[發明專利]一種粉煤灰造球氯化電解制備金屬鋁及綜合利用的方法

在審

• 申請號: 201710324934.4
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107128927A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 張廷安;豆志河;呂國志;劉燕;王龍;牛麗萍;趙秋月;傅大學;張偉光
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C01B33/033
• 分類號: C01B33/033;C25C3/06;C01G15/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司21109
• 代理人: 梁焱

技術領域：

本發明屬于工業固體廢棄物再利用技術領域，具體涉及一種粉煤灰造球氯化電解制備金屬鋁及綜合利用的方法。

背景技術：

粉煤灰是煤炭燃燒后的固體廢棄物，燃煤火電廠廢棄物粉煤灰年排放量近4億噸，而粉煤灰中有多種氧化物(Al₂O₃，SiO₂，Fe₂O₃，K₂O，Na₂O，TiO₂，CaO，MgO)，其中氧化鋁含量與我國中低品位鋁土礦中的氧化鋁含量相當，高鋁粉煤灰是我國氧化鋁工業可替代鋁土礦的潛在資源。粉煤灰是懸浮顆粒物的主要來源，造成區域性空氣污染，危害人體的健康。

高鋁粉煤灰是指氧化鋁含量大于37％的粉煤灰，其來源是高鋁煤炭，主要分布在內蒙古中西部和山西北部等地區，該類原料的綜合利用技術因氧化鋁含量高而廣泛受到冶金及環保領域關注。

2015年，我國燃煤(含煤矸石)發電量同比下降4.7％；2016年1-7月份，全國規模以上火電發電量又同比下降1.9％，可以估計2015年和2016年我國粉煤灰產生量較2014年將出現略微降低，但總體仍將維持在較高水平。

2015年，我國火電發電量占總發電量的約73％，火電發電仍然是我國最主要的電力來源。因此，我國粉煤灰產生量仍將維持在較高水平，未來幾年產生量預計在5.6-6.1億噸/年，穩居世界第一^[1]。

目前一些專利公開了粉煤灰綜合利用的方法。專利CN103663511A公開了一種鹽酸處理粉煤灰制備氧化鋁的方法。包括下述步驟：將粉煤灰活化；將活化后的粉煤灰與15％～36％濃度的鹽酸混合，比例為鹽酸中的HCl與粉煤灰中氧化鋁和氧化鐵的摩爾比為4～9，混合后的漿液送入反應器中，加熱至90℃～230℃，反應時間1h～8h；反應降溫后固液分離，得到氯化鋁液體和高硅渣，蒸發濃縮或干燥后得到結晶氯化鋁；結晶氯化鋁分解得到粗γ-Al₂O₃和氯化氫氣體；粗γ-Al₂O₃經拜耳法工藝制備冶金級氧化鋁，殘渣為高鐵渣，可以作為煉鐵原料。但該方法采用蒸發濃縮制備結晶氯化鋁，能耗較高。

專利CN 104787788 A公開了一種高鋁粉煤灰生產氧化鋁的方法，該方法將濃硫酸分批加入到粉煤灰中拌合均勻，每次加酸拌勻后在100～200℃下酸解、固化，然后升溫到200～500℃條件下硫酸化焙燒1～4h，得到硫酸化焙砂；將硫酸化焙砂與還原劑一起在550～900℃溫度還原焙燒，還原焙砂用含氫氧化鈉的溶液浸出，液固分離得到鋁酸鈉溶液和富硅渣，鋁酸鈉溶液脫硅后種分、煅燒生產氧化鋁，種分母液返回浸出還原焙砂；但該方法能耗高，流程長。

專利CN 102153117 A公開了一種以循環流化床粉煤灰為原料制備超細氫氧化鋁和超細氧化鋁的方法。所述方法包括：a)將粉煤灰粉碎后進行濕法磁選除鐵，然后與鹽酸反應得到鹽酸浸液；b)鹽酸浸液通入大孔型陽離子樹脂柱進行吸附，待樹脂吸附飽和后用洗脫劑洗脫，得到含氯化鋁和氯化鐵的洗脫液；c)將洗脫液進行堿溶除鐵，得到偏鋁酸鈉溶液；d)向偏鋁酸鈉溶液中加入分散劑混均得分散液。e)分散液經碳分得到超細氫氧化鋁。超細氫氧化鋁在不同溫度下煅燒可分別得到γ-氧化鋁與α-氧化鋁。該方法工藝流程長，能耗高，生產成本高。

公開號CN103936047A本發明公開了一種無水氯化鋁的制備方法，采用粉煤灰或含氧化鋁大于25％的含鋁礦為原料，用硫酸浸出得到硫酸鋁溶液，然后濃縮結晶，得到硫酸鋁晶體，在高于80℃溫度下預熱30分鐘以上脫去結晶水得到硫酸鋁。將硫酸鋁和固體碳混合后加入溫度為高于600℃，壓力為常壓或微負壓的氯化爐中通入氯氣，生成質量百分含量大于30％的無水氯化鋁混合氣體，經過精制除雜得到純度99％以上的無水氯化鋁。氯化尾氣用水洗后再用堿溶液吸收后排放。但該方法采用濕法生產氯化鋁，流程用水量大，造成水資源的浪費，同時增加了工藝流程，采用普通氯化爐，能耗增加，生產成本增加。

公開號CN104773746A公布一種無水氯化鋁的生產方法，將制鋁原料浸入鹽酸中得到氯化鋁溶液；將制得的氯化鋁溶液直接濃縮結晶，得到六水氯化鋁晶體；將六水氯化鋁晶體煅燒，得到初氧化鋁；將初氧化鋁與碳混合加入氯化爐中，通入氯氣并加熱，氧化鋁與氯氣反應生成氣態氯化鋁，經過精制除雜得到純凈的無水氯化鋁。但該方法中不能利用粉煤灰資源，工藝流程長，前端流程工藝復雜，對于設備要求高，能耗高，生產成本高，不利于非傳統鋁資源的綜合利用。