%的碱液一起加入强力混料机进行充分混合，再用圆盘造球机 造球团，造球加液量为剩余的13%碱液，球团粒径为8~12mm，抗压强度大于10N。
[0053] 将成品球团经过烘干、干燥、预热、烧结和冷却五个阶段烧结成烧结球团，其中温 度控制为1〇〇°(：、600°(：、900、1000°(：、80°(：，时间控制为5分钟、10分钟、10分钟、50分钟、10分 钟。然后磨细到-0.074mm占90%以上的熟料粉磨。
[0054]将磨制好的熟料粉加调整液在溶出槽内进行溶出，溶出条件为：碱液浓度Na20 508/1，<^=1.2，液固比为3-4:1，溶出时间为20分钟，温度为75°(：。
[0055] 将溶出后的渣进行充分洗涤后加入脱碱渣的洗液进行脱碱，液固比4:1，配制的脱 碱液中Na20 90g/L。脱碱温度200°C，时间1小时，脱碱完的渣进行充分洗涤后得到副产品硅 酸钙，容重测定为310kg/m3用于制作轻质建材。
[0056] 溶出得到的溶液与铝酸钠结晶混合溶解后，用一段种分蒸发母液调整ak为1.5， AL2〇3浓度控制为140g/L，加入脱硅种子在脱硅机内进行脱硅。脱硅条件为:种子量60g/L(脱 硅得到的固体），温度160°C，时间1小时，脱硅完成后，浆液用叶滤机进行精制，精液进行种 分分解，脱硅渣与循环母液混合回头配料。
[0057] 脱硅得到的精液加氢氧化铝晶种进行种分分解，分解得到A1(0H)3,然后焙烧得到 氧化铝。
[0058] 分解得到的种分母液分两步进行蒸发和排盐，第一步用七效降膜蒸发器蒸发到碱 液浓度为Na20 280~300g/L，然后再用三效蒸发器进行第二步蒸发，得到碱液浓度为Na20 550g/L。将溶出渣脱碱得到的脱碱液也同样进行两步蒸发得到碱液浓度为Na20 500~ 600g/L，作为一种液碱副产品用于氧化铝行业作为原料。
[0059] 将第二步蒸发后的种分母液进行加种子降温结晶，得到铝酸钠晶体，铝酸钠晶体 再加入到溶出粗液中进行溶解循环。结晶条件为:首温80°C，末温50°C，种子量20g/L，时间6 小时。
[0060] 将结晶得到的循环母液与蒸发排出盐和脱硅得到的硅渣进行混合，然后作为配料 碱液返回进行配料，实现碱液循环。
[0061] 将蒸发排盐步骤和降温结晶步骤得到的分解循环母液综合计算，种分分解率可以 达到92%。氧化铝回收率和氧化钠回收率计算的基准是粉煤灰中的含量和排放废渣中的含 量，本实施例方法中，氧化铝回收率92 %，氧化铝回收率95 %。
[0062] 本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本实用新 型，而并非用作对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对上述实施例 的变换、变型都将落在本实用新型权利要求的范围内。
【主权项】
1. 一种利用高铝粉煤灰生产氧化铝的系统，其特征在于，包括粉煤灰储罐、石灰石储 罐、纯碱储罐、混料机、圆盘造球机、带式焙烧机、立式磨、脱碱槽、脱硅机、种分槽、第一蒸发 单元和第二蒸发单元； 所述粉煤灰储罐、石灰石储罐、纯碱储罐均连接于混料机，所述混料机连接于圆盘造球 机，所述圆盘造球机的出料管线与带式焙烧机的进料口连接，所述带式焙烧机的出料口连 接于所述立式磨的进料溜槽； 所述立式磨的出料槽通过管路连接有熟料粉溶出槽，熟料粉溶出槽的排渣管路连接所 述脱碱槽，脱碱槽的脱碱液出口连接所述第二蒸发单元； 熟料粉溶出槽的排液管路连接所述脱硅机，脱硅机通过管路连接所述种分槽;所述种 分槽的出液管路连接所述第一蒸发单元;所述第一蒸发单元通过管路连接混料机和圆盘造 球机。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述石灰石储罐连接有磨碎装置。3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述种分槽连接有氢氧化铝过滤机。4. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一蒸发单元包括种分母液七效蒸发 器和种分母液三效蒸发器，所述种分母液七效蒸发器的进液管路与所述种分槽上的氢氧化 铝过滤机的滤液管路连接，所述的七效蒸发器通过管路连接所述种分母液三效蒸发器的进 液管路;所述三效蒸发器连接于结晶槽，所述结晶槽通过液相管路连接所述混料机和圆盘 造球机。5. 根据权利要求1~4任一所述的系统，其特征在于，所述第二蒸发单元包括脱碱液七 效蒸发器和脱碱液三效蒸发器，所述脱碱液七效蒸发器的进液管路与所述脱碱槽的出液管 路连接，所述的七效蒸发器通过管路连接所述脱碱液三效蒸发器的进液管路，三效蒸发器 的液体出口连接有液碱储存槽。
【文档编号】C01F7/08GK205590319SQ201620119134
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年2月6日
【发明人】张广, 麻树春, 李光柱, 董凯伟
【申请人】杭州锦江集团有限公司