专利名称：一种从粉煤灰中提取氧化铝的工艺的制作方法
一种从粉煤灰中提取氧化铝的工艺技术领域
本发明属于粉煤灰的精细化综合利用领域，具体涉及一种以粉煤灰为原料高效率提取氧化铝的工艺。
背景技术：
粉煤灰是燃煤电厂发电过程中的废弃物，鉴于我国具有丰富的煤炭资源，而且电力工业也主要是以煤炭发电为主，随着工业化电力需求及电厂规模的不断扩大，燃煤废弃物粉煤灰的排放量及积压量不断扩大，不仅占用大片土地，还会对人类的生存环境造成严重的污染。目前，对粉煤灰的利用主要集中在用作建筑材料之用，虽然近年来，随着建筑材料的大力发展，出现了以粉煤灰为原料制作保温隔热板材的技术，大大扩展了粉煤灰的应用领域，但对于燃煤发电中日益积压的粉煤灰而言，依然迫切需要开发出可大量处理、使粉煤灰变废为宝的工艺。
粉煤灰中主要含有的成分是A1203、SiO2, Fe3O4,目前国外对粉煤灰的利用主要是提取粉煤灰中的Al2O3加以再利用，而提取的工艺则多是采用石灰石烧结的工艺，在 1340-1450°C下CaO和粉煤灰中的Al2O3发生反应生成铝酸钙，然后再加入碳酸钠溶液置换出铝酸钠，并将铝酸钠经脱硅、碳化、分解后生成Al2O3。该工艺中一方面煅烧温度要求较高， 另外工艺流程相对比较复杂、能耗较高、残渣量较大。
针对上述情况，申请人研究出一种新型粉煤灰提取氧化铝的工艺，记载于中国专利CNlO 1070173A中，该工艺主要包括磁选粉煤灰-配料搅拌-460-500°C加热-水解生成铝酸钠-脱硅-煅烧等步骤，整个工艺步骤在较低的煅烧温度下(460-50(TC )完成，且Al2O3 的提取率高达86-92%。对于氧化铝提取工艺而言，本领域技术人员只认识到灰浆的煅烧温度是影响提取率的最大因素，而其他因素都可以忽略；所以，仅仅将研究集中于灰浆煅烧温度上，发现当煅烧温度高于500°C时，提取率反而出现了小幅下降的趋势，并随着温度的进一步提升呈现稳定状态，如图1所示。在上述研究的基础上，所以现有技术中对于氧化铝的提取都是仅控制焙烧温度为500°C。因此就该工艺的条件而言，氧化铝的提取率达到92% 时，已接近饱和状态，欲进一步提高其提取率而实现物料的高效合理利用，该工艺条件则并不适用。发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中粉煤灰提取氧化铝的工艺中， 提取率无法进一步提升的问题，进而提供一种优化提取条件，进而大幅提升提取率的提取工艺。
为解决上述技术问题，本发明所述的从粉煤灰中提取氧化铝的工艺，包括如下步骤
(I)通过磁 选机磁选粉煤灰，分离出其中具有磁性的Fe3O4成分，得到不含Fe3O4的粉煤灰；
(2)向步骤(I)处理过的粉煤灰中投入熟石灰和氢氧化钠进行配料，并混合均匀得到灰浆，并控制温度700°C以上对所述灰浆进行加热煅烧；所述粉煤灰、所述熟石灰和所述氢氧化钠的摩尔比例为=Na2O Al2O3 =1. 28，CaO SiO2 = 2.1 ；
(3)向加热后的混合物中投入水解洗液，进行水解，并加入Na2CO3搅拌均匀，过滤得到粗铝酸钠溶液和硅钙渣的混合物；
(4)向所述粗铝酸钠溶液中加入Ca (OH)2进行常压脱硅处理至溶液的硅晶指数A/ S > 250，得到铝酸钠溶液和 3Ca0 · Al2O3 · XSiO2 · yH20 ;所述 3Ca0 · Al2O3 · xSi02 · yH20 为水化石榴石的分子式，其中各部分摩尔比为(3. 2-3. 3) I (O. 1-0. 2) 6-2(0. 1-0. 2), 即 X = O. 1-0. 2, y = 6-2 (O. 1-0. 2)；
(5)将所述铝酸钠溶液精滤后，加入晶种进行晶体分解，过滤得到AL(OH)3固体和循环母液；
(6)将得到的AL(OH)3固体进行洗涤、煅烧，得到所需的A1203。
所述AL(OH)3固体煅烧制备所需的Al2O3的过程可采用本领域现有技术中熟知的工艺及步骤即可实现，产品的分离提取也均为现有技术公知内容。
所述步骤(2)中，所述煅烧温度为700-800°C。
所述步骤(2)中，所述煅烧步骤可以根据本领域技术人员熟知的技术手段及技术设备进行，本申请优选在外加热回转窖或内加热回转窖中进行的。
所述步骤(3)中，所述Na2CO3占所述混合物和所述水解洗液总量的3_6 %。
所述水解洗液为硅钙渣洗液或氢氧化铝洗液。所述硅钙渣洗液为含有3-5%的铝酸钠的水溶液，所述氢氧化招洗液为含有3%氢氧化招的水溶液。
所述步骤⑷中，所述Ca(OH)2的浓度为l_3g/L。
所述脱硅处理步骤的温度为85_95°C。
所述步骤(5)中的循环母液浓缩后进入步骤(2)中进行配料使用。
所述步骤(3)中得到的硅钙渣用于水泥制备。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点
1、本发明所述的工艺通过调整配料中所述粉煤灰、所述熟石灰和所述氢氧化钠的摩尔比例为=Na2O Al2O3 =1. 28，CaO SiO2 = 2. 1，再辅以合理的煅烧温度，使得该工艺对氧化铝的提取率取得了意想不到的技术效果，虽然调整物料配比之后的工艺在 460-500°C时的提取率反而低于现有技术中 工艺的提取率，但进一步调整煅烧温度在700°C 以上时则呈现出了现有技术预料不到的技术优势，使得整个工艺的提取率达到出人意料不到的98%以上；此外，本发明所述的工艺，在低温常压下即可实现氧化铝的高效率提取，能耗较少，同时通过优选原料的配比，具有投资小、能耗低、工艺流程简单、生产成本较低的优势。
2、当煅烧温度高于800°C以上时，提取率稳定在98%以上，因此本发明所述的工艺优选煅烧温度为700-800°C，一方面取得了极佳的提取率，同时确保工艺的能耗最少。
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为现有技术中氧化铝提取率与温度的关系曲线；
图2为本发明所述从粉煤灰中提取氧化铝的工艺的流程图3为实施例1-12中所述提取率与温度的关系曲线。
具体实施方式
实施例1
本实施例中所需提取的粉煤灰的成分包括:A120336. 18 %、Si0245. 68 %、 Fe3O4IO. 44%,Ca03. 17%, SO3O. 58%,MgOO. 84%,Mn00. 084%, TiO2L 14%，其余为杂质。
如图2所示，本发明所述的从粉煤灰中提取氧化铝的工艺包括如下步骤
(I)取粉煤灰IOOOkg无需破碎即直接加入磁选机中筛选，磁选分离出具有磁性的黑色Fe3O4,即得到不含Fe3O4的粉煤灰；
(2)将通过磁选机分离处理后的粉煤灰、熟石灰和氢氧化钠按照摩尔比例为 Na2O Al2O3 =1. 28，CaO SiO2 = 2.1的比例进行配料，并加入到搅拌装置内，敞口、室温搅拌10-20min，得到灰浆；并将所述灰浆通过喷枪喷至外加热回转窖中加热，控制温度 700°C进行加热煅烧；
(3)将从外加热回转窖中运出的固体混合物直接投入含有硅钙渣洗液和氢氧化铝洗液的水解搅拌装置中进行搅拌水解，同时添加占所述固体混合物和所述洗液重量5% 的^CO3，并控制搅拌速度至少120rpm，自温(即出窖温度，约100°C )、常压进行搅拌 30-40min，过滤后，得到粗铝酸钠溶液和硅钙渣固体的混合物；所述硅钙渣的主要成分是 2Ca0 · SiO2，并含有少量的氧化铝和氢氧化钠。所述硅钙渣固体经过洗涤或其他程序处理后，可制成水泥及其他类似产品；
(4)将前述得到的粗铝酸钠溶液加入到脱硅装置中，并加入2g/L的Ca (OH)2，控制搅拌装置的转速为90-110rpm，控制温度85-95°C进行常压脱硅处理2_3小时，至溶液的硅晶指数A/S > 250停止搅拌，此时得到Na2O与Al2O3摩尔比为1. 50-1. 56的铝酸钠溶液和 3Ca0 · Al2O3 · XSiO2 · yH20固体，所述3Ca0 · Al2O3 · XSiO2 · yH20固体可在后续循环提取操作中做晶种继续脱硅处理；
(5)将所得的铝酸钠溶液通过叶滤机进行精滤操作，并将精滤后的铝酸钠溶液投入晶体分解槽中，在添加晶种的条件下进行分解，分解并过滤后，得到Al (OH)3固体和循环母液；
(6)将过滤后得到的Al (OH) 3固体经洗涤、煅烧程序后，即得到所需的产品 Al203340. 82kg。
步骤(5)中收集的循环母液 的主要成分是NaOH水溶液并含有少量的Na2CO3和 Na2SO4,收集所述循环母液输送至多效蒸发装置进行浓缩，使循环母液浓度增大，经浓缩后的母液返回至步骤(2)中进行配料之用，提取下一批次的产品。
通过对产品的分析，分离出的产品Al2O3达到国家标准，本实施例所述提取工艺 Al2O3 的提取率为 340. 82/1000*36. 18%= 94. 2% 0
实施例2
本实施例中提取氧化铝的步骤同实施例1中所述，其区别仅在于步骤⑵ 中对所述灰浆的煅烧温度为750 °C，提取得到A1A353. 84kg，Al2O3的提取率为353. 84/1000*36. 18% = 97. 8%。
实施例3
本实施例中提取氧化铝的步骤同实施例1中所述，其区别仅在于步骤⑵ 中对所述灰浆的煅烧温度为800 °C，提取得到A1A355. 65kg，Al2O3的提取率为 355. 65/1000*36. 18%= 98. 3%。
实施例4
本实施例中提取氧化铝的步骤同实施例1中所述，其区别仅在于步骤⑵ 中对所述灰浆的煅烧温度为900 °C，提取得到A1A355. 67kg，Al2O3的提取率为 355. 67/1000*36. 18%= 98. 3%。
实施例5
本实施例中提取氧化铝的步骤同实施例1中所述，其区别仅在于步骤⑵ 中对所述灰浆的煅烧温度为1000 °C，提取得到Al203355. 70kg, Al2O3的提取率为 355. 70/1000*36. 18%= 98. 31%。
实施例6
本实施例中提取氧化铝的步骤同实施例1中所述，其区别仅在于步骤⑵ 中对所述灰浆的煅烧温度为1100 °C，提取得到Al203355. 69kg，Al2O3的提取率为 355. 69/1000*36. 18%= 98. 31%。
实施例7
本实施例中提取氧化铝的步骤同实施例1中所述，其区别仅在于步骤⑵ 中对所述灰浆的煅烧温度为650 °C，提取得到A1A193. 56kg，Al2O3的提取率为 193. 56/1000*36. 18%= 53. 5%。
实施例8
本实施例中提取氧化铝的步骤同实施例1中所述，其区别仅在于步骤⑵ 中对所述灰浆的煅烧温度为600 °C，提取得到A1A174. 75kg，Al2O3的提取率为 174. 75/1000*36. 18%= 48. 3%。
实施例9
本实施例中提取氧化铝的步骤同实施例1中所述，其区别仅在于步骤⑵ 中对所述灰浆的煅烧温度为550 °C，提取得到A1A147. 98kg，Al2O3的提取率为 147. 98/1000*36. 18%= 40. 9%。
实施例10
本实施例中提取氧化铝的步骤同实施例1中所述，其区别仅在于步骤⑵ 中对所述灰浆的煅烧温度为500 °C，提取得到Al2O3IH. 33kg，Al2O3的提取率为 114. 33/1000*36. 18%= 31. 6%。
实施例11
本实施例中提取氧化铝的步骤同实施例1中所述，其区别仅在于步骤(2)中对所述灰浆的煅烧温度为450°C，提取得到Al20385. 75kg，Al2O3的提取率为85. 75/1000*36. 18% =23. 7%。
实施例12
本实施例中提取氧化铝的步骤同实施例1中所述，其区别仅在于步骤(2)中对所述灰浆的煅烧温度为400°C，提取得到Al20358. 97kg，Al2O3的提取率为58. 97/1000*36. 18% =16. 3%。
以上述实施例1-12中的Al2O3提取率为纵坐标，以煅烧温度为横坐标绘制本发明所述的粉煤灰提取氧化铝的提取率-温度的曲线，如图3所示。
实施例13
本实施例中提取氧化铝的步骤同实施例1中所述，其区别仅在于所述步骤(2) 中采用内加热回转窖加热煅烧，所述步骤(3)中，所述Na2CO3的添加量占所述固体混合物和所述洗液重量的3%，且所述步骤(4)中所述Ca(OH)2的浓度为3g/L，提取得到 Α1203340· 78kg, Al2O3 的提取率为 340. 78/1000*36. 18%= 94.1V0o
实施例14
本实施例中提取氧化铝的步骤同实施例1中所述，其区别仅在于步骤(3)中， 所述Na2CO3的添加量占所述固体混合物和所述洗液重量的6%，且所述步骤(4)中所述 Ca(OH)2 的浓度为 lg/L，提取得到 Α1203340· 77kg，Al2O3 的提取率为 340. 77/1000*36. 18% =94.1 % ο
从图3中可以看出，调整了配料摩尔比之后的所述从粉煤灰中提取氧化铝的工艺中，氧化铝的提取率虽然在煅烧温度为400-650°C之间时，提取率仅为16. 3-53. 5%，并呈现小幅的上升趋势，但当温度上升至650°C以上时，则呈现了出乎意料的明显的大幅上升趋势，提取率由650°C时的53. 5%大幅提升至700°C时的94. 2%，使得提取率得到提高，同时当温度升至800°C时，提取率已经高达98. 2%，进一步提升煅烧的温度，则提取率保持稳定在 98. 2-98. 3%之间。
可见，本发明所述的工艺通过对现有技术中氧化铝提取工艺的进一步优化，通过更为合理的调整了配料中所述粉煤灰、所述熟石灰和所述氢氧化钠的摩尔比例为 Na2O Al2O3 = 1.28，CaO SiO2 = 2. 1，再辅以合理的煅烧温度，使得该工艺对氧化铝的提取率取得了意想不到的技术效果。虽然调整物料配比之后的工艺在460-500°C时的提取率反而低于现有技术中工艺的提取率，但进一步调整煅烧温度之后的工艺则呈现出了现有技术预料不到的技术优势，使得本发明所述的工艺虽然小幅提升了煅烧的能耗，但相对于提取率的大幅提升，以及物料的更合理利用，使得本发明所述的工艺呈现出了更为优质的性价比，具有极好的应用前景，大幅提升了竞争优势。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动`仍处于本发明创造的保护范围之中。
权利要求
1.一种从粉煤灰中提取氧化铝的工艺，其特征在于，包括如下步骤(1)磁选粉煤灰，分离出其中的Fe3O4,得到不含Fe3O4的粉煤灰；(2)向步骤(I)处理过的粉煤灰中投入熟石灰和氢氧化钠进行配料，混合均匀，得到灰浆，并控制温度70(TC以上对所述灰浆进行加热煅烧；所述粉煤灰、所述熟石灰和所述氢氧化钠的摩尔比为Na20 Al2O3 =1. 28，CaO SiO2 = 2.1 ；(3)向加热后的混合物中投入水解洗液，进行水解，并加入Na2CO3搅拌均匀，过滤得到粗铝酸钠溶液和硅钙渣混合物；(4)向所述粗铝酸钠溶液中加入Ca(OH)2进行常压脱硅处理至溶液的硅晶指数A/S> 250，得到铝酸钠溶液和 3Ca0 · Al2O3 · XSiO2 · yH20 ；(5)将所述铝酸钠溶液精滤后，加入晶种进行晶体分解，过滤得到Al(OH)3固体和循环母液；(6)将得到的Al(OH)3固体进行洗涤、煅烧，得到所需的A1203。
2.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取氧化铝的工艺，其特征在于所述步骤(2) 中，所述煅烧温度为700-800°C。
3.根据权利要求1或2所述的从粉煤灰中提取氧化铝的工艺，其特征在于所述步骤(2)中，所述煅烧步骤是在外加热回转窖或内加热回转窖中进行的。
4.根据权利要求1-3任一所述的从粉煤灰中提取氧化铝的工艺，其特征在于所述步骤(3)中，所述Na2CO3占所述混合物和所述水解洗液总量的3-6wt%。
5.根据权利要求4所述的从粉煤灰中提取氧化铝的工艺，其特征在于所述水解洗液为娃I丐洛洗液或氢氧化招洗液。
6.根据权利要求1-5任一所述的从粉煤灰中提取氧化铝的工艺，其特征在于所述步骤(4)中，所述Ca(OH)2的浓度为l_3g/L。
7.根据权利要求6所述的从粉煤灰中提取氧化铝的工艺，其特征在于所述脱硅处理步骤的温度为85-95°C。
8.根据权利要求1-7任一所述的从粉煤灰中提取氧化铝的工艺，其特征在于所述步骤(5)中的循环母液浓缩后进入步骤(2)中进行配料使用。
9.根据权利要求1-8任一所述的从粉煤灰中提取氧化铝的工艺，其特征在于所述步骤⑶中得到的硅钙渣用于水泥制备。
全文摘要
本发明属于粉煤灰的精细化综合利用领域，具体涉及一种以粉煤灰为原料高效率提取氧化铝的工艺。本发明所述的工艺包括磁选粉煤灰-配料-700℃以上加热煅烧-水解-脱硅-结晶过滤-煅烧等步骤，得到的氧化铝的提取率高达98％以上，本发明所述的工艺优选原料的配比，具有投资小、能耗低、工艺流程简单、生产成本较低的优势。
文档编号B09B3/00GK103058238SQ20131002401
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者孙松涛, 方玉林 申请人:内蒙古联合工业有限公司