本发明属于材料化工领域，具体而言，本发明涉及处理煤矸石的方法和系统。
背景技术：
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。若将煤矸石弃置不用，不仅占用大片土地，而且存在各种隐患，如煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体、煤矸石山易自燃发生火灾或在雨季崩塌淤塞河流造成灾害。中国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。因此，如何使得煤矸石得到高效利用有待进一步研究。
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处理煤矸石的方法和系统。本发明提出的处理煤矸石的方法不仅流程短、能耗低，还能同时提取煤矸石中的铝和硅，并得到高品质三氧化二铝和二氧化硅，进而实现固废煤矸石的高效和无害化利用，具有较好的经济效益。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种处理煤矸石的方法，包括：
(1)将煤矸石、石灰石和菱镁矿进行混料处理，以便得到混合物料；
(2)将所述混合物料和淀粉溶液进行成型处理，以便得到混合球团；
(3)将所述混合球团供进行干燥处理，以便得到干燥球团；
(4)将所述干燥球团供给至转底炉内，所述转底炉内沿物料运动方向限定有进料区、预脱硅区、主反应区和出料区，使所述干燥球团依次经过预脱硅区和主反应区进行反应，以便得到焙烧球团；
(5)利用碳酸钠溶液对所述焙烧球团进行浸出处理，以便得到硅铝浸出液和不溶渣；
(6)向所述硅铝浸出液中通入二氧化碳进行沉铝处理，以便得到氢氧化铝和沉铝余液；
(7)将所述氢氧化铝进行焙烧处理，以便得到三氧化二铝；
(8)将所述沉铝余液依次经过浓缩、酸浸，调整ph、熟化、过滤、水洗和干燥，以便得到二氧化硅。
根据本发明上述实施例的处理煤矸石的方法，可以首先利用石灰石和菱镁矿与煤矸石进行混合成型和干燥焙烧，得到焙烧球团，接着利用碳酸钠溶液使焙烧球团中的铝和硅浸出，再通过沉铝处理使铝和硅分离并得到氢氧化铝和沉铝余液，最后分别对氢氧化铝和沉铝余液进行处理可以得到高品质的三氧化二铝和二氧化硅。由此，通过采用本发明上述实施例的处理煤矸石的方法不仅流程短、能耗低，还可以同时提取煤矸石中的铝和硅，并得到纯度均大于99％的高品质三氧化二铝和二氧化硅，进而实现固废煤矸石的高效和无害化利用，具有较好的经济效益。
另外，根据本发明上述实施例的处理煤矸石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，将煤矸石、石灰石和菱镁矿进行混料处理之前进一步包括：将所述煤矸石细磨至粒径不大于0.074mm。由此，可以进一步提高后续干燥焙烧处理的效率和煤矸石中硅酸铝和游离二氧化硅的转化率。
在本发明的一些实施例中，所述煤矸石、所述石灰石和所述菱镁矿的质量比为100：(55-81)：(15-23)。由此，可以进一步提高煤矸石中硅酸铝和游离二氧化硅的转化率。
在本发明的一些实施例中，所述转底炉内预脱硅区的温度为1300-1400摄氏度。由此，可以显著提高煤矸石中的游离二氧化硅的转化率。
在本发明的一些实施例中，所述转底炉内主反应区的温度为1350-1500摄氏度。由此，可以显著提高煤矸石中硅酸铝的转化率。
在本发明的一些实施例中，所述碳酸钠溶液的浓度为105-125g/l。由此，可以进一步提高焙烧球团中硅和铝的浸出率。
在本发明的一些实施例中，向所述硅铝浸出液中通入二氧化碳的流速为20-35l/min。由此，可以进一步提高沉铝处理的效率。
根据本发明的第二个方面，本发明还提出了一种实施上述处理煤矸石的方法的系统，包括：
混料装置，所述混料装置具有煤矸石入口、石灰石入口、菱镁矿入口和混合物料出口；
成型装置，所述成型装置具有混合物料入口、淀粉溶液入口和混合球团出口，所述混合物料入口和所述混合物料出口相连；
干燥装置，所述干燥装置具有混合球团入口和干燥球团出口，所述混合球团入口和所述混合球团出口相连；
转底炉，所述转底炉内沿物料运动方向依次设置有进料区、预脱硅区、主反应区和出料区，所述进料区具有干燥球团入口，所述出料区具有焙烧球团出口，所述干燥球团入口和所述干燥球团出口相连；
浸出装置，所述浸出装置具有焙烧球团入口、碳酸钠溶液入口、硅铝浸出液出口和不溶渣出口，所述焙烧球团入口和所述焙烧球团出口相连；
沉铝装置，所述沉铝装置具有硅铝浸出液入口、二氧化碳入口、氢氧化铝出口和沉铝余液出口，所述硅铝浸出液入口与所述硅铝浸出液出口相连；
焙烧装置，所述焙烧装置具有氢氧化铝入口和三氧化二铝出口，所述氢氧化铝入口与所述氢氧化铝出口相连；
制二氧化硅单元，所述制二氧化硅单元具有沉铝余液入口和二氧化硅出口，所述沉铝余液入口与所述沉铝余液出口相连。
根据本发明上述实施例的处理煤矸石的系统，可以依次利用混料装置、成型装置、干燥装置和转底炉对石灰石、菱镁矿和煤矸石进行混合成型和干燥焙烧，得到焙烧球团，并在浸出装置内利用碳酸钠溶液使焙烧球团中的铝和硅浸出，得到硅铝浸出液；再在沉铝装置内利用二氧化碳对硅铝浸出液进行沉铝处理得到氢氧化铝和沉铝余液；最后分别在焙烧装置和制二氧化硅单元对氢氧化铝和沉铝余液进行处理，得到高品质的三氧化二铝和二氧化硅。由此，通过采用本发明上述实施例的处理煤矸石的系统处理煤矸石，不仅流程短、能耗低，还可以同时提取煤矸石中的铝和硅，并得到纯度均大于99％的高品质三氧化二铝和二氧化硅，进而实现固废煤矸石的高效和无害化利用，具有较好的经济效益。
另外，根据本发明上述实施例的处理煤矸石的系统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，所述进料区、所述预脱硅区、所述主反应区和所述出料区在所述转底炉的圆周周向上的弧度依次为25度、110-130度、155-175度和50度。由此，可以使干燥球团在预脱硅区和主反应区内充分反应，并得到焙烧球团。
在本发明的一些实施例中，处理煤矸石的系统进一步包括：细磨装置，所述细磨装置设置在所述混料装置之前且与所述煤矸石入口相连。由此，可以使煤矸石与石灰石和菱镁矿充分接触，进而进一步提高后续干燥焙烧处理的效率和煤矸石中硅酸铝和游离二氧化硅的转化率。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的处理煤矸石的方法的流程图。
图2是根据本发明又一个实施例的处理煤矸石的方法的流程图。
图3是根据本发明一个实施例的处理煤矸石的系统的结构示意图。
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，本发明提出了一种处理煤矸石的方法，包括：(1)将煤矸石、石灰石和菱镁矿进行混料处理，以便得到混合物料；(2)将混合物料和淀粉溶液进行成型处理，以便得到混合球团；(3)将混合球团供进行干燥处理，以便得到干燥球团；(4)将干燥球团供给至转底炉内，转底炉内沿物料运动方向限定有进料区、预脱硅区、主反应区和出料区，使干燥球团依次经过预脱硅区和主反应区进行反应，以便得到焙烧球团；(5)利用碳酸钠溶液对焙烧球团进行浸出处理，以便得到硅铝浸出液和不溶渣；(6)向硅铝浸出液中通入二氧化碳进行沉铝处理，以便得到氢氧化铝和沉铝余液；(7)将氢氧化铝进行焙烧处理，以便得到三氧化二铝；(8)将沉铝余液依次经过浓缩、酸浸，调整ph、熟化、过滤、水洗和干燥，以便得到二氧化硅。
根据本发明上述实施例的处理煤矸石的方法，可以首先利用石灰石和菱镁矿与煤矸石进行混合成型和干燥焙烧，得到焙烧球团，接着利用碳酸钠溶液使焙烧球团中的铝和硅浸出，再通过沉铝处理使铝和硅分离并得到氢氧化铝和沉铝余液，最后分别对氢氧化铝和沉铝余液进行处理可以得到高品质的三氧化二铝和二氧化硅。由此，通过采用本发明上述实施例的处理煤矸石的方法不仅流程短、能耗低，还可以同时提取煤矸石中的铝和硅，并得到纯度均大于99％的高品质三氧化二铝和二氧化硅，进而实现固废煤矸石的高效和无害化利用，具有较好的经济效益。
下面参考图1-2对本发明上述实施例的处理煤矸石的方法进行详细描述。
s100：混合成型处理
根据本发明的实施例，将煤矸石、石灰石和菱镁矿进行混料处理，以便得到混合物料；将混合物料和淀粉溶液进行成型处理，以便得到混合球团。由此，可以进一步提高进行后续干燥焙烧处理的效率。
根据本发明的具体实施例，发明人发现，煤矸石中sio2的含量高达52-60重量％，al2o3的含量高达28-38重量％，余为钙镁的杂质相，且煤矸石中的铝主要以硅酸铝的形式存在，本发明中通过将煤矸石、石灰石和菱镁矿进行混合成型处理，可以使混合球团在进行后续还原焙烧处理时能够有效利用石灰石中的氧化钙和菱镁矿中的氧化镁分别与煤矸石中的硅酸铝和游离二氧化硅进行反应，进而提取煤矸石中的铝和硅。
根据本发明的具体实施例，煤矸石、石灰石和菱镁矿的质量比可以为100：(55-81)：(15-23)。发明人发现，以煤矸石的质量为基准，当石灰石的加入量过少时，相当于氧化钙的加入量不足，在进行后续还原焙烧处理时，不足以与煤矸石中的硅酸铝反应，进而导致煤矸石中铝和硅的回收率偏低，当石灰石的加入量过多时，并不能进一步提高煤矸石中铝的回收率，还会造成原料浪费并增加后续处理工艺的负担和能耗；同理，当菱镁矿的加入量过少时，不足以与煤矸石中的游离二氧化硅反应，进而导致硅的回收率偏低，而当石灰石的加入量过多时，并不能进一步提高煤矸石中硅的回收率，还会造成原料浪费并增加后续处理工艺的负担和能耗。本发明中通过控制煤矸石、石灰石和菱镁矿的质量比为100：(55-81)：(15-23)，不仅能使煤矸石中的硅酸铝和石灰石中的氧化钙充分反应，并生成铝酸钙和硅酸二钙、使煤矸石中的游离二氧化硅能够与菱镁矿中的氧化镁充分反应并生成硅酸镁，还能显著提高硅酸铝和游离二氧化硅的转化率。根据本发明的具体实施例，煤矸石、石灰石和菱镁矿的质量比可以优选为100：(60-70)：(16-20)，由此，可以进一步提高煤矸石中硅酸铝和游离二氧化硅的转化率。
根据本发明的具体实施例，将煤矸石、石灰石和菱镁矿进行混料处理之前可以进一步包括：将煤矸石细磨至粒径不大于0.074mm。由此，可以使煤矸石与石灰石和菱镁矿充分接触，进而进一步提高后续干燥焙烧处理的效率和煤矸石中硅酸铝和游离二氧化硅的转化率。
根据本发明的具体实施例，在进行混料处理之前可以进一步将石灰石和菱镁矿细磨至粒径不大于0.074mm。由此，可以进一步提高后续干燥焙烧处理的效率和煤矸石中硅酸铝和游离二氧化硅的转化率。
根据本发明的具体实施例，进行成型处理时，可以加入5-10％的淀粉溶液做粘结剂，由此，可以使混合球团具有一定的强度。另外，采用5-10％的淀粉溶液做粘结剂还可以进一步降低成本。粘结剂含量太高将会增加成本，高配比的粘结剂使球团更致密，透气性变差，不利于化学反应，配比太低，又不能保证球团的强度，试验发现粘结剂5-10％最好。
s200：干燥焙烧处理
根据本发明的实施例，将混合球团供进行干燥处理，以便得到干燥球团；将干燥球团供给至转底炉内，转底炉内沿物料运动方向限定有进料区、预脱硅区、主反应区和出料区，使干燥球团依次经过预脱硅区和主反应区进行反应，以便得到焙烧球团。由此，可以使煤矸石与石灰石和菱镁矿充分反应。
根据本发明的具体实施例，转底炉内预脱硅区的温度可以为1300-1400摄氏度。由此，可以为煤矸石与菱镁矿的反应提供适宜的温度条件，使煤矸石中的游离二氧化硅与菱镁矿中的氧化镁能够在上述温度条件下充分反应并生成硅酸镁，进而显著提高煤矸石中游离二氧化硅的转化率。根据本发明的具体实施例，转底炉内预脱硅区的温度可以优选为1320-1380摄氏度，由此，可以进一步提高煤矸石中游离二氧化硅的转化率。
根据本发明的具体实施例，转底炉内主反应区的温度可以为1350-1500摄氏度。由此，可以为煤矸石和石灰石的反应提供适宜的温度条件，使煤矸石中的硅酸铝与石灰石中的氧化钙能够在上述温度条件下充分反应并生成铝酸钙和硅酸二钙，进而显著提高煤矸石中的硅酸铝的转化率。根据本发明的具体实施例，转底炉内主反应区的温度可以优选为1370-1450摄氏度，由此，可以进一步提高煤矸石中的硅酸铝的转化率。
根据本发明的具体实施例，进料区、预脱硅区、主反应区和出料区在转底炉的圆周周向上的弧度可以依次为25度、110-130度、155-175度和50度。本发明中通过采用上述设置可以有效分配干燥球团的进料时间、在预脱硅区进行的煤矸石与菱镁矿的反应时间、在主反应区进行的煤矸石和石灰石的反应时间和焙烧球团的出料时间，由此，可以在转底炉内分别实现煤矸石与菱镁矿的反应和煤矸石与石灰石的反应，并分别控制煤矸石与菱镁矿和煤矸石与石灰石的反应条件，进而可以有效促进干燥焙烧处理的顺利进行，并进一步提煤矸石中硅酸铝和游离二氧化硅的转化率。
根据本发明的具体实施例，干燥球团在转底炉内的停留时间可以为0.8-1.5小时。由此，可以使在预脱硅区进行的煤矸石与菱镁矿的反应和在主反应区进行的煤矸石和石灰石的反应均具有足够的反应时间，进而进一步提高煤矸石中游离二氧化硅和硅酸铝的转化率。
根据本发明的具体实施例，干燥球团在转底炉内的布料厚度可以为100-160mm。由此，可以进一步提高煤矸石与菱镁矿的反应以及煤矸石与石灰石的反应效率。
根据本发明的具体实施例，通过采用本发明上述实施例的处理煤矸石的方法，可以使煤矸石中游离二氧化硅的转化率达到83-90％，硅酸铝的转化率达到85-95％。
s300:浸出处理
根据本发明的实施例，利用碳酸钠溶液对焙烧球团进行浸出处理，以便得到硅铝浸出液和不溶渣。
根据本发明的具体实施例，碳酸钠溶液的浓度可以为105-125g/l。本发明中通过采用上述浓度的碳酸钠溶液，一方面可以使焙烧球团中的铝酸钙在水溶液中和碳酸钠充分反应生成可溶性的铝酸钠和碳酸钙沉淀、硅酸二钙和碳酸钠充分反应生成碳酸钙沉淀和可溶性的硅酸钠、硅酸镁和碳酸钠充分反应生成碳酸镁沉淀和硅酸钠，进而使焙烧球团中的铝和硅得到有效浸出和富集，另一方面还能进一步提高浸出处理的效率。根据本发明的具体实施例，利用碳酸钠溶液对焙烧球团进行浸出处理时，焙烧球团的温度可以为100-120摄氏度，浸出处理的时间可以为20-35分钟，由此，可以使碳酸钠水溶液和焙烧球团中的铝酸钙、硅酸二钙和硅酸镁充分反应，进而使焙烧球团中的铝和硅得到有效浸出，且通过过滤处理可到含有硅酸钠和铝酸钠的硅铝浸出液，实现与碳酸钙等不熔渣的分离。
根据本发明的具体实施例，通过采用本发明上述实施例的处理煤矸石的方法，可以使焙烧球团中铝的浸出率达到90-95％，进而可以进一步提高煤矸石中铝的回收率。
s400：硅铝浸出液制备三氧化二铝和二氧化硅
根据本发明的实施例，向硅铝浸出液中通入二氧化碳进行沉铝处理，以便得到氢氧化铝和沉铝余液；将氢氧化铝进行焙烧处理，以便得到三氧化二铝；将沉铝余液依次经过浓缩、酸浸，调整ph、熟化、过滤、水洗和干燥，以便得到二氧化硅。由此，可以有效回收煤矸石中的铝和硅，并分别制备得到高品位的三氧化二铝和二氧化硅。
根据本发明的具体实施例，向硅铝浸出液中通入二氧化碳的流速为20-35l/min。由此，不仅可以使二氧化碳与硅铝浸出液中的铝酸钠充分反应并生成氢氧化铝沉淀，还能进一步提高沉铝处理的效率并提高二氧化碳的利用率。
根据本发明的具体实施例，向硅铝浸出液中通入二氧化碳充分反应后进行过滤，可以得到固体氢氧化铝和含有硅酸钠的沉铝余液，实现铝和硅的有效分离。
根据本发明的具体实施例，可以将氢氧化铝经过水洗后进行焙烧处理制备三氧化二铝。根据本发明的具体实施例，对氢氧化铝进行焙烧处理的温度可以为1200-1250℃。由此，可以使氢氧化铝充分分解，并得到纯度不低于99％的高品位三氧化二铝。
根据本发明的具体实施例，通过对沉铝余液依次经过浓缩、酸浸，调整ph、熟化、过滤、水洗和干燥处理，可以有效回收沉铝余液中的硅，并制备得到纯度不低于99％的高品位二氧化硅。
根据本发明的第二个方面，本发明还提出了一种实施上述处理煤矸石的方法的系统，如图3所示，包括：
混料装置100、成型装置200、干燥装置300、转底炉400、浸出装置500、沉铝装置600、焙烧装置700和制二氧化硅单元800。
其中，混料装置100具有煤矸石入口110、石灰石入口120、菱镁矿入口130和混合物料出口140；成型装置200具有混合物料入口210、淀粉溶液入口220和混合球团出口230，混合物料入口210和混合物料出口140相连；干燥装置300具有混合球团入口310和干燥球团出口320，混合球团入口310和混合球团出口230相连；转底炉400内沿物料运动方向依次设置有进料区410、预脱硅区420、主反应区430和出料区440，进料区410具有干燥球团入口411，出料区440具有焙烧球团出口441，干燥球团入口411和干燥球团出口320相连；浸出装置500具有焙烧球团入口510、碳酸钠溶液入口520、硅铝浸出液出口530和不溶渣出口540，焙烧球团入口510和焙烧球团出口441相连；沉铝装置600具有硅铝浸出液入口610、二氧化碳入口620、氢氧化铝出口630和沉铝余液出口640，硅铝浸出液入口610与硅铝浸出液出口530相连；焙烧装置700具有氢氧化铝入口710和三氧化二铝出口720，氢氧化铝入口710与氢氧化铝出口630相连；制二氧化硅单元800具有沉铝余液入口810和二氧化硅出口820，沉铝余液入口810与沉铝余液出口640相连。
根据本发明上述实施例的处理煤矸石的系统，可以依次利用混料装置100、成型装置200、干燥装置300和转底炉400对石灰石、菱镁矿和煤矸石进行混合成型和干燥焙烧，得到焙烧球团，并在浸出装置500内利用碳酸钠溶液使焙烧球团中的铝和硅浸出，得到硅铝浸出液；再在沉铝装置600内利用二氧化碳对硅铝浸出液进行沉铝处理得到氢氧化铝和沉铝余液；最后分别在焙烧装置700和制二氧化硅单元800对氢氧化铝和沉铝余液进行处理，得到高品质的三氧化二铝和二氧化硅。由此，通过采用本发明上述实施例的处理煤矸石的系统处理煤矸石，不仅流程短、能耗低，还可以同时提取煤矸石中的铝和硅，并得到纯度均大于99％的高品味三氧化二铝和二氧化硅，进而实现固废煤矸石的高效和无害化利用，具有较好的经济效益。
下面参考图3对本发明上述实施例的处理煤矸石的系统进行详细描述。
根据本发明的实施例，混料装置100具有煤矸石入口110、石灰石入口120、菱镁矿入口130和混合物料出口140；混料装置100适于对煤矸石、石灰石和菱镁矿进行混料处理，以便得到混合物料。
根据本发明的具体实施例，发明人发现，煤矸石中sio2的含量高达52-60重量％，al2o3的含量高达28-38重量％，余为钙镁的杂质相，且煤矸石中的铝主要以硅酸铝的形式存在，本发明中通过将煤矸石、石灰石和菱镁矿进行混合成型处理，可以使混合球团在进行后续还原焙烧处理时能够有效利用石灰石中的氧化钙和菱镁矿中的氧化镁分别与煤矸石中的硅酸铝和游离二氧化硅进行反应，进而提取煤矸石中的铝和硅。
根据本发明的具体实施例，煤矸石、石灰石和菱镁矿的质量比可以为100：(55-81)：(15-23)。发明人发现，以煤矸石的质量为基准，当石灰石的加入量过少时，相当于氧化钙的加入量不足，在进行后续还原焙烧处理时，不足以与煤矸石中的硅酸铝反应，进而导致煤矸石中铝和硅的回收率偏低，当石灰石的加入量过多时，并不能进一步提高煤矸石中铝的回收率，还会造成原料浪费并增加后续处理工艺的负担和能耗；同理，当菱镁矿的加入量过少时，不足以与煤矸石中的游离二氧化硅反应，进而导致硅的回收率偏低，而当石灰石的加入量过多时，并不能进一步提高煤矸石中硅的回收率，还会造成原料浪费并增加后续处理工艺的负担和能耗。本发明中通过控制煤矸石、石灰石和菱镁矿的质量比为100：(55-81)：(15-23)，不仅能使煤矸石中的硅酸铝和石灰石中的氧化钙充分反应，并生成铝酸钙和硅酸二钙、使煤矸石中的游离二氧化硅能够与菱镁矿中的氧化镁充分反应并生成硅酸镁，还能显著提高硅酸铝和游离二氧化硅的转化率。根据本发明的具体实施例，煤矸石、石灰石和菱镁矿的质量比可以优选为100：(60-70)：(16-20)，由此，可以进一步提高煤矸石中硅酸铝和游离二氧化硅的转化率。
根据本发明的实施例，处理煤矸石的系统可以进一步包括细磨装置，细磨装置设置在混料装置100之前且与煤矸石入口110相连。由此，可以利用细磨装置将煤矸石细磨至粒径不大于0.074mm，使煤矸石在混料处理过程中能够与石灰石和菱镁矿充分接触，进而进一步提高后续干燥焙烧处理的效率和煤矸石中硅酸铝和游离二氧化硅的转化率。
根据本发明的具体实施例，在进行混料处理之前还可以进一步将石灰石和菱镁矿细磨至粒径不大于0.074mm。由此，可以进一步提高后续干燥焙烧处理的效率和煤矸石中硅酸铝和游离二氧化硅的转化率。
根据本发明的实施例，成型装置200具有混合物料入口210、淀粉溶液入口220和混合球团出口230，混合物料入口210和混合物料出口140相连；成型装置200适于将混合物料和淀粉溶液进行成型处理，以便得到混合球团。
根据本发明的具体实施例，进行成型处理时，可以加入5-10％的淀粉溶液做粘结剂，由此，可以使混合球团具有一定的强度。另外，采用5-10％的淀粉溶液做粘结剂还可以进一步降低成本。粘结剂含量太高将会增加成本，高配比的粘结剂使球团更致密，透气性变差，不利于化学反应，配比太低，又不能保证球团的强度，试验发现粘结剂5-10％最好。
根据本发明的实施例，干燥装置300具有混合球团入口310和干燥球团出口320，混合球团入口310和混合球团出口230相连；干燥装置300适于对混合球团供进行干燥处理，以便得到干燥球团。由此，可以有效降低在转底炉400中对干燥球团进行焙烧的能耗。
根据本发明的实施例，转底炉400内沿物料运动方向依次设置有进料区410、预脱硅区420、主反应区430和出料区440，进料区410具有干燥球团入口411，出料区440具有焙烧球团出口441，干燥球团入口411和干燥球团出口320相连；转底炉400适于使干燥球团依次经过预脱硅区和主反应区进行反应，以便得到焙烧球团。
根据本发明的具体实施例，转底炉400内预脱硅区420的温度可以为1300-1400摄氏度。由此，可以为煤矸石与菱镁矿的反应提供适宜的温度条件，使煤矸石中的游离二氧化硅与菱镁矿中的氧化镁能够在上述温度条件下充分反应并生成硅酸镁，进而显著提高煤矸石中游离二氧化硅的转化率。根据本发明的具体实施例，转底炉400内预脱硅区420的温度可以优选为1320-1380摄氏度，由此，可以进一步提高煤矸石中游离二氧化硅的转化率。
根据本发明的具体实施例，转底炉400内主反应区430的温度可以为1350-1500摄氏度。由此，可以为煤矸石和石灰石的反应提供适宜的温度条件，使煤矸石中的硅酸铝与石灰石中的氧化钙能够在上述温度条件下充分反应并生成铝酸钙和硅酸二钙，进而显著提高煤矸石中的硅酸铝的转化率。根据本发明的具体实施例，转底炉400内主反应区430的温度可以优选为1370-1450摄氏度，由此，可以进一步提高煤矸石中的硅酸铝的转化率。
根据本发明的具体实施例，进料区410、预脱硅区420、主反应区430和出料区440在转底炉400的圆周周向上的弧度可以依次为25度、110-130度、155-175度和50度。本发明中通过采用上述设置可以有效分配干燥球团的进料时间、在预脱硅区420进行的煤矸石与菱镁矿的反应时间、在主反应区430进行的煤矸石和石灰石的反应时间和焙烧球团的出料时间，由此，可以在转底炉400内分别实现煤矸石与菱镁矿的反应和煤矸石与石灰石的反应，并分别控制煤矸石与菱镁矿和煤矸石与石灰石的反应条件，进而可以有效促进干燥焙烧处理的顺利进行，并进一步提煤矸石中硅酸铝和游离二氧化硅的转化率。
根据本发明的具体实施例，干燥球团在转底炉400内的停留时间可以为0.8-1.5小时。由此，可以使在预脱硅区420进行的煤矸石与菱镁矿的反应和在主反应区430进行的煤矸石和石灰石的反应均具有足够的反应时间，进而进一步提高煤矸石中游离二氧化硅和硅酸铝的转化率。
根据本发明的具体实施例，干燥球团在转底炉400内的布料厚度可以为100-160mm。由此，可以进一步提高煤矸石与菱镁矿的反应以及煤矸石与石灰石的反应效率。
根据本发明的具体实施例，通过采用本发明上述实施例的处理煤矸石的方法，可以使煤矸石中游离二氧化硅的转化率达到83-90％，硅酸铝的转化率达到85-95％。
根据本发明的实施例，浸出装置500具有焙烧球团入口510、碳酸钠溶液入口520、硅铝浸出液出口530和不溶渣出口540，焙烧球团入口510和焙烧球团出口441相连；浸出装置500适于利用碳酸钠溶液对焙烧球团进行浸出处理，以便得到硅铝浸出液和不溶渣。
根据本发明的具体实施例，碳酸钠溶液的浓度可以为105-125g/l。本发明中通过采用上述浓度的碳酸钠溶液，一方面可以使焙烧球团中的铝酸钙在水溶液中和碳酸钠充分反应生成可溶性的铝酸钠和碳酸钙沉淀、硅酸二钙和碳酸钠充分反应生成碳酸钙沉淀和可溶性的硅酸钠、硅酸镁和碳酸钠充分反应生成碳酸镁沉淀和硅酸钠，进而使焙烧球团中的铝和硅得到有效浸出和富集，另一方面还能进一步提高浸出处理的效率。
根据本发明的具体实施例，利用碳酸钠溶液对焙烧球团进行浸出处理时，焙烧球团的温度可以为100-120摄氏度，浸出处理的时间可以为20-35分钟，由此，可以使碳酸钠水溶液和焙烧球团中的铝酸钙、硅酸二钙和硅酸镁充分反应，进而使焙烧球团中的铝和硅得到有效浸出，且通过过滤处理可到含有硅酸钠和铝酸钠的硅铝浸出液，实现与碳酸钙等不熔渣的分离。
根据本发明的具体实施例，通过采用本发明上述实施例的处理煤矸石的方法，可以使焙烧球团中铝的浸出率达到90-95％，进而可以进一步提高煤矸石中铝的回收率。
根据本发明的实施例，沉铝装置600具有硅铝浸出液入口610、二氧化碳入口620、氢氧化铝出口630和沉铝余液出口640，硅铝浸出液入口610与硅铝浸出液出口530相连；沉铝装置600适于利用二氧化碳对硅铝浸出液进行沉铝处理，以便得到氢氧化铝和沉铝余液。
根据本发明的具体实施例，向硅铝浸出液中通入二氧化碳的流速为20-35l/min。由此，不仅可以使二氧化碳与硅铝浸出液中的铝酸钠充分反应并生成氢氧化铝沉淀，还能进一步提高沉铝处理的效率并提高二氧化碳的利用率。
根据本发明的具体实施例，向硅铝浸出液中通入二氧化碳充分反应后进行过滤，可以得到固体氢氧化铝和含有硅酸钠的沉铝余液，实现铝和硅的有效分离。
根据本发明的实施例，焙烧装置700具有氢氧化铝入口710和三氧化二铝出口720，氢氧化铝入口710与氢氧化铝出口630相连；焙烧装置700适于将氢氧化铝进行焙烧处理，以便得到三氧化二铝。
根据本发明的具体实施例，可以将氢氧化铝经过水洗后进行焙烧处理制备三氧化二铝。根据本发明的具体实施例，对氢氧化铝进行焙烧处理的温度可以为1200-1250℃。由此，可以使氢氧化铝充分分解，并得到纯度不低于99％的高品位三氧化二铝。
根据本发明的实施例，制二氧化硅单元800具有沉铝余液入口810和二氧化硅出口820，沉铝余液入口810与沉铝余液出口640相连；焙烧装置700适于将沉铝余液依次经过浓缩、酸浸，调整ph、熟化、过滤、水洗和干燥，以便得到二氧化硅。
实施例1
煤矸石中sio2含量为52重量％；al2o3含量为28重量％；首先将煤矸石磨细至0.074mm以下。将煤矸石、石灰石、菱镁矿按照质量比为100：55：15进行混料处理，并向得到的混合物料中添加5％的淀粉溶液进行成型处理，得到混合球团；将混合球团烘干以后送入转底炉进行焙烧，其中，干燥球团在转底炉内的布料厚度为100mm，转底炉进料区，预脱硅区，主反应区，出料区的角度分别为25°，120°，165°，50°，预脱硅区和主反应区的温度分别为1320℃和1380℃，转底炉运行时间0.9h，反应结束后将得到的焙烧球团由出料区排出；将焙烧球团冷却至100℃并用浓度为105g/l的碳酸钠溶液进行浸出处理，浸出时间为20min，浸出处理结束后进行过滤，得到含有铝酸钠和硅酸钠的硅铝浸出液，其中，铝的溶出率为91％；以20l/min的速率向硅铝浸出液中通入二氧化碳进行沉铝处理并过滤，得到氢氧化铝和含有硅酸钠的沉铝余液；将氢氧化铝在1210℃的温度条件下进行焙烧处理，得到al2o3；将沉铝余液依次经过浓缩、酸浸，调整ph、熟化、过滤、水洗和干燥，得到二氧化硅。其中，制备得到的al2o3和二氧化硅的纯度均大于99％。
实施例2
煤矸石中sio2含量为55重量％；al2o3含量为35重量％；首先将煤矸石磨细至0.074mm以下。将煤矸石、石灰石、菱镁矿按照质量比为100：68：20进行混料处理，并向得到的混合物料中添加8％的淀粉溶液进行成型处理，得到混合球团；将混合球团烘干以后送入转底炉进行焙烧，其中，干燥球团在转底炉内的布料厚度为120mm，转底炉进料区，预脱硅区，主反应区，出料区的角度分别为25°，110°，175°，50°，预脱硅区和主反应区的温度分别为1350℃和1420℃，转底炉运行时间1.2h，反应结束后将得到的焙烧球团由出料区排出；将焙烧球团冷却至110℃并用浓度为113g/l的碳酸钠溶液进行浸出处理，浸出时间为28min，浸出处理结束后进行过滤，得到含有铝酸钠和硅酸钠的硅铝浸出液，其中，铝的溶出率为93％；以27l/min的速率向硅铝浸出液中通入二氧化碳进行沉铝处理并过滤，得到氢氧化铝和含有硅酸钠的沉铝余液；将氢氧化铝在1230℃的温度条件下进行焙烧处理，得到al2o3；将沉铝余液依次经过浓缩、酸浸，调整ph、熟化、过滤、水洗和干燥，得到二氧化硅。其中，制备得到的al2o3和二氧化硅的纯度均大于99％。
实施例3
煤矸石中sio2含量为58重量％；al2o3含量为38重量％；首先将煤矸石磨细至0.074mm以下。将煤矸石、石灰石、菱镁矿按照质量比为100：88：22进行混料处理，并向得到的混合物料中添加10％的淀粉溶液进行成型处理，得到混合球团；将混合球团烘干以后送入转底炉进行焙烧，其中，干燥球团在转底炉内的布料厚度为100mm，转底炉进料区，预脱硅区，主反应区，出料区的角度分别为25°，130°，155°，50°，预脱硅区和主反应区的温度分别为1370℃和1450℃，转底炉运行时间1.5h，反应结束后将得到的焙烧球团由出料区排出；将焙烧球团冷却至120℃并用浓度为122g/l的碳酸钠溶液进行浸出处理，浸出时间为32min，浸出处理结束后进行过滤，得到含有铝酸钠和硅酸钠的硅铝浸出液，其中，铝的溶出率为91％；以20l/min的速率向硅铝浸出液中通入二氧化碳进行沉铝处理并过滤，得到氢氧化铝和含有硅酸钠的沉铝余液；将氢氧化铝在1250℃的温度条件下进行焙烧处理，得到al2o3；将沉铝余液依次经过浓缩、酸浸，调整ph、熟化、过滤、水洗和干燥，得到二氧化硅。其中，制备得到的al2o3和二氧化硅的纯度均大于99％。
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。