[發明專利]粉煤灰碳酸鹽溶液預處理及氧化鋁提取的方法

有效

• 申請號: 201610892659.1
• 申請日: 2016-10-12
• 公開（公告）號: CN107935005B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 蔣訓雄;范艷青;蔣偉;張登高;汪勝東;馮林永;李達;靳冉公;趙峰;劉巍;白旭陽
• 申請（專利權）人: 北京礦冶研究總院
• 主分類號: C01F7/06
• 分類號: C01F7/06
• 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

本發明屬于粉煤灰的綜合利用，涉及粉煤灰生產氧化鋁的方法，尤其是粉煤灰碳酸鹽溶液預處理及氧化鋁提取的方法。

背景技術

煤炭燃燒過程產生大量粉煤灰，除少部分用于水泥建材生產原料而得到部分利用外，大部分粉煤灰堆存，不僅占用大量土地資源，而且對環境污染嚴重。我國有大量高鋁煤，燃燒發電過程產出大量高鋁粉煤灰，其粉煤灰中鋁含量更是高達40-60％，具有較高的提取鋁價值。但由于粉煤灰中的鋁硅比很低，傳統的氧化鋁生產工藝難以適應處理粉煤灰，需要采用適合粉煤灰特點的工藝技術，目前國內外研究的粉煤灰生產氧化鋁方法大致分為堿法、酸法、銨法、酸堿聯合法等。

堿法包括直接燒結法、預脫硅-燒結法等。堿法由于需要加入大量石灰或石灰石粉進行燒結，燒結量大、能耗高，且每生產1噸氧化鋁需產出4-10噸硅鈣渣，渣量為粉煤灰原灰的1.5-3倍，該硅鈣渣類似氧化鋁工業中的燒結法赤泥，如何消納處置這些新渣面臨更大困難。

酸法生產氧化鋁由于不需要成渣藥劑，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。但由于粉煤灰中鋁主要以莫來石或其它化學活性低的鋁硅酸鹽形式存在，直接酸浸困難，需要采用濃硫酸高溫浸出或加壓鹽酸浸出或氟化物助溶浸出，介質腐蝕性強，設備材質要求高、造價高，鋁浸出率較低，氧化鋁的生產能耗高、成本高。

銨法則通過硫酸銨與粉煤灰混合焙燒，然后用水或稀酸浸出焙燒熟料中的鋁。CN103086410A公開的粉煤灰硫酸銨混合焙燒制備氧化鋁的方法中，其工藝包括生料制備、熟料燒成、熟料溶出、高硅渣分離洗滌、硫酸鋁銨溶液一次除鐵、硫酸鋁銨溶液二次除鐵、一次除鐵精制液還原、硫酸鋁銨精制液溶液分解、粗氫氧化鋁分離洗滌、粗氫氧化鋁脫硫、氫氧化鋁分離洗滌和氫氧化鋁焙燒等主要工序，流程復雜。由于硫酸銨焙燒中，除鋁轉化為硫酸鋁或硫酸鋁銨外，粉煤灰中的鐵等雜質也轉變為水溶性的硫酸鹽，導致沉淀出的氫氧化鋁含有大量雜質而需要后續的進一步堿法處理。沉鋁后的硫酸銨溶液需要濃縮結晶析出硫酸銨以便返回混合焙燒配料，能耗高。

酸堿聯合法主要是先通過濃硫酸熟化將粉煤灰中的氧化鋁轉化為硫酸鋁，得到硫酸化熟料，然后將硫酸化熟料進行還原焙燒得到還原焙砂，還原焙砂再經堿浸出提取氧化鋁。解決了傳統酸法處理粉煤灰中浸出選擇性差，溶液凈化困難的難題，無需傳統硫酸法中的濃縮結晶硫酸鋁、硫酸鋁脫水等高耗能過程。與傳統堿法處理粉煤灰工藝相比，避免了高耗能的燒結工序，無需添加石灰石粉、石灰等造渣劑，浸出渣量大幅減少。CN104445313A公開了一種從粉煤灰中酸堿聯合提取氧化鋁的方法，其過程包括硫酸熟化、還原焙燒、焙砂堿浸、制備氧化鋁等工序。酸堿聯合法利用濃硫酸高溫反應強化了粉煤灰中主要物相莫來石的分解，鋁礦物的硫酸化轉化率高，同時又通過還原焙燒將硫酸鋁轉化為γ-氧化鋁，從而使氧化鋁與二氧化硅解離，并保證了焙砂中的氧化鋁的堿溶反應活性，實現低溫低堿拜耳法溶出和生產冶金級氧化鋁。由于熟化配料時酸灰比較大，熟化過程物料容易結窯，CN104787788A公開了高鋁粉煤灰生產氧化鋁的方法，其通過分批拌酸可解決結窯問題，但工藝過程復雜、氧化鋁硫酸化轉化率不穩定。

此外，由于鈣、鉀、鈉等存在的原因，導致粉煤灰或再焙燒處理后的粉煤灰中含有少量硫，這部分硫如果不預先除去，在采用拜耳法生產氧化鋁時，不僅導致堿耗增加，而且因其在過程中不斷積累，影響后續的種分作業和氧化鋁質量。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有粉煤灰提取氧化鋁技術中的不足，提供一種粉煤灰碳酸鹽溶液預處理及氧化鋁提取的方法，目的是通過碳酸鹽漿化預處理，脫除粉煤灰或再焙燒處理后粉煤灰中的硫，降低后續低溫拜耳法提取氧化鋁的堿耗和減少對種分作業的影響；同時，通過控制熟化過程的物料升溫速度，進而調控熟化反應速度，從而避免物料結窯并提高硫酸利用率。

為實現上述發明目的，本發明的技術方案如下。

粉煤灰碳酸鹽溶液預處理及氧化鋁提取的方法，其特征在于，在粉煤灰提取氧化鋁工藝的堿浸步驟之前，將粉煤灰或再焙燒處理后的粉煤灰與適量碳酸鹽溶液混合漿化一段時間，然后過濾，濾餅用氫氧化鈉溶液浸出氧化鋁，濾液經處理后循環使用。所述的碳酸鹽溶液為碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銨、碳酸氫銨溶液或前述多種碳酸鹽混合溶液。

進一步地，所述的碳酸鹽溶液為碳酸鈉溶液，混合漿化溫度30-100℃，漿化時間30-240min。

進一步地，所述的再焙燒處理后的粉煤灰為：粉煤灰用濃硫酸或硫酸銨進行硫酸化低溫焙燒，然后再經過還原焙燒脫硫后所得到的還原焙砂。