专利名称：一种利用煤矸石生产氯化铝、氯化硅和氯化铁的方法
技术领域：
本发明属于资源回收与利用领域，具体涉及一种利用煤矸石生产氯化铝、氯化硅和氯化铁的方法。
背景技术：
煤矸石是煤矿开采、洗选及加工过程中产生的废渣，包括岩石巷道掘进时产生的掘进矸石，采煤过程中从顶板、底板和夹在煤层中的岩石夹层里开采出来的矸石，以及洗煤厂生产过程中排出的矸石，是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一。我国目前的煤矸石综合利用率很低，煤矸石的大量堆放，侵占了良田，阻塞了河道，而且严重影响了生态环境。此外，煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响居民的身体健康，使周围树木落叶，庄稼减产。煤矸石山受雨水冲刷，常使附近河流的河床淤积，河水受到污染；煤矸石还污染大气和地下水质，危害了工农业生产和人民生活。因此对煤矸石进行资源化利用，不仅可以减少对环境的污染，节约土地，还可以改善煤矿业的生产结构，取得一定的社会和经济效益。煤矸石的化学组分随成煤地质年代、环境、地壳运动状况和开采加工方式的不同而有较大的波动范围，但不同的煤矸石中SiO2和Al2O3的含量都很高。以往的关于煤矸石中铝资源的利用包括采用煤矸石制备氢氧化铝(专利号为94113062. 2的中国专利)、氧化铝(专利号为200810051316. 8的中国专利)、氯化铝(专利号为85107358的中国专利)、硫酸铝(专利号为201110209467. 3的中国专利)等；而关于煤矸石中硅资源的利用多体现在建筑材料的生产上；煤矸石中铁资源用于生产含铁絮凝剂(专利号为201010131669. 6的中国专利)、净水剂(专利号为200910147845. 2的中国专利)以及合金(专利号为200910089248.9的中国专利)等，然而，上述关于煤矸石利用的专利大多专注于一到两种元素的利用，致使煤矸石中的碳资源得不到充分的利用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种利用煤矸石生产氯化铝、氯化硅和氯化铁的方法，目的是充分利用煤矸石中的碳资源、铝资源、硅资源和铁资源，为煤矸石的利用拓展新的思路。实现本发明的目的的技术方案按照以下步骤进行
(I)选用煤矸石为原料，将理论添加量I. 2-1. 5倍的碳质还原剂与煤矸石混合配料形成混合物,并将混合物破碎至< 160目；
(2 )将破碎后的混合物置于氯化炉中，于800-1000 V条件下向炉中通入氯气，氯气流量为 O. 1-0. 15m3/s ；
得到的炉渣直接排出，得到的炉气送入除尘器中除尘处理，并控制除尘器中的温度彡 500 0C ；
(4)将除尘处理后的气体依次于370-420°C、200-250°C和O — 4°C进行冷凝，依次得到粗的AlCl3^FeCl3和SiCl4液体，对粗的AlCl3^FeCl3和SiCl4进行蒸馏，得到纯AlCl3FeCl3和SiCl4产品。所述的纯AlCl3产品进行熔盐电解得到铝，阳极生成的Cl2返回煤矸石的氯化过程；得到的SiCl4产品用于制备高纯硅。所述的碳质还原剂是工业用木炭、石油焦、烟煤或蓝炭。所述的碳质还原剂的理论添加量是根据煤砰石原料中SiO2、A1203、Fe203、MgO、CaO、TiO2、K2O和Na2O组分加碳氯化反应所需C量，减去煤矸石原料本身的含C量计算得到的。与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是
本发明的煤矸石进行加碳氯化发生的主要由以下反应(碳氧化合物以CO2表示)
SiO2 +2C12 + C =SiCl4 + CO2(I)2A1203+ 6C12 + 3C=4A1C13+ 3C02(2)2Fe203+ 6C12 + 3C=4FeCl3+ 3C02(3)2Mg0 +4C12 + C =2MgCl2 +CO2(4)；2Ca0 +4C12 + C =2CaCl2 +CO2(5)；TiO2 +2C12 + C =TiCl4 + CO2(6)2K20 +2C12 + C =4KC1 + CO2(7)；2Na20 ■卜 2C12 + C =:4NaCl +CO2(8)。从以上反应可以看出，本发明的技术方案全面利用了煤矸石中的所有元素，得到的AlCl3产品进行熔盐电解得到铝，阳极生成的Cl2返回煤矸石的氯化过程；得到的SiCl4产品用于制备高纯硅，与现有技术相比，实现了煤矸石资源的全面利用，提高了产品的附加值，并且技术方案简单易行，极具推广价值。
图I是本发明利用煤矸石生产氯化铝、氯化硅和氯化铁的工艺流程图2是本发明实施例I得到的AlCl3的XRD图3是本发明实施例I得到的FeCl3的Raman光谱图4是本发明实施例2得到的AlCl3的XRD图5是本发明实施例2得到的FeCl3的Raman光谱图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施实例进一步的说明。本发明实施例中原料采用的是某煤矿产出的煤矸石，其组成成分如表I所示。表I煤矸石组成成分
权利要求
1.一种利用煤矸石生产氯化铝、氯化硅和氯化铁的方法，其特征在于按照以下步骤进行 (I)选用煤矸石为原料，将理论添加量I. 2-1. 5倍的碳质还原剂与煤矸石混合配料形成混合物,并将混合物破碎至< 160目； (2 )将破碎后的混合物置于氯化炉中，于800-1000 V条件下向炉中通入氯气，氯气流量为 O. 1-0. 15m3/s ； 得到的炉渣直接排出，得到的炉气送入除尘器中除尘处理，并控制除尘器中的温度≥ 500 0C ； (4)将除尘处理后的气体依次于370-420°C、200-250°C和O — 4°C进行冷凝，依次得到粗的AlCl3、FeCl3和SiCl4液体，对粗的AlCl3、FeCl3和SiCl4进行蒸馏，得到纯AlCl3iFeCl3和SiCl4产品。
2.根据权利要求I所述的一种利用煤矸石生产氯化铝、氯化硅和氯化铁的方法，其特征在于所述的纯AlCl3产品进行熔盐电解得到铝，阳极生成的Cl2返回煤矸石的氯化过程；得到的SiCl4产品用于制备高纯硅。
3.根据权利要求I所述的一种利用煤矸石生产氯化铝、氯化硅和氯化铁的方法，其特征在于所述的碳质还原剂是工业用木炭、石油焦、烟煤或蓝炭。
4.根据权利要求I所述的一种利用煤矸石生产氯化铝、氯化硅和氯化铁的方法，其特征在于所述的碳质还原剂的理论添加量是根据煤砰石原料中SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、TiO2、K2O和Na2O组分加碳氯化反应所需C量，减去煤矸石原料本身的含C量计算得到的。
全文摘要
本发明属于资源回收与利用领域，具体涉及一种利用煤矸石生产氯化铝、氯化硅和氯化铁的方法。本发明方法是将理论添加量1.2-1.5倍的碳质还原剂与煤矸石混合配料形成混合物，并将混合物破碎至≤160目，将破碎后的混合物置于氯化炉中，向炉中通入氯气，得到的炉气送入除尘器中除尘处理，将尘后的气体依次于370-420℃、200-250℃和0—4℃进行冷凝，依次得到粗的AlCl3、FeCl3和SiCl4液体，对粗的AlCl3、FeCl3和SiCl4进行蒸馏，得到纯AlCl3、FeCl3和SiCl4产品。本发明方法实现了煤矸石资源的全面利用，提高了产品的附加值，并且技术方案简单易行，极具推广价值。
文档编号C01F7/56GK102923747SQ20121049156
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者王兆文, 胡宪伟, 高炳亮, 石忠宁, 于江玉 申请人:东北大学