從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產工藝的製作方法

2023-10-06 01:52:49

專利名稱：從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於固體廢棄物回收利用技術領域，具體涉及一種從粉煤灰和 煤矸石中提取鎵的生產工藝。
技術背景煤系固體廢物包括粉煤灰和煤矸石，來自煤的開採、加工和利用過程。 煤矸石是與煤伴生的巖石，在採煤和煤的洗選過程中，都有煤矸石排除。 粉煤灰則是燃煤廢雜，是燃煤電廠排出的固體廢棄殘渣。目前，我國煤系固體廢物總堆存量已超過20億噸，而且還在不斷增加，不僅佔用了大量 的土地資源，而且還嚴重汙染著環境。不久的將來必須實施粉煤灰和煤矸石綜合利用，通過循環利用實現廢 棄物的零排放這一 目標。國內外目前對粉煤灰和煤矸石大多釆用燒制水 泥、空心磚等途徑，這些利用方式僅僅為一種低水平的利用，往往難以獲 得良好的經濟效益。因此，如何提高粉煤灰和煤矸石的利用價值，成為礦 山、電力及相關企業實現可持續發展所面臨的亟待解決的重大問題。化學分析表明，煤中含有80多種元素，燃燒時其中少部分隨煙排掉, 大部分仍保留在粉煤灰中，其主要組成元素為矽、鋁、氧、鐵，其次還有 鈣、鎂、鉀、鈉、硫、釩、鈦等，同時還賦存一些珍貴的稀有金屬鍺、鎵、 鈾、釷等元素。因此，如能將其中的高附加值成分提取出來得到有效利用， 可成為一種來源廣泛的、可取得良好經濟效益的再生資源。粉煤灰和煤矸石的綜合利用研究，特別是從中提取氧化銷的研究自上 世紀40年代開始至今，國內外的許多專家、學者在這方面進行了大量的 工作，提出了多種提取方法。其中，代表性的主要有石灰石燒結法、鹼 石灰燒結法、鹼燒法、氟氨助溶法等等。在這些方法中，石灰石燒結法是 目前唯一付諸於工業實踐的一種方法，其它方法由於工藝條件的限制、氧化鋁提取率低、能耗高、生產成本高、排渣量大等各種原因，目前仍然停 留在實驗階段。需要指出的是，這些方法主要考慮粉煤灰和煤矸石中主量成分氧化鋁 的經濟價值，而其他成分往往作為雜質處理掉。特別是對賦存珍貴的稀有 金屬鎵、鍺、鈾、釷等元素未能綜合利用，針對粉煤灰中稀有金屬鎵、鍺 的回收，現有成果多是採用對粉煤灰高溫焙燒，使鎵、鍺升華並通過冷凝 富集方式回收。從煤矸石中回收鎵、鍺的技術研究則報導更少。從煤系固 體廢物中有效回收利用稀有金屬是實現綜合利用，獲得良好的經濟效益的 途徑之一。 發明內容本發明的目的是為了克服現有技術中鎵提取率低、能耗高、工藝複雜、 殘渣量大以及殘渣利用附加值低的技術問題，而提供一種工藝簡單，能耗 低，鎵提取率高的從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產工藝。為了實現上述目的，本發明釆用的技術方案是 一種從粉煤灰和煤矸 石中提取鎵的生產工藝，其特徵在於該工藝包括以下步驟(1) 對粉煤灰或煤矸石進行研磨，並使其顆粒直徑為200-240目，將 研磨後的粉煤灰或煤矸石與Na2C03按粉煤灰或煤矸石碳酸鈉=1 : 0.5-5 的比例混合、攪拌，該比例為重量百分比；(2) 將步驟(1)形成的混合物在溫度600-10001:條件下煅燒0.5-2小時；(3) 向燒結產物中加入適量的水，其中的Na2Si03和NaA102被溶於水 中，按重量百分比燒結物水=1 : 50-200，在溫度60-95。C條件下浸取0.5-2小時後過濾；U)向步驟(3)所得濾液中通入C02，碳分3小時後過濾，得到H2Si03 和Al(OH)3混合物，過濾得矽銷混和物；(5 )在步驟(4 )所得的濾液中加入工業鹽酸，使其溶液的pH為1.0-5.5， 倒入裝有經活化的吸附材料的吸附柱內，鎵被吸附在柱子上；(6)將步驟(5)得到的吸附鎵的柱子用洗脫液0.5-3.5mol/LHCl洗 脫，洗脫後的溶液為GaCl3溶液，再經濃縮、結晶，即製得氯化鎵。 步驟(2)中所述煅燒的時間為0.5-1小時。步驟(3)中所述燒結物與水的重量百分比為1 : 70 150;浸提溫度為 70 °C ~85 °C;浸提時間在1~1.5小時。步驟(5)中所述溶液的pH為2.0-3.5。步驟(5)中所述吸附材料為海泡石、蒙脫石或陽離子樹脂。步驟(6)中所述洗脫液的酸度為1.0-2.5mol/LHCl。 本發明首先對原料如粉煤灰或煤矸石進行研磨，並使其顆粒直徑為 200-400目，將研磨後的粉煤灰或煤矸石與Na2C03按粉煤灰或煤矸石碳 酸鈉=1 : 0.5 5的比例混合、攪拌、高溫燒結，燒結物的主要物相有霞石 和偏鋁酸鈉、矽酸鈉。燒結過程中所發生的主要化學反應如下Al6 Si2013+ 4Si02+ 3Na2C03—6NaAlSi04+ 3C02TA1203+ Na2C03= 2NaA102+ C02TSi02+ Na2C03= Na2Si03+ C02T燒結產物用水溶解，固液重量白粉比為燒結物水-i : 50 200。水提取過程中，鎵、Na2Si03和NaA102進入濾液。向濾液中通入C02，碳分 2小時後過濾，得到Al(OH)3。再向濾液中加入鹽酸，調整體系酸度使pH 為2-5，將浸出液注入裝有吸附劑的吸附柱中，再用鹽酸洗脫，微量鎵被富 集回收。本發明與現有技術相比具有以下優點本發明採取中溫煅燒、水浸、 碳分、上柱吸附、洗脫等工藝環節之後，獲得氯化鎵，粉煤灰和煤矸石中 鎵的提取率可達到80%以上；解決了現有技術中殘渣量大以及殘渣利用附 加值低的難題；本發明整個工藝過程均在常壓條件下進行，因此對設備要 求條件低，整個工藝過程實現了資源的有效利用，不會對周邊環境造成新 的汙染。以下通過具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明不僅限於以下 實施例。
具體實施方式
實施例1(1 )對粉煤灰進行研磨，並使其顆粒直徑小於200目，最好在200-400 目之間，將研磨後的粉煤灰與Na2C03按重量百分比粉煤灰碳酸鈉=1 : 1 的比例混合、攪拌；(2) 將步驟(1)形成的混合物在溫度800。C條件下煅燒50分鐘；(3) 按重量百分比燒結物水=1 : 50的比例，向燒結物中加入適量 的水，在溫度60'C條件下浸取2小時後過濾；(4) 向步驟(3)所得濃縮濾液中通入C02,碳分2小時後過濾，得到 H2Si03和Al(OH)3混合物；(5) 在步驟(4)所得的濾液中加入工業鹽酸，使其溶液的pH為3， 倒入裝有經活化的海泡石吸附柱內，鎵被吸附在柱子上；(6) 將步驟(5)得到的吸附鎵的柱子用2.5mol/LHCl洗脫，洗脫液 為GaCl3溶液，再經濃縮、結晶，即製得氯化鎵。實施例2(1) 對煤矸石進行研磨，並使其顆粒直徑為240目，將研磨後的煤矸石與Na2C03按粉煤灰碳酸鈉=1 : 3的比例混合、攪拌；(2) 將步驟(1)形成的混合物在溫度卯0。C條件下煅燒30分鐘；(3) 向燒結產物中加入適量的水，其中的Na2Si03和NaA102被溶於水 中，按重量百分比燒結物水=1 : 85,在溫度8(TC條件下浸取1小時後過濾；(4) 向步驟(3)所得濾液中通入C02，碳分3小時後過濾，得到112&03 和Al(OH)3混合物，過濾得矽鋁混和物；(5) 在步驟(4)所得的濾液中加入工業鹽酸，使其溶液的pH為2， 倒入裝有經活化的磺酸基聚苯乙烯系凝膠型陽離子交換樹脂的吸附柱內， 鎵被吸附在柱子上；(6) 將步驟(5)得到的吸附鎵的柱子用1.5mol/LHCl洗脫，洗脫液 為GaCl3溶液，再經濃縮、結晶，即製得氯化鎵。實施例3(1) 對粉煤灰進行研磨，並使其顆粒直徑為220目，將研磨後的粉煤 灰與Na2C03按粉煤灰碳酸鈉=1 : 2的比例混合、攪拌，該比例為重量百分比；(2) 將步驟(1)形成的混合物在溫度1000'C條件下煅燒1小時；(3) 向燒結產物中加入適量的水，其中的Na;jSi03和NaA102被溶於水 中，按重量百分比燒結物水=1 : 200,在溫度95°。條件下浸取0.5小時後過濾；(4) 向步驟(3)所得濾液中通入C02,碳分3小時後過濾，得到H2SiOj 和Al(OH)3混合物，過濾得矽鋁混和物；(5) 在步驟(4)所得的濾液中加入工業鹽酸，使其溶液的pH為l.O， 倒入裝有經活化的蒙脫石的吸附柱內，鎵被吸附在柱子上；(6) 將步驟(5)得到的吸附鎵的柱子用洗脫液1.Omol/LHC1洗脫， 洗脫後的溶液為GaCl3溶液，再經濃縮、結晶，即製得氯化鎵。
權利要求
1. 一種從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產工藝，其特徵在於該工藝包括以下步驟(1)對粉煤灰或煤矸石進行研磨，並使其顆粒直徑為200-240目，將研磨後的粉煤灰或煤矸石與Na2CO3按粉煤灰或煤矸石∶碳酸鈉＝1∶0.5-5的比例混合、攪拌，該比例為重量百分比；(2)將步驟(1)形成的混合物在溫度600-1000℃條件下煅燒0.5-2小時；(3)向燒結產物中加入適量的水，其中的Na2SiO3和NaAlO2被溶於水中，按重量百分比燒結物∶水＝1∶50-200，在溫度60-95℃條件下浸取0.5-2小時後過濾；(4)向步驟(3)所得濾液中通入CO2，碳分3小時後過濾，得到H2SiO3和Al(OH)3混合物，過濾得矽鋁混和物；(5)在步驟(4)所得的濾液中加入工業鹽酸，使其溶液的pH為1.0-5.5，倒入裝有經活化的吸附材料的吸附柱內，鎵被吸附在吸附柱上；(6)將步驟(5)得到的吸附鎵的吸附柱用洗脫液0.5-3.5mol/L HCl洗脫，洗脫後的溶液為GaCl3溶液，再經濃縮、結晶，即製得氯化鎵。
2、 根據權利要求1所述的從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產工藝， 其特徵在於步驟(2)中所述煅燒的時間為0.5~1小時。
3、 根據權利要求1所述的從粉煤灰和煤旰石中提取鎵的生產工藝， 其特徵在於步驟(3)中所述燒結物與水的重量百分比為1 : 70-150;浸提 溫度為70。C 85。C;浸提時間在1-1.5小時。
4、 根據權利要求1所述的從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產工藝， 其特徵在於步驟(5)中所述溶液的pH為2.0-3.5。
5、 根據權利要求1所述的從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產工藝， 其特徵在於步驟(5)中所述吸附材料為海泡石、蒙脫石或陽離子樹脂。
6、 根據權利要求1所述的從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產工藝， 其特徵在於步驟(6)中所述洗脫液的酸度為1.0-2.5mol/LHCl。
全文摘要
本發明公開了一種從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產工藝，該工藝基於對煤系固體廢棄物中氧化鋁、矽膠提取的基礎上，進一步深度利用工藝中產出的廢液，進行鎵的回收。本發明採取中溫煅燒、水浸、碳分、上柱吸附、洗脫等工藝環節之後，獲得氯化鎵，解決了現有技術中殘渣量大以及殘渣利用附加值低的難題，粉煤灰和煤矸石中鎵的提取率可達到80％以上；本發明整個工藝過程均在常壓條件下進行，因此對設備要求條件低，整個工藝過程實現了資源的有效利用，不會對周邊環境造成新的汙染。
文檔編號C22B3/00GK101255504SQ20081001787
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月2日 優先權日2008年4月2日
發明者楊勝科, 潘愛芳, 馬潤勇 申請人:潘愛芳