專利名稱：一種從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝的制作方法
一種從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝技術領域
本發明屬于粉煤灰的精細化綜合利用領域，具體涉及一種以粉煤灰為原料高效率提取氧化鋁的工藝。
背景技術：
粉煤灰是燃煤電廠發電過程中的廢棄物，鑒于我國具有豐富的煤炭資源，而且電力工業也主要是以煤炭發電為主，隨著工業化電力需求及電廠規模的不斷擴大，燃煤廢棄物粉煤灰的排放量及積壓量不斷擴大，不僅占用大片土地，還會對人類的生存環境造成嚴重的污染。目前，對粉煤灰的利用主要集中在用作建筑材料之用，雖然近年來，隨著建筑材料的大力發展，出現了以粉煤灰為原料制作保溫隔熱板材的技術，大大擴展了粉煤灰的應用領域，但對于燃煤發電中日益積壓的粉煤灰而言，依然迫切需要開發出可大量處理、使粉煤灰變廢為寶的工藝。
粉煤灰中主要含有的成分是A1203、SiO2, Fe3O4,目前國外對粉煤灰的利用主要是提取粉煤灰中的Al2O3加以再利用，而提取的工藝則多是采用石灰石燒結的工藝，在 1340-1450°C下CaO和粉煤灰中的Al2O3發生反應生成鋁酸鈣，然后再加入碳酸鈉溶液置換出鋁酸鈉，并將鋁酸鈉經脫硅、碳化、分解后生成Al2O3。該工藝中一方面煅燒溫度要求較高， 另外工藝流程相對比較復雜、能耗較高、殘渣量較大。
針對上述情況，申請人研究出一種新型粉煤灰提取氧化鋁的工藝，記載于中國專利CNlO 1070173A中，該工藝主要包括磁選粉煤灰-配料攪拌-460-500°C加熱-水解生成鋁酸鈉-脫硅-煅燒等步驟，整個工藝步驟在較低的煅燒溫度下(460-50(TC )完成，且Al2O3 的提取率高達86-92%。對于氧化鋁提取工藝而言，本領域技術人員只認識到灰漿的煅燒溫度是影響提取率的最大因素，而其他因素都可以忽略；所以，僅僅將研究集中于灰漿煅燒溫度上，發現當煅燒溫度高于500°C時，提取率反而出現了小幅下降的趨勢，并隨著溫度的進一步提升呈現穩定狀態，如圖1所示。在上述研究的基礎上，所以現有技術中對于氧化鋁的提取都是僅控制焙燒溫度為500°C。因此就該工藝的條件而言，氧化鋁的提取率達到92% 時，已接近飽和狀態，欲進一步提高其提取率而實現物料的高效合理利用，該工藝條件則并不適用。發明內容
為此，本發明所要解決的技術問題在于現有技術中粉煤灰提取氧化鋁的工藝中， 提取率無法進一步提升的問題，進而提供一種優化提取條件，進而大幅提升提取率的提取工藝。
為解決上述技術問題，本發明所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝，包括如下步驟
(I)通過磁 選機磁選粉煤灰，分離出其中具有磁性的Fe3O4成分，得到不含Fe3O4的粉煤灰；
(2)向步驟(I)處理過的粉煤灰中投入熟石灰和氫氧化鈉進行配料，并混合均勻得到灰漿，并控制溫度700°C以上對所述灰漿進行加熱煅燒；所述粉煤灰、所述熟石灰和所述氫氧化鈉的摩爾比例為=Na2O Al2O3 =1. 28，CaO SiO2 = 2.1 ；
(3)向加熱后的混合物中投入水解洗液，進行水解，并加入Na2CO3攪拌均勻，過濾得到粗鋁酸鈉溶液和硅鈣渣的混合物；
(4)向所述粗鋁酸鈉溶液中加入Ca (OH)2進行常壓脫硅處理至溶液的硅晶指數A/ S > 250，得到鋁酸鈉溶液和 3Ca0 · Al2O3 · XSiO2 · yH20 ;所述 3Ca0 · Al2O3 · xSi02 · yH20 為水化石榴石的分子式，其中各部分摩爾比為(3. 2-3. 3) I (O. 1-0. 2) 6-2(0. 1-0. 2), 即 X = O. 1-0. 2, y = 6-2 (O. 1-0. 2)；
(5)將所述鋁酸鈉溶液精濾后，加入晶種進行晶體分解，過濾得到AL(OH)3固體和循環母液；
(6)將得到的AL(OH)3固體進行洗滌、煅燒，得到所需的A1203。
所述AL(OH)3固體煅燒制備所需的Al2O3的過程可采用本領域現有技術中熟知的工藝及步驟即可實現，產品的分離提取也均為現有技術公知內容。
所述步驟(2)中，所述煅燒溫度為700-800°C。
所述步驟(2)中，所述煅燒步驟可以根據本領域技術人員熟知的技術手段及技術設備進行，本申請優選在外加熱回轉窖或內加熱回轉窖中進行的。
所述步驟(3)中，所述Na2CO3占所述混合物和所述水解洗液總量的3_6 %。
所述水解洗液為硅鈣渣洗液或氫氧化鋁洗液。所述硅鈣渣洗液為含有3-5%的鋁酸鈉的水溶液，所述氫氧化招洗液為含有3%氫氧化招的水溶液。
所述步驟⑷中，所述Ca(OH)2的濃度為l_3g/L。
所述脫硅處理步驟的溫度為85_95°C。
所述步驟(5)中的循環母液濃縮后進入步驟(2)中進行配料使用。
所述步驟(3)中得到的硅鈣渣用于水泥制備。
本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點
1、本發明所述的工藝通過調整配料中所述粉煤灰、所述熟石灰和所述氫氧化鈉的摩爾比例為=Na2O Al2O3 =1. 28，CaO SiO2 = 2. 1，再輔以合理的煅燒溫度，使得該工藝對氧化鋁的提取率取得了意想不到的技術效果，雖然調整物料配比之后的工藝在 460-500°C時的提取率反而低于現有技術中 工藝的提取率，但進一步調整煅燒溫度在700°C 以上時則呈現出了現有技術預料不到的技術優勢，使得整個工藝的提取率達到出人意料不到的98%以上；此外，本發明所述的工藝，在低溫常壓下即可實現氧化鋁的高效率提取，能耗較少，同時通過優選原料的配比，具有投資小、能耗低、工藝流程簡單、生產成本較低的優勢。
2、當煅燒溫度高于800°C以上時，提取率穩定在98%以上，因此本發明所述的工藝優選煅燒溫度為700-800°C，一方面取得了極佳的提取率，同時確保工藝的能耗最少。


為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發明的具體實施例并結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中
圖1為現有技術中氧化鋁提取率與溫度的關系曲線；
圖2為本發明所述從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝的流程圖3為實施例1-12中所述提取率與溫度的關系曲線。
具體實施方式
實施例1
本實施例中所需提取的粉煤灰的成分包括:A120336. 18 %、Si0245. 68 %、 Fe3O4IO. 44%,Ca03. 17%, SO3O. 58%,MgOO. 84%,Mn00. 084%, TiO2L 14%，其余為雜質。
如圖2所示，本發明所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝包括如下步驟
(I)取粉煤灰IOOOkg無需破碎即直接加入磁選機中篩選，磁選分離出具有磁性的黑色Fe3O4,即得到不含Fe3O4的粉煤灰；
(2)將通過磁選機分離處理后的粉煤灰、熟石灰和氫氧化鈉按照摩爾比例為 Na2O Al2O3 =1. 28，CaO SiO2 = 2.1的比例進行配料，并加入到攪拌裝置內，敞口、室溫攪拌10-20min，得到灰漿；并將所述灰漿通過噴槍噴至外加熱回轉窖中加熱，控制溫度 700°C進行加熱煅燒；
(3)將從外加熱回轉窖中運出的固體混合物直接投入含有硅鈣渣洗液和氫氧化鋁洗液的水解攪拌裝置中進行攪拌水解，同時添加占所述固體混合物和所述洗液重量5% 的^CO3，并控制攪拌速度至少120rpm，自溫(即出窖溫度，約100°C )、常壓進行攪拌 30-40min，過濾后，得到粗鋁酸鈉溶液和硅鈣渣固體的混合物；所述硅鈣渣的主要成分是 2Ca0 · SiO2，并含有少量的氧化鋁和氫氧化鈉。所述硅鈣渣固體經過洗滌或其他程序處理后，可制成水泥及其他類似產品；
(4)將前述得到的粗鋁酸鈉溶液加入到脫硅裝置中，并加入2g/L的Ca (OH)2，控制攪拌裝置的轉速為90-110rpm，控制溫度85-95°C進行常壓脫硅處理2_3小時，至溶液的硅晶指數A/S > 250停止攪拌，此時得到Na2O與Al2O3摩爾比為1. 50-1. 56的鋁酸鈉溶液和 3Ca0 · Al2O3 · XSiO2 · yH20固體，所述3Ca0 · Al2O3 · XSiO2 · yH20固體可在后續循環提取操作中做晶種繼續脫硅處理；
(5)將所得的鋁酸鈉溶液通過葉濾機進行精濾操作，并將精濾后的鋁酸鈉溶液投入晶體分解槽中，在添加晶種的條件下進行分解，分解并過濾后，得到Al (OH)3固體和循環母液；
(6)將過濾后得到的Al (OH) 3固體經洗滌、煅燒程序后，即得到所需的產品 Al203340. 82kg。
步驟(5)中收集的循環母液 的主要成分是NaOH水溶液并含有少量的Na2CO3和 Na2SO4,收集所述循環母液輸送至多效蒸發裝置進行濃縮，使循環母液濃度增大，經濃縮后的母液返回至步驟(2)中進行配料之用，提取下一批次的產品。
通過對產品的分析，分離出的產品Al2O3達到國家標準，本實施例所述提取工藝 Al2O3 的提取率為 340. 82/1000*36. 18%= 94. 2% 0
實施例2
本實施例中提取氧化鋁的步驟同實施例1中所述，其區別僅在于步驟⑵ 中對所述灰漿的煅燒溫度為750 °C，提取得到A1A353. 84kg，Al2O3的提取率為353. 84/1000*36. 18% = 97. 8%。
實施例3
本實施例中提取氧化鋁的步驟同實施例1中所述，其區別僅在于步驟⑵ 中對所述灰漿的煅燒溫度為800 °C，提取得到A1A355. 65kg，Al2O3的提取率為 355. 65/1000*36. 18%= 98. 3%。
實施例4
本實施例中提取氧化鋁的步驟同實施例1中所述，其區別僅在于步驟⑵ 中對所述灰漿的煅燒溫度為900 °C，提取得到A1A355. 67kg，Al2O3的提取率為 355. 67/1000*36. 18%= 98. 3%。
實施例5
本實施例中提取氧化鋁的步驟同實施例1中所述，其區別僅在于步驟⑵ 中對所述灰漿的煅燒溫度為1000 °C，提取得到Al203355. 70kg, Al2O3的提取率為 355. 70/1000*36. 18%= 98. 31%。
實施例6
本實施例中提取氧化鋁的步驟同實施例1中所述，其區別僅在于步驟⑵ 中對所述灰漿的煅燒溫度為1100 °C，提取得到Al203355. 69kg，Al2O3的提取率為 355. 69/1000*36. 18%= 98. 31%。
實施例7
本實施例中提取氧化鋁的步驟同實施例1中所述，其區別僅在于步驟⑵ 中對所述灰漿的煅燒溫度為650 °C，提取得到A1A193. 56kg，Al2O3的提取率為 193. 56/1000*36. 18%= 53. 5%。
實施例8
本實施例中提取氧化鋁的步驟同實施例1中所述，其區別僅在于步驟⑵ 中對所述灰漿的煅燒溫度為600 °C，提取得到A1A174. 75kg，Al2O3的提取率為 174. 75/1000*36. 18%= 48. 3%。
實施例9
本實施例中提取氧化鋁的步驟同實施例1中所述，其區別僅在于步驟⑵ 中對所述灰漿的煅燒溫度為550 °C，提取得到A1A147. 98kg，Al2O3的提取率為 147. 98/1000*36. 18%= 40. 9%。
實施例10
本實施例中提取氧化鋁的步驟同實施例1中所述，其區別僅在于步驟⑵ 中對所述灰漿的煅燒溫度為500 °C，提取得到Al2O3IH. 33kg，Al2O3的提取率為 114. 33/1000*36. 18%= 31. 6%。
實施例11
本實施例中提取氧化鋁的步驟同實施例1中所述，其區別僅在于步驟(2)中對所述灰漿的煅燒溫度為450°C，提取得到Al20385. 75kg，Al2O3的提取率為85. 75/1000*36. 18% =23. 7%。
實施例12
本實施例中提取氧化鋁的步驟同實施例1中所述，其區別僅在于步驟(2)中對所述灰漿的煅燒溫度為400°C，提取得到Al20358. 97kg，Al2O3的提取率為58. 97/1000*36. 18% =16. 3%。
以上述實施例1-12中的Al2O3提取率為縱坐標，以煅燒溫度為橫坐標繪制本發明所述的粉煤灰提取氧化鋁的提取率-溫度的曲線，如圖3所示。
實施例13
本實施例中提取氧化鋁的步驟同實施例1中所述，其區別僅在于所述步驟(2) 中采用內加熱回轉窖加熱煅燒，所述步驟(3)中，所述Na2CO3的添加量占所述固體混合物和所述洗液重量的3%，且所述步驟(4)中所述Ca(OH)2的濃度為3g/L，提取得到 Α1203340· 78kg, Al2O3 的提取率為 340. 78/1000*36. 18%= 94.1V0o
實施例14
本實施例中提取氧化鋁的步驟同實施例1中所述，其區別僅在于步驟(3)中， 所述Na2CO3的添加量占所述固體混合物和所述洗液重量的6%，且所述步驟(4)中所述 Ca(OH)2 的濃度為 lg/L，提取得到 Α1203340· 77kg，Al2O3 的提取率為 340. 77/1000*36. 18% =94.1 % ο
從圖3中可以看出，調整了配料摩爾比之后的所述從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝中，氧化鋁的提取率雖然在煅燒溫度為400-650°C之間時，提取率僅為16. 3-53. 5%，并呈現小幅的上升趨勢，但當溫度上升至650°C以上時，則呈現了出乎意料的明顯的大幅上升趨勢，提取率由650°C時的53. 5%大幅提升至700°C時的94. 2%，使得提取率得到提高，同時當溫度升至800°C時，提取率已經高達98. 2%，進一步提升煅燒的溫度，則提取率保持穩定在 98. 2-98. 3%之間。
可見，本發明所述的工藝通過對現有技術中氧化鋁提取工藝的進一步優化，通過更為合理的調整了配料中所述粉煤灰、所述熟石灰和所述氫氧化鈉的摩爾比例為 Na2O Al2O3 = 1.28，CaO SiO2 = 2. 1，再輔以合理的煅燒溫度，使得該工藝對氧化鋁的提取率取得了意想不到的技術效果。雖然調整物料配比之后的工藝在460-500°C時的提取率反而低于現有技術中工藝的提取率，但進一步調整煅燒溫度之后的工藝則呈現出了現有技術預料不到的技術優勢，使得本發明所述的工藝雖然小幅提升了煅燒的能耗，但相對于提取率的大幅提升，以及物料的更合理利用，使得本發明所述的工藝呈現出了更為優質的性價比，具有極好的應用前景，大幅提升了競爭優勢。
顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動`仍處于本發明創造的保護范圍之中。
權利要求
1.一種從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝，其特征在于，包括如下步驟(1)磁選粉煤灰，分離出其中的Fe3O4,得到不含Fe3O4的粉煤灰；(2)向步驟(I)處理過的粉煤灰中投入熟石灰和氫氧化鈉進行配料，混合均勻，得到灰漿，并控制溫度70(TC以上對所述灰漿進行加熱煅燒；所述粉煤灰、所述熟石灰和所述氫氧化鈉的摩爾比為Na20 Al2O3 =1. 28，CaO SiO2 = 2.1 ；(3)向加熱后的混合物中投入水解洗液，進行水解，并加入Na2CO3攪拌均勻，過濾得到粗鋁酸鈉溶液和硅鈣渣混合物；(4)向所述粗鋁酸鈉溶液中加入Ca(OH)2進行常壓脫硅處理至溶液的硅晶指數A/S> 250，得到鋁酸鈉溶液和 3Ca0 · Al2O3 · XSiO2 · yH20 ；(5)將所述鋁酸鈉溶液精濾后，加入晶種進行晶體分解，過濾得到Al(OH)3固體和循環母液；(6)將得到的Al(OH)3固體進行洗滌、煅燒，得到所需的A1203。
2.根據權利要求1所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝，其特征在于所述步驟(2) 中，所述煅燒溫度為700-800°C。
3.根據權利要求1或2所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝，其特征在于所述步驟(2)中，所述煅燒步驟是在外加熱回轉窖或內加熱回轉窖中進行的。
4.根據權利要求1-3任一所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝，其特征在于所述步驟(3)中，所述Na2CO3占所述混合物和所述水解洗液總量的3-6wt%。
5.根據權利要求4所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝，其特征在于所述水解洗液為娃I丐洛洗液或氫氧化招洗液。
6.根據權利要求1-5任一所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝，其特征在于所述步驟(4)中，所述Ca(OH)2的濃度為l_3g/L。
7.根據權利要求6所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝，其特征在于所述脫硅處理步驟的溫度為85-95°C。
8.根據權利要求1-7任一所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝，其特征在于所述步驟(5)中的循環母液濃縮后進入步驟(2)中進行配料使用。
9.根據權利要求1-8任一所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝，其特征在于所述步驟⑶中得到的硅鈣渣用于水泥制備。
全文摘要
本發明屬于粉煤灰的精細化綜合利用領域，具體涉及一種以粉煤灰為原料高效率提取氧化鋁的工藝。本發明所述的工藝包括磁選粉煤灰-配料-700℃以上加熱煅燒-水解-脫硅-結晶過濾-煅燒等步驟，得到的氧化鋁的提取率高達98％以上，本發明所述的工藝優選原料的配比，具有投資小、能耗低、工藝流程簡單、生產成本較低的優勢。
文檔編號B09B3/00GK103058238SQ20131002401
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月23日 優先權日2013年1月23日
發明者孫松濤, 方玉林 申請人:內蒙古聯合工業有限公司