一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法
2023-05-01 14:49:06
專利名稱：一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法
技術領域：
本發明屬於粉煤灰的精細化綜合利用，具體是涉及一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法。
背景技術：
燃煤電廠排放的大量粉煤灰對周圍的農業生產和生存環境造成了嚴重的汙染，綜合治理粉煤灰已經成為一項迫切的需要解決的環境問題。在我國，燃煤電廠每年排放的粉煤灰量高達上億噸，堆存量很大。粉煤灰中的Al2O3含量較高，約為20～40％，由於堆存量大，是一個極具精細化綜合開發利用價值的資源寶庫。
國內外從粉煤灰中提取Al2O3的方法可分為鹼法和酸法兩大類。上世紀六十年代，波蘭就利用鹼石灰燒結法自粉煤灰中提取Al2O3，建成了年產5000噸Al2O3及35萬噸水泥的實驗工廠。我國安徽省冶金研究所和合肥水泥研究院在八十年代申報了用石灰石燒結、碳酸鈉溶出自粉煤灰中提取Al2O3，殘渣用於生產水泥的成果，於1982年3月通過專家鑑定。寧夏自治區建材研究所研究的鹼石灰燒結法自粉煤灰中提取Al2O3、殘渣生產水泥工藝於1987年9月由寧夏自治區科委組織鑑定。2004年12月，內蒙古自治區科技廳召開了蒙西高新技術集團有限公司研究開發的「粉煤灰提取氧化鋁聯產水泥產業化技術」項目科技成果鑑定會，該集團自主完成了近5000噸級的中試。雖然關於鹼法提取Al2O3的報導很多，但目前尚未見到過採用上述工藝方法半工業化和工業化連續生產的報導。其原因是用鹼法處理這種高矽含鋁粉煤灰的工藝繁長，運作的物料量大，設備投資亦大，能耗高，成本高，而且產生的殘渣量是粉煤灰量的數倍，用殘渣製成的大量水泥就地銷售有限，綜合經濟效益差，綜合利用水平低，因而阻礙了鹼法在綜合利用粉煤灰方面的應用。
與鹼法比較，用酸法來處理粉煤灰就具有明顯的優勢。酸法在有效提取粉煤灰中的鋁氧化物時，可以將二氧化矽全部拒之於液外，在生產過程中不會產生新的固體物料，殘渣量小，因而運作的物料量小，設備投資小，能耗低，產品成本亦低。但酸法的缺點是在浸取氧化鋁時，也將粉煤灰中的許多可溶出的雜質如鐵、鈦、鎂等帶入了溶液，須增添後序處理工序；再就是使用的反應設備製造有一定的難度。但與鹼法相比，用酸法處理粉煤灰資源還是最有前景的方法，因此，國內外開展這方面的研究較多。
用酸法處理粉煤灰提取氧化鋁大多採用硫酸或鹽鹼工藝。由於粉煤灰是經過高溫(1500℃)燃燒後形成的細小塵粒，塵粒中的玻璃相佔到90％以上，嚴重影響了粉煤灰與酸反應的活性，因此，需要改善粉煤灰與酸的反應活性以提高Al2O3的溶出率。資料報導較多的作法是在酸浸取反應中添加助溶劑NH4F和CaF2，通過絡合矽氧化物，從而達到使Al2O3溶出的目的。採用上述方法自粉煤灰中回收Al2O3，Al2O3的溶出率都比較低，一般只有35～45％，資源利用率低，而且因加入了對環境有汙染的氟元素，帶來了二次汙染，妨礙了粉煤灰的精細化開發利用。
發明內容
本發明的目的是提供一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，該方法在常壓下採用硫酸高溫浸出氧化鋁，不添加任何助溶劑，氧化鋁的回收率高。
本發明從粉煤灰中提取氧化鋁的具體方法包括將粉煤灰研磨至200～400目，於300～760℃焙燒活化1～1.5小時；焙燒後的粉煤灰與60％～98％的H2SO4按照1∶1～6的重量比混合，加熱至160～330℃反應1～1.5小時，過濾使餘酸與含有反應物的濾渣分離；濾渣中加入2.5～5倍量的水，於65～90℃下煮溶30～45分鐘，溶出反應物，過濾除去殘渣，濾液濃縮後冷卻，析出硫酸鋁結晶；
硫酸鋁升溫脫水得到無水硫酸鋁；繼續升溫使無水硫酸鋁分解得到γ-Al2O3，並回收SO3煙氣。
其中，使餘酸與含有反應物的濾渣分離時的過濾溫度選擇100～180℃。
本發明對濃縮冷卻後析出的硫酸鋁結晶進行不同方法的處理，可以製取多品種的鋁鹽和鋁氧化物，具體是將硫酸鋁結晶在不超過400℃的溫度下完全脫水，生成無水硫酸鋁。
將無水硫酸鋁在900℃以下煅燒，使硫酸鋁完全分解，全部生成活性強的γ-Al2O3。
製備得到的γ-Al2O3在120～190℃下用150g/L～200g/L的NaOH溶液煮溶，製成鋁酸鈉溶液。由於氧化鋁中所含的鐵、鈣、鎂等雜質不能被鹼溶解，存在於固相中，可以過濾除去，固液分離後，形成純度高的鋁酸鈉溶液。向溶液中加入氫氧化鋁晶種，使溶液中的鋁酸鈉以氫氧化鋁的形式結晶析出，得到的氫氧化鋁結晶在1100℃溫度下煅燒可以得到冶金級氧化鋁。
無水硫酸鋁分解製備γ-Al2O3時產生的SO3煙氣直接通入過濾分離出的餘酸中生產硫酸，生產得到的硫酸再用於粉煤灰中氧化鋁的浸出，實現硫酸系統的循環使用。
本發明採用新的粉煤灰活化技術，在常壓不使用任何助溶劑，用硫酸即能使粉煤灰中的氧化鋁有效浸出，氧化鋁的溶出率可以達到85％以上。
本發明工藝流程中產生的廢酸、廢水等均能有效循環利用，整個過程中不排放任何廢水、廢液、廢渣和有害氣體。
本發明採用不同的處理方法，可以將從粉煤灰中浸出的氧化鋁製備成多品種的鋁鹽和鋁氧化物。
本發明的工藝過程簡單，投資小，成本低，產品附加值高，是一個極具前景的粉煤灰精細化綜合利用產業化方法。
具體實施例方式
實施例1取含氧化鋁40％的粉煤灰1t，研磨成300目的細粉，磁選除鐵後，於400℃下焙燒1.5h，得到活化的粉煤灰。
在活化粉煤灰中加入72％的H2SO44t，升溫至300℃浸出反應1h，使氧化鋁充分浸出，反應後物料在150℃固液分離，過濾出的餘酸回收後再用於下次浸出工序，循環使用。
在固體渣中加入4t水，升溫至80℃煮溶40min，過濾，濾渣用水洗滌2次，洗液逆向使用。
將濾液蒸發濃縮，蒸出的水蒸氣冷凝後返回溶出工序，濃縮液冷卻後析出硫酸鋁結晶，過濾，收集到固體結晶2200Kg。濾液蒸發濃縮，水蒸氣冷凝後返回溶出工序，濃縮液返回浸出工序與濃酸混配使用。
得到的硫酸鋁固體結晶逐漸升溫至350℃脫水，得到1500Kg無水硫酸鋁，產生的水蒸氣冷凝後返回溶出工序。
無水硫酸鋁繼續升溫至453℃開始分解，再升溫直至870℃，煅燒6h，使無水硫酸鋁完全分解，生成350Kgγ-Al2O3，煅燒產生的SO3煙氣通入到餘酸中用於生產H2SO4。
γ-Al2O3加入到150g/L的NaOH溶液中，升溫至150℃煮溶，過濾除去殘渣，濾液中加入少量的氫氧化鋁晶種，使濾液中的鋁酸鈉以氫氧化鋁結晶的形式析出，過濾，濾液循環使用。
將得到的氫氧化鋁結晶升溫至1100℃煅燒得到350Kg冶金級氧化鋁。
實施例2取含氧化鋁40％的粉煤灰1t，研磨成200目的細粉，磁選除鐵後，於600℃下焙燒1h，得到活化的粉煤灰。
在活化粉煤灰中加入98％的H2SO42t，升溫至250℃浸出反應1.5h，使氧化鋁充分浸出，反應後物料在180℃固液分離，過濾出的餘酸回收後再用於下次浸出工序，循環使用。
在固體渣中加入6t水，升溫至75℃煮溶45min，過濾，濾渣用水洗滌2次，洗液逆向使用。
將濾液蒸發濃縮，蒸出的水蒸氣冷凝後返回溶出工序，濃縮液冷卻後析出硫酸鋁結晶，過濾，收集到固體結晶2200Kg。濾液蒸發濃縮，水蒸氣冷凝後返回溶出工序，濃縮液返回浸出工序與濃酸混配使用。
得到的硫酸鋁固體結晶逐漸升溫至400℃脫水，得到1480Kg無水硫酸鋁，產生的水蒸氣冷凝後返回溶出工序。
無水硫酸鋁繼續升溫至850℃，煅燒8h，使無水硫酸鋁完全分解，生成350Kgγ-Al2O3，煅燒產生的SO3煙氣通入到餘酸中用於生產H2SO4。
γ-Al2O3加入到150g/L的NaOH溶液中，升溫至150℃煮溶，過濾除去殘渣，濾液中加入少量的氫氧化鋁晶種，使濾液中的鋁酸鈉以氫氧化鋁結晶的形式析出，過濾，濾液循環使用。
將得到的氫氧化鋁結晶升溫至1100℃煅燒得到350Kg冶金級氧化鋁。
權利要求
1.一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，包括將粉煤灰研磨至200～400目，於300～760℃焙燒活化1～1.5小時；焙燒後的粉煤灰與60％～98％的H2SO4按照1∶1～6的重量比混合，加熱至160～330℃反應1～1.5小時，過濾使餘酸與含有反應物的濾渣分離；濾渣中加入2.5～5倍量的水，於65～90℃下煮溶30～45分鐘，溶出反應物，過濾除去殘渣，濾液蒸發濃縮後冷卻，析出硫酸鋁結晶；硫酸鋁結晶升溫脫水得到無水硫酸鋁；繼續升溫使無水硫酸鋁分解得到γ-Al2O3，並回收SO3煙氣。
2.根據權利要求1所述從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其特徵是在100～180℃過濾，使餘酸與含有反應物的濾渣分離。
3.根據權利要求1所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其特徵是將硫酸鋁結晶在不超過400℃的溫度下脫水生成無水硫酸鋁。
4.根據權利要求1所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其特徵是將無水硫酸鋁在不超過900℃的溫度下煅燒製備γ-Al2O3。
5.根據權利要求1所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其特徵是回收的SO3煙氣用硫酸吸收製取濃硫酸。
6.根據權利要求1所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其特徵是製備得到的γ-Al2O3還可以在120～190℃下用150g/L～200g/L的NaOH溶液煮溶，製成鋁酸鈉溶液，過濾除去殘渣後，加入氫氧化鋁晶種，使溶液析出氫氧化鋁結晶，在1100℃溫度下煅燒製備冶金級氧化鋁。
全文摘要
一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，是將粉煤灰研磨並焙燒活化後，與H
文檔編號C01F7/14GK1792802SQ20051004827
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月31日 優先權日2005年12月31日
發明者秦晉國, 翟玉春 申請人:朔州市人民政府, 秦晉國, 翟玉春