一种粉煤灰、煤矸石的耦合活化方法与流程

本发明涉及粉煤灰和煤矸石的综合利用，具体涉及一种粉煤灰、煤矸石的耦合活化方法。
背景技术：
粉煤灰和煤矸石分别是煤炭燃烧和气化以及煤炭开采过程产生的大宗固体废弃物，年产生总量达到13亿吨左右，由于利用率仅70%，每年仍有近4亿吨堆存，产生大量的环境污染。粉煤灰/煤矸石含有丰富的氧化铝和二氧化硅，从其中提取氧化铝和二氧化硅制备高附加值铝、硅产品成为其高值化利用的重要方向。但由于粉煤灰主要以莫来石、黄长石、方钠石和尖晶石铁酸盐等铝硅铁玻璃体的形式存在，煤矸石主要以高岭石和石英等为主，结构均非常稳定，反应活性很差，采用常用的酸/碱浸出很难实现氧化铝的高效溶出，开发高效的活化技术，对提高粉煤灰/煤矸石的活性，以进一步提高其氧化铝的溶出率非常重要。粉煤灰/煤矸石的活化主要有热活化和机械活化。王苗等在《科技创新与生产力》（2012年第1期92页）发表的“粉煤灰活化提取铝铁的研究”，将粉煤灰在500~900℃煅烧后，然后用20%的盐酸在100℃浸取其中的氧化铝，氧化铝的溶出率仅5%左右。崔莉等人在《环境工程学报》（2007年第1卷第11期，99页）发表的“煤矸石中氧化铝溶出的实验研究”，将煤矸石在650℃下煅烧，用20%的盐酸浸取氧化铝，氧化铝的溶出率只有71.49%。秦晋国、翟玉春研发的“一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法”（专利申请号200510048274.9）将粉煤灰在300~760℃焙烧后，用60%~98%的h2so4在160~330℃浸取，氧化铝的溶出率达到85%以上。从文献可以看出，单独采用热活化的方法，氧化铝的溶出率较低，只有采用高的酸浓度才能提高氧化铝提取率，但酸耗量大，酸浓度高也给操作带来困难。高孟华等在《中国矿业》（2008年第21期72页）发表的“机械球磨对煤矸石反应活性的影响”将煤矸石机械研磨10h后，煤矸石中al2o3的提取率达到88.17%。但仅机械研磨耗时长，效果差。马昱昭发明的“一种从粉煤灰中提取高纯度氧化铝及硅胶的方法”（专利申请号201010013749.1），可将粉煤灰中95%以上的al2o3提取出来，但形成的含铝、钠的浸取液难以处理，铝从浸取液中的分离难，对铝的进一步转化利用造成影响，且产生的含钠废液难以处理。技术实现要素：本发明的目的是为解决现有技术的不足，提供一种粉煤灰、煤矸石的耦合活化方法，在提高粉煤灰、煤矸石中氧化铝提取率的基础上，能够实现浸取液中铝的分离。为实现上述目的，本发明所设计的粉煤灰、煤矸石的耦合活化方法，包括如下步骤：1）将粉煤灰、煤矸石超细研磨活化，然后与含钾化合物按比例混合均匀，使配料中钾、铝摩尔比为0.5:1~2:1；2）将步骤1）中制得的混合物在700~1000℃下发生热-化学耦合活化反应，冷却制得烧结熟料；3）将步骤2）中制得的烧结熟料与硫酸溶液按照质量比为1:1~1:20混合，在80~150℃下酸浸反应1~5h，趁热过滤，得到含铝滤液和滤渣，将滤液自然冷却，充分静置后过滤，分离可得到铝钾盐。作为优选方案，所述步骤1）中的粉煤灰为燃煤锅炉或煤气化炉形成的飞灰、底灰、锅炉渣等灰渣，煤矸石为采掘矸和洗矸。作为优选方案，所述步骤1）中粉煤灰、煤矸石超细研磨活化采用球磨、立磨、振动磨、蒸汽磨等设备研磨活化。作为优选方案，所述步骤1）中的含钾化合物为碳酸钾、硫酸钾、硝酸钾、氢氧化钾、草酸钾、碳酸氢钾、硫酸氢钾中的一种或多种。作为优选方案，所述步骤1）中粉煤灰、煤矸石与含钾化合物的配比满足钾、铝摩尔比为1.0:1~1.5:1。作为优选方案，所述步骤2）中煅烧温度为800~950℃。作为优选方案，所述硫酸的质量浓度为30~60%。作为优选方案，所述步骤3）中烧结熟料与硫酸溶液的质量比为1:4~1:8，酸浸反应温度为90~130℃。本发明的有益效果是：将粉煤灰、煤矸石超细研磨活化，然后与含钾化合物混合后在一定温度下发生热-化学耦合活化反应，可实现粉煤灰、煤矸石的高效活化，使其中的氧化铝在硫酸溶液中的溶出率达到93%以上，对于充分利用废弃物中的氧化铝资源意义重大。此外，经过硫酸浸取可形成含硫酸铝和硫酸钾的浸取液，硫酸铝和硫酸钾可形成硫酸铝钾，在低于60℃即可沉淀析出，实现了铝从酸浸液中的快速分离，易于实现铝的进一步转化利用。附图说明图1是烧结熟料的xrd图；其中1-kalsio4(kalsilite)。图2是铝钾盐的xrd图；其中1-kal(so4)212h2o，2-khso4。具体实施例下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本
发明内容不仅限于这些实施例。以内蒙某燃煤热电厂粉煤灰和山西某煤矿的煤矸石为原料，其化学成分如表1所示。表1：粉煤灰和煤矸石中化学成分分析(wt%)sio2al2o3fe2o3tio2caoso3k2omgop2o5粉煤灰45.345.22.11.52.80.360.550.310.28煤矸石51.345.01.61.51.00.880.520.260.15实施例1取粉煤灰100g，用球磨机球磨10h，加入60g碳酸钾，充分混匀，于850℃发生热-化学耦合活化反应3h，冷却制得烧结熟料；在烧结熟料中加入40%的硫酸530ml，升温至120℃反应3h，溶出反应物，反应完成后热滤得到滤液和滤渣；将滤液自然冷却，充分静置后过滤，得到铝钾盐和结晶母液。利用电感耦合等离子发射光谱仪（icap6000）检测铝钾盐和结晶母液中的铝含量，利用x射线衍射检测烧结熟料和铝钾盐的晶相。以原粉煤灰中的铝为基准，计算得出氧化铝的提取率为93.8%。实施例2取粉煤灰100g，用球磨机球磨10h，加入60g硝酸钾，充分混匀，于880℃煅烧3h，冷却制得烧结熟料；在烧结熟料中加入50%的硫酸600ml，升温至120℃反应3h，溶出反应物，反应完成后热滤得到滤液和滤渣；将滤液自然冷却，充分静置后过滤，得到铝钾盐和结晶母液。利用电感耦合等离子发射光谱仪（icap6000）检测铝钾盐和结晶母液中的铝含量，利用x射线衍射检测烧结熟料和铝钾盐的晶相。以原粉煤灰中的铝为基准，得出氧化铝的提取率为95.6%。实施例3取煤矸石100g，用球磨机球磨10h，加入80g碳酸钾，充分混匀，于830℃煅烧2.5h，冷却制得烧结熟料；在烧结熟料中加入40%的硫酸550ml，升温至110℃反应2h，溶出反应物，反应完成后热滤得到滤液和滤渣；将滤液自然冷却，充分静置后过滤，得到铝钾盐和结晶母液。利用电感耦合等离子发射光谱仪（icap6000）检测铝钾盐和结晶母液中的铝含量，利用x射线衍射检测烧结熟料和铝钾盐的晶相。以原粉煤灰中的铝为基准，得出氧化铝的提取率为94.3%。当前第1页12