[發明專利]一種從煤矸石或高嶺石礦物中酸堿聯合提取氧化鋁的方法

有效

• 申請號: 201410602122.8
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN104445314A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 蔣開喜;蔣訓雄;汪勝東;范艷青;張登高;蔣偉;周立杰;靳冉公
• 申請（專利權）人: 北京礦冶研究總院
• 主分類號: C01F7/02
• 分類號: C01F7/02;C01F7/14
• 代理公司: 北京藍智輝煌知識產權代理事務所(普通合伙) 11345
• 代理人: 陳紅;杜秀科

技術領域

本發明屬于煤矸石或高嶺石礦物原料的綜合利用，具體涉及一種從煤矸石或粘土礦物原料中提取氧化鋁的方法，尤其是采用酸堿聯合工藝提取氧化鋁。

背景技術

中國是世界上高嶺石礦物資源非常豐富的國家，其中煤矸石資源尤其豐富，此外，高嶺土、地開石、珍珠石等高嶺石類礦物資源也十分豐富。煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含炭量較低的黑灰色巖石，一般掘進矸石占原煤產量的10％左右，選煤矸石占入選原煤量的12％-18％。2013年中國原煤產量36.8億噸，開采加工過程排放的煤矸石是目前我國排放量最大的工業固體廢棄物之一，煤矸石長期堆存，占用大量土地，同時造成自燃，污染大氣和地下水。但它又是可利用的資源，其主要成分是Al₂O₃、SiO₂，微量稀有元素(鎵、釩等)，其中氧化鋁含量可高達30％-40％，SiO₂含量50％-65％，從煤矸石或其它粘土礦物原料中提取氧化鋁不僅可以作為鋁土礦提取氧化鋁的補充，而且對于解決煤礦開采過程煤系固廢的環境問題十分重要。

傳統的氧化鋁生產以鋁土礦為原料，采用堿法工藝生產，在鋁土礦生產氧化鋁中，鋁土礦中的氧化硅是堿法生產中的主要有害元素，要求鋁土礦中鋁硅比A/S(礦石中Al₂O₃與SiO₂的質量比值)大于3。堿法分為拜耳法、燒結法和聯合法，其中拜耳法適于處理含Al₂O₃高、SiO₂低的富礦，一般要求Al₂O₃＞65％，A/S＞7，世界上90％以上的氧化鋁由拜耳法生產；燒結法適合處理A/S為3～5的原料；聯合法適合處理A/S為5～7的原料。而煤矸石或其它高嶺石礦物原料中的鋁硅比很低，通常A/S≤1，且無法選礦富集，傳統處理鋁土礦的氧化鋁生產工藝難以移植來處理煤矸石或其它高嶺石礦物，需要研究開發適合煤矸石或其它高嶺石礦物類鋁資源特點的工藝技術，目前國內外研究開發的煤矸石或其它高嶺石礦物提取氧化鋁方法大致分為堿法和酸法兩大類。

堿法包括直接燒結法和預脫硅—燒結法等。如CN101941725B公開的一種從煤矸石中提取氧化鋁聯產活性硅酸鈣的方法，其過程主要包括：煤矸石粉碎后焙燒活化；煤矸石熟料進行堿溶預脫硅，得到脫硅煤矸石和硅酸鈉溶液；脫硅煤矸石中加入石灰石和碳酸鈉溶液球磨制成生料漿進行燒結；燒成熟料用水溶出，得到鋁酸鈉粗液和硅鈣渣，硅鈣渣經處理后作為水泥原料；鋁酸鈉粗液經凈化、碳分、煅燒等工序生產氧化鋁；由硅酸鈉溶液苛化生產活性硅酸鈣微粉。采用預脫硅技術可以將50％以上二氧化硅浸出脫除，從而提高煤矸石中的鋁硅比，但與高硅鋁土礦比，仍然含硅高，后續燒結量大，能耗高。雖然可產出大量活性硅酸鈣副產品，但由于副產活性硅酸鈣的成本高、產量大，對于大規模的煤矸石資源綜合利用，副產品的市場銷售與競爭壓力非常大。

酸法處理煤矸石由于不需要添加造渣劑，提取氧化鋁后的殘渣量少，符合減量化綜合利用工業固廢的要求，且可以獲得較高的氧化鋁回收率。酸法主要包括硫酸法和鹽酸法，通常是將一定濃度的硫酸或鹽酸與煤矸石粉在加熱條件攪拌浸出，所得溶液加堿反應生成氫氧化鋁沉淀，過濾得氫氧化鋁。由于煤矸石中氧化鋁的活性差，一般酸浸的氧化鋁提取率較低，需要采用焙燒活化、添加助溶劑等強化措施。CN101234774B公開的一種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的方法，則通過焙燒對煤矸石進行活化處理，采用粉碎、低溫煅燒、鹽酸浸取、過濾、提純、分步熱解制得氧化鋁。CN103754912A公開的一種利用煤矸石制取氧化鋁的方法，通過煤矸石和氫氟酸、50-90％的硫酸反應固化，然后水浸提取氧化鋁；CN1903727A公開的煤矸石生態化利用聯產氧化鋁/白炭黑/低灰碳的方法，則采用煤矸石與8-12mol/L的硫酸混合，同時采用氟化物為助溶劑進行硫酸浸出鋁。采用助溶劑酸浸，雖然可以減少焙燒活化工序，節約氧化鋁提取的能耗，但含氟助溶劑的加入不僅會導致水、氣、渣的環境污染問題，而且對設備腐蝕嚴重；由于酸法的浸出選擇性差，通過結晶難以直接得到符合氧化鋁雜質要求的鋁鹽產品，需要反復結晶提純或采用萃取或離子交換的方法對酸浸液進行凈化，或者粗鋁鹽煅燒后再經拜耳法提取氧化鋁，工藝復雜，成本高；另一方面，鋁鹽濃縮結晶、鋁鹽脫水熱解的能耗大。

發明內容