本发明涉及一种利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，属于冶金化工领域。
背景技术：
磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣,其主要成分为硫酸钙（caso4），其含量一般可达到70～90%左右。此外，磷石膏还含有多种杂质：未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等。我国每年排放磷石膏约2000万吨，累计排量近亿吨。磷石膏在建材方面的利用率不到5%，大量磷石膏渣场占用土地，严重污染环境。
粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：sio2、al2o3、feo、fe2o3、cao、tio2等。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。
现目前，针对磷石膏和粉煤灰的综合利用的技术很少，基本上集中在建材（如水泥）和铺路等传统领域，这造成了磷石膏和粉煤灰中大量高价值成分的浪费，附加值非常低。虽然现目前的一些利用粉煤灰回收铝、硅的工艺已经成熟，但是，在这些工艺中均需要添加相当量的反应物质进行反应，并且工艺复杂，这大大增加了回收成本，不利于工业化推广。而将磷石膏和粉煤灰综合利用来提取回收铝，同时联产粉煤灰水泥的工艺，未见报道。
发明目的
本发明的目的在于，提供一种利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺。本发明具有提铝和制备粉煤灰水泥成本低，铝回收率高，纯度好，水泥性能好，且废渣利用率高的特点。
本发明的技术方案
一种利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，是将磷石膏、粉煤灰、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料；将制得的熟料进行溶出，并进行固液分离；向分离得到的溶液中加入co2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并灼烧，得氧化铝；将分离得到的固体烘干、粉碎，然后加入粉煤灰和石膏进行研磨，得水泥。
前述的利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，所述添加剂为碳酸钠或烧碱。
前述的利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
前述的利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，所述磷石膏和粉煤灰按照1:0.8-1.2重量比的比例混合，添加剂添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的8-16%。
前述的利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
前述的利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，所述生料是在温度1020-1330℃下焙烧时间1-3小时。
前述的利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，所述熟料先水磨后溶出；溶出时的液固体积比为5-7:1。
前述的利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，所述白色沉淀烘干后在温度850-1250℃下灼烧时间0.5-3小时，得氧化铝。
前述的利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，所述残渣烘干、粉碎后，添加的粉煤灰的比例为10-20wt%，添加的石膏的比例为3-8wt%。
前述的利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，所述残渣是在130-160℃烘干。
本发明通过将磷石膏和粉煤灰反应、重组，使之成为有用物质。原理的总反应式为：
caso4（磷石膏）+na2o·sio2·al2o3（粉煤灰）→na2o·al2o3+cao·sio2↓+[硫]
从该反应式可知，用磷石膏中的cao与粉煤灰中的sio2生成原硅酸钙（cao·sio2↓）后，得到可溶性极好的铝酸钠（na2o·al2o3）。反应式中的[硫]，是指通过生料加改性剂工艺，生成的金属硫化物，其主要成分为fes；浸出熟料中的铝酸钠后，将得到的沉淀物浮选即可得到fes。
有益效果
1、本发明通过利用磷石膏和粉煤灰作为原料，并加入添加剂和改性剂之后，在高温焙烧的工艺下得到主要含硅酸盐、铝酸盐和硫化物的熟料，而该铝酸盐的主要成分为铝酸钠，将铝酸钠水溶出后即可进行回收铝，而固体残渣将硫化物浮选出去之后即可得到较为纯净的硅酸盐，硅酸盐与抗冻添加剂复配后即可得到粉煤灰水泥，由于整个工艺中主要以磷石膏和粉煤灰为原料，添加少量其他物质即可，因此，大大降低了回收铝和制备水泥的成本投入。相反，还大大增加了磷石膏和粉煤灰废渣的利用率，为环节磷石膏和粉煤灰对环境的污染具有重要的贡献。
2、本发明通过的原料通过焙烧后，得到的成分分明，铝主要以铝酸钠形式存在，利用铝酸钠极易溶于水的特性，可简单快速的将其分离并用于提取氧化铝，其回收率高，且纯度好。
3、本发明制得的硅酸盐杂质少，复配粉煤灰制得水泥之后，其性能较好，与常规粉煤灰水泥无异。
为进一步证明本发明的效果，发明人做了如下实验。
1、铝回收率检测
取磷石膏和粉煤灰，分为5组，分别检测其中的铝的含量，并按照本发明的工艺进行提取，提取完之后检测固液分离后的残渣和加入co2后过滤出来的溶液中的铝的含量，以提取完之后的铝的含量÷提取之前的铝的含量-1，即为回收率。同时，以粉煤灰以传统工艺回收铝作为对比例，检测其回收率（具体工艺是：将粉煤灰用含醇碱的溶液进行溶出处理并过滤，得到滤液和含铝的滤渣；将滤渣用碱的水溶液进行洗涤并过滤，得到粗富铝液和矿渣；将所得的粗富铝液进行脱硅除杂处理，得到精富铝液和硅渣；将所得的精富铝液进行结晶处理，得到结晶母液和氢氧化铝；将所得的氢氧化铝进行焙烧处理，得到氧化铝。）。实验数据如表1所示：
2、抗压强度和抗折强度检测
将本发明水泥与传统水泥分别用0.5水灰比拌制水泥胶砂，分别制作成3组40mm*40mm*160mm的棱柱形混凝土柱试样，在水中养护至规定时间测定其抗压强度和抗折强度，本实验分别取第2天和第28天的实验数据做对比，分别记录其检测数据，并将比例记录在表2中：
表2抗压强度和抗折强度对比
从表2可以看出，本发明的水泥制作的试件与传统水泥试件在抗压强度和抗折强度方面性能接近，本发明制得的水泥完全能够达到传统水泥的性能标准。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1：一种利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，是将磷石膏、粉煤灰、碳酸钠和无烟煤混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1020℃下焙烧时间3小时，制得熟料，其中磷石膏和粉煤灰按照1:0.8重量比的比例混合，碳酸钠添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，无烟煤的混合比例为生料总重量的8%；将制得的熟料进行水磨后溶出，溶出时的液固体积比为5:1，并进行固液分离；向分离得到的溶液中加入co2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并在温度850℃下灼烧时间3小时，得氧化铝；将分离得到的固体在130℃烘干、粉碎，然后加入10wt%的粉煤灰和3wt%的石膏进行研磨，得粉煤灰水泥。
实施例2：一种利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，是将磷石膏、粉煤灰、烧碱和碳混合并研磨制成生料，送入工业隧道窑内在温度1230℃下焙烧时间2小时，制得熟料，其中磷石膏和粉煤灰按照1:1重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，碳的混合比例为生料总重量的12%；将制得的熟料进行水磨后溶出，溶出时的液固体积比为6:1，并进行固液分离；向分离得到的溶液中加入co2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并在温度1050℃下灼烧时间2小时，得氧化铝；将分离得到的固体在140℃烘干、粉碎，然后加入15wt%的粉煤灰和5wt%的石膏进行研磨，得粉煤灰水泥。
实施例3：一种利用磷石膏和粉煤灰制备粉煤灰水泥回收铝的工艺，是将磷石膏、粉煤灰、碳酸钠和煤矸石混合并研磨制成生料，送入工业立窑内在温度1330℃下焙烧时间1小时，制得熟料，其中磷石膏和粉煤灰按照1:1.2重量比的比例混合，碳酸钠添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的16%；将制得的熟料进行水磨后溶出，溶出时的液固体积比为7:1，并进行固液分离；向分离得到的溶液中加入co2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并在温度1250℃下灼烧时间0.5小时，得氧化铝；将分离得到的固体在160℃烘干、粉碎，然后加入20wt%的粉煤灰和8wt%的石膏进行研磨，得粉煤灰水泥。