从粉煤灰中提取高纯氧化铝及硅胶的方法

专利名称：从粉煤灰中提取高纯氧化铝及硅胶的方法
技术领域：
本发明属于固体废弃物回收利用技术领域，具体涉及一种从粉煤灰中 提取高纯氧化钼及硅胶的方法。
技术背景粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃残渣。目前，我国粉煤灰总堆存量已超过10亿吨，而且还在以每年约1亿吨的速度增加，不仅占用了大量的土地资源，而且还严重污染着环境。燃煤企业在不久的将来必须实施粉煤灰综合利用，通过循环利用实现 废弃物的零排放这一目标。国内外目前对粉煤灰大多釆用烧制水泥、空心 砖等途径，仅仅为一种低水平的利用，往往难以获得良好的经济效益。因 此，如何提高粉煤灰的利用价值，成为电力及相关企业实现可持续发展所 面临的亟待解决的重大问题。化学分析表明，煤中含有80多种元素，燃烧时其中少部分随烟排掉， 大部分仍保留在粉煤灰中，其主要组成元素为硅、铝、氧、铁，其次还有 钙、镁、钾、钠、硫、執、钛等，同时还赋存一些珍贵的稀有金属锗、镓、 铀、钍等元素。因此，如能将其中的高附加值成分提取出来得到有效利用， 可成为一种来源广泛的、可取得良好经济效益的再生资源。粉煤灰的综合利用研究，特别是从高铝粉煤灰中提取氧化铝的研究自上 世纪40年代开始至今， 一直是一个研究热点。由于粉煤灰是经过高温燃 烧(温度大于1300°C，燃烧火焰中心温度甚至在1500 1700。C之间)生 成的，在这样高温下，煤灰大多呈软化或流体状态。于是，在它们降温过程中，其中的Al203组分呈玻璃态或高温含铝矿物莫来石晶体、黄玉晶体的矿物形式而存在。而在常态条件下，经过高温环境的这些玻璃体、矿物 晶体很难用酸溶或碱溶的方法直接被溶解，其中的Ah03自然无法提取出来。国内外的许多专家、学者在这方面进行了大量的工作，提出了各种各样的提取方法。其中，代表性的主要有石灰石烧结法、碱石灰烧结法、 碱烧法、氟氨助溶法等等。在这些方法中，石灰石烧结法是目前唯一付诸 于工业实践的一种方法，其它方法由于工艺条件的限制、氧化铝提取率低、 能耗高、生产成本高、排渣量大等各种原因，目前仍然停留在实验阶段。需要指出的是，石灰石烧结法使用的烧结原料为廉价的石灰石，使氧 化铝的生产成本相对得以降低。但该法尚存在很多缺陷首先，在提取氧 化铝的同时，会产生大量的硅每渣，每生产1吨氧化销要产生8 10吨左 右的硅钙渣，如果建材巿场不能完全消化这些硅钙渣的话，势必会造成新 的、堆放量更大的废弃物排放；其次，石灰石烧结法需要高温煅烧 (1320°C ~ 1400°C )，属高能耗方法，其工艺过程及设备的要求也较高； 第三，碱溶过程中由于渣量过大，使碱的回收率降低，造成成本上升。因 此，要想对粉煤灰中的氧化铝进行提取并综合利用，上述三个问题均需要 得到妥善解决。 发明内容本发明的目的是为了克服现有技术中氧化铝及硅胶提取率低、能耗 高、工艺复杂、残渣量大以及残渣利用附加值低的技术问题，而提供一种 工艺简单，能耗低，氧化铝及硅胶提取率及纯度高的从粉煤灰中提取高纯 氧化铝及硅胶的方法。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是 一种从粉煤灰中提取 高纯氧化铝及硅胶的方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1) 对粉煤灰进行研磨，并使其颗粒直径为200 240目，将研磨后 的粉煤灰与Na2C03按重量百分比粉煤灰碳酸钠=1 : 0.5 5的比例混合、搅拌；(2) 将步骤(1)形成的混合物在温度60(TC 1000。C条件下煅烧0.5~2小时；(3) 向烧结产物中加入适量的水，按重量百分比烧结物水=1 :50-200，烧结产物中的Na2Si03和NaA102被溶于水中，在温度6(rC 95T:条 件下浸取0.5小时~2小时后过滤；(4) 向步骤(3)所得浓缩滤液中通入步骤(2)所得的C02，炭分2小时后过滤，得到H2Si03和Al(OH)3混合物；(5) 在步骤(3)和(4)所得的滤渣中，加入工业盐酸，其固液重 量百分比为l : 3~5，在提取温度为50'C 卯'C条件下，提取时间20 60分钟， 分离体系为酸性环境，分离体系的pH值小于3.0,提取反应后过滤，所得 滤渣为硅胶，滤液为AlCl3与少量FeCl3混合溶液；(6) 步骤(5)得到的AlCb与FeCb混合溶液经浓缩、结晶和加热 分解，得到Ah03与Fe203混合物，氯化氢气体通过吸收塔加水吸收回收 盐酸，返回步骤(5)循环使用；(7) 将A1203与Fe203混合物置入3 10%的NaOH溶液中，分离体 系为碱性环境，其pH值大于8.0，体系的温度保持在60'C 9(TC,反应完 全后过滤，滤液为NaAlO;j,滤渣为含铁残渣；(8) 将步骤(7)所得滤液通入C02，反应l小时后过滤，过滤后的 滤渣为Al(OH)3，滤液为Na2C(V溶液，Na2C03通过蒸发结晶而得以回收， 返回步骤(1)循环使用；(9) 将所得的Al(OH)3经800-1200。C温度条件焙烧1 3小时，得到 氧化铝超细干粉；(10) 将步骤(5)得到的含有H2Si03的滤渣进行纯化、分离，得到 纯净硅胶和残渣；所述高纯氧化铝是指纯度为99.86%的氧化铝，所述高纯硅胶是指二 氧化硅大于90%的水合硅胶。步骤(2)中所述煅烧的时间为0.5 l小时。步骤(3)中所述烧结物与水的重量百分比为1 : 70-150;浸提温度为 70°C 85°C;浸提时间在1 1.5小时。步骤(5)中所述固液重量百分比为1 : 3,提取温度为60°C~80°C， 提取时间为20~40分钟。步骤(5)中所述分离体系的pH值为1.0-3.0。步骤(7)中所述分离体系的pH值为8.5-11.5。本发明通过对粉煤灰进行研磨，并将其与Na2C03按一定比例混合、搅 拌；在一定温度条件下煅烧，烧结过程中所发生的主要化学反应如下 Al6 Si2013+ 4Si02+ 3Na2C03—6NaAlSi04+ 3C02T<formula>formula see original document page 7</formula>生成的烧结物的主要物相有霞石和偏铝酸钠、硅酸钠。烧结过程中释 放的C02的直接回收。烧结产物部分可用水溶解，其中的Na2Si03和NaA102 被溶于水中，所余部分Ah03在固体滤渣中。在该阶段，氧化铝浸取率(G) 计算公式为。=,^，0， x腿 粉煤灰中八1203总量通过向滤液中通入C02，炭分后过滤，得到H2SK)3和Al(OH)3混合物。 硅铝混和物用盐酸溶解，反应后过滤滤渣为硅胶，滤液为AlCl3与少量FeCl3 混合溶液，AlCl3与FeCl3混合溶液经浓缩、结晶、加热分解，得到Ab03与 Fe203混合物，氯化氢气体通过吸收塔加水吸收回收盐酸，Al203与Fe203 混合物用NaOH溶解，所发生的化学反应如下2NaOH+ Al203=2NaA102+H20 滤液为NaA102，滤渣为含铁残渣，滤液通入C02,反应l小时后过滤。 过滤后的滤渣为Al(OH)3发生的化学反应为2NaA102+ C02+3H20 =2 Al(OH)^+ Na2C03 滤液为Na2C03溶液，Na2C03可通过蒸发结晶而得以回收重复使用，将所 得的Al(OH)3经800 ~ 1200。C温度条件焙烧1 ~3小时，得到氧化铝超细干 粉。焙烧过程中发生的化学反应为2Al(OH)3= A1203+ 3H20得到的含有H2Si03的滤渣进行纯化，得到纯净硅胶。剩余的残渣， 掺合适量辅料后，干压成型，做成免烧砖。本发明与现有技术相比具有以下优点本发明提取出的氧化铝和硅胶 纯度高，均为高附加值的产品，粉煤灰中的氧化铝和二氧化硅的分离提取 率均可达到90%以上，提取分离了氧化铝和二氧化硅之后的残渣量不到所 用粉煤灰量的10%，并将该残渣制作成免烧砖加以利用，整个工艺过程均 在常压条件下进行，因此对设备要求条件低，本发明工艺过程中煅烧阶段产生的C02以及提取过程中所使用的碱、酸均可回收利用，因此，该项技术可实现零排放，不会形成二次污染。以下通过具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅限于以下 实施例。
具体实施方式
实施例1(1) 对粉煤灰进行研磨，并使其颗粒直径为200目，将研磨后的粉 煤灰与Na2C03按重量百分比粉煤灰碳酸钠=1 : 2~4的比例混合、搅拌；(2) 将步骤(l)形成的混合物在温度60(TC条件下煅烧1小时；(3) 向烧结产物中加入适量的水，按重量百分比烧结物水=1 : 50，烧结产物中的Na2Si03和NaA102被溶于水中，在温度6(TC条件下浸取0.5小时后过滤；(4) 向步骤(3)所得浓缩滤液中通入步骤(2)所得的C02,炭分2 小时后过滤，得到H2SK)3和Al(OH)3混合物；(5) 在步骤(3)和(4)所得的滤渣中，加入工业盐酸，其固液重 量百分比为1:3，在提取温度为5(TC条件下，提取时间20分钟，分离体系 为酸性环境，分离体系的pH值为l.O,提取反应后过滤，所得滤渣为硅胶， 滤液为AlCk与少量FeCl3混合溶液；(6) 步骤(5)得到的AlCb与FeCl3混合溶液经浓缩、结晶和加热 分解，得到Ah03与Fe203混合物，氯化氢气体通过吸收塔加水吸收回收 盐酸，返回步骤(5)循环使用；(7) 将Ah03与Fe203混合物置入3。/。的NaOH溶液中，分离体系为 碱性环境，其pH值为8.5，体系的温度保持在60°C，反应完全后过滤， 滤液为NaA102，滤渣为含铁残渣；(8) 将步骤(7)所得滤液通入C02,反应l小时后过滤，过滤后的 滤渣为Al(OH)3,滤液为Na2C03溶液， 32<:03通过蒸发结晶而得以回收， 返回步骤(1)循环使用；(9) 将所得的Al(OH)3经800。C温度条件焙烧1小时，得到氧化铝超 细干粉；(10) 将步骤(5)得到的含有H2Si03的滤渣进行纯化、分离，得到 纯净硅胶和残渣；(11) 将步骤(7)和(10)得到的残渣，掺合适量辅料后，干压成型，做成免烧砖。实施例2(1) 对粉煤灰进行研磨，并使其颗粒直径为220目，将研磨后的粉 煤灰与Na2C03按重量百分比粉煤灰碳酸钠=1 : 0.5~2的比例混合、搅拌；(2) 将步骤(1)形成的混合物在温度80(TC条件下煅烧2小时；(3) 向烧结产物中加入适量的水，按重量百分比烧结物水=1 :120，烧结产物中的Na2Si03和NaA102被溶于水中，在温度8(TC条件下浸取 l小时后过滤；(4) 向步骤(3)所得浓缩滤液中通入步骤(2)所得的C02，炭分2 小时后过滤，得到H2Si03和Al(OH)3混合物；(5) 在步骤(3)和(4)所得的滤渣中，加入工业盐酸，其固液重 量百分比为1:4，在提取温度为75。C条件下，提取时间40分钟，分离体系 为酸性环境，分离体系的pH值为2.0,提取反应后过滤，所得滤渣为硅胶， 滤液为AlCl3与少量FeCl3混合溶液；(6) 步骤(5)得到的AlCl3与FeCb混合溶液经浓缩、结晶和加热 分解，得到Ab03与Fe203混合物，氯化氢气体通过吸收塔加水吸收回收 盐酸，返回步骤(5)循环使用；(7) 将Ah03与Fe203混合物置入5。/。的NaOH溶液中，分离体系为 碱性环境，其pH值为10,体系的温度保持在75。C，反应完全后过滤，滤 液为NaA102，滤渣为含铁残渣；(8) 将步骤(7)所得滤液通入C02,反应l小时后过滤，过滤后的 滤渣为Al(OH)3，滤液为Na2C03溶液，Na2C03通过蒸发结晶而得以回收， 返回步骤(1)循环使用；(9) 将所得的Al(OH)3经100(TC温度条件焙烧2小时，得到氧化铝 超细干粉；(10) 将步骤(5)得到的含有H2Si03的滤渣进行纯化、分离，得到 纯净硅胶和残渣；Ul)将步骤(7)和(10)得到的残渣，掺合适量辅料后，干压成型， 做成免烧砖。实施例3(1) 对粉煤灰进行研磨，并使其颗粒直径为240目，将研磨后的粉 煤灰与Na2C03按重量百分比粉煤灰碳酸钠=1 : 4 5的比例混合、搅拌；(2) 将步骤(1)形成的混合物在温度100(TC条件下煅烧2小时；(3) 向烧结产物中加入适量的水，按重量百分比烧结物水=1 : 200,烧结产物中的Na2Si03和NaA102被溶于水中，在温度95'C条件下浸取 0.5小时 2小时后过滤；(4) 向步骤(3)所得浓缩滤液中通入步骤(2)所得的C02,炭分2 小时后过滤，得到H2SK)3和Al(OH)3混合物；(5) 在步骤(3)和(4)所得的滤渣中，加入工业盐酸，其固液重 量百分比为1:5，在提取温度为9(TC条件下，提取时间60分钟，分离体系 为酸性环境，分离体系的pH值为3.0,提取反应后过滤，所得滤渣为硅胶， 滤液为AlCb与少量FeCl3混合溶液；(6) 步骤(5)得到的AlCl3与FeCl3混合溶液经浓缩、结晶和加热 分解，得到A^03与Fe203混合物，氯化氢气体通过吸收塔加水吸收回收 盐酸，返回步骤(5)循环使用；(7 )将A1203与Fe203混合物置入10%的NaOH溶液中，分离体系 为碱性环境，其pH值为11.5，体系的温度保持在9(TC,反应完全后过滤， 滤液为NaA102,滤渣为含铁残渣；(8) 将步骤(7)所得滤液通入C02，反应l小时后过滤，过滤后的 滤渣为Al(OH)3,滤液为Na2C03溶液，Na2C03通过蒸发结晶而得以回收， 返回步骤(1)循环使用；(9) 将所得的Al(OH)3经120(TC温度条件焙烧3小时，得到氧化铝 超细干粉；(10) 将步骤(5)得到的含有H2SK)3的滤渣进行纯化、分离，得到 纯净硅胶和残渣；(11) 将步骤(7)和(10)得到的残渣，掺合适量辅料后，干压成型， 做成免烧砖。
权利要求
1. 一种从粉煤灰中提取高纯氧化铝及硅胶的方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)对粉煤灰进行研磨，并使其颗粒直径为200～240目，将研磨后的粉煤灰与Na2CO3按重量百分比粉煤灰∶碳酸钠＝1∶0.5～5的比例混合、搅拌；(2)将步骤(1)形成的混合物在温度600℃～1000℃条件下煅烧0.5～2小时；(3)向烧结产物中加入适量的水，按重量百分比烧结物∶水＝1∶50～200，烧结产物中的Na2SiO3和NaAlO2被溶于水中，在温度60℃～95℃条件下浸提0.5小时～2小时后过滤；(4)向步骤(3)所得浓缩滤液中通入步骤(2)所得的CO2，炭分2小时后过滤，得到H2SiO3和Al(OH)3混合物；(5)在步骤(3)和(4)所得的滤渣中，加入工业盐酸，其固液重量百分比为1∶3～5，在提取温度为50℃～90℃条件下，提取时间20～60分钟，分离体系为酸性环境，分离体系的pH值小于3.0，提取反应后过滤，所得滤渣为硅胶，滤液为AlCl3与少量FeCl3混合溶液；(6)步骤(5)得到的AlCl3与FeCl3混合溶液经浓缩、结晶和加热分解，得到Al2O3与Fe2O3混合物，氯化氢气体通过吸收塔加水吸收回收盐酸，返回步骤(5)循环使用；(7)将Al2O3与Fe2O3混合物置入3～10％的NaOH溶液中，分离体系为碱性环境，其pH值大于8.0，体系的温度保持在60℃～90℃，反应完全后过滤，滤液为NaAlO2，滤渣为含铁残渣；(8)将步骤(7)所得滤液通入CO2，反应1小时后过滤，过滤后的滤渣为Al(OH)3，滤液为Na2CO3溶液，Na2CO3通过蒸发结晶而得以回收，返回步骤(1)循环使用；(9)将所得的Al(OH)3经800～1200℃温度条件焙烧1～3小时，得到氧化铝超细干粉；(10)将步骤(5)得到的含有H2SiO3的滤渣进行纯化、分离，得到纯净硅胶和残渣；所述高纯氧化铝是指纯度为99.86％的氧化铝，所述高纯硅胶是指二氧化硅大于90％的水合硅胶。
2、 根据权利要求l所述的从粉煤灰中提取高纯氧化铝及硅胶的方法， 其特征在于步骤(2)中所述煅烧的时间为0.5 l小时。
3、 根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取高纯氧化铝及硅胶的方法, 其特征在于步骤(3)中所述烧结物与水的重量百分比为1 : 70 150;浸提 温度为70°C 85°C;浸提时间在1 1.5小时。
4、 根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取高纯氧化铝及硅胶的方法， 其特征在于步骤(5)中所述固液重量百分比为1 : 3，提取温度为 60°C 80°C,提取时间为20 40分钟。
5、 根据权利要求l所述的从粉煤灰中提取高纯氧化铝及硅胶的方法， 其特征在于步骤(5)中所述分离体系的pH值为1.0-3.0。
6、 根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取高纯氧化铝及硅胶的方法， 其特征在于步骤(7)中所述分离体系的pH值为8.5-11.5。
全文摘要
本发明公开了一种从粉煤灰中提取高纯氧化铝及硅胶的方法，该方法包括粉煤的低温煅烧活化；三氧化二铝的水浸提；三氧化二铝和硅胶的酸提取；三氧化二铝和硅胶的分离；三氧化二铝和铁分离；烧结阶段产生的CO₂回收利用，提取过程中碱、氯化钠、酸和水的回收等工艺环节。本发明提取出的氧化铝和硅胶纯度高，均为高附加值的产品，粉煤灰中的氧化铝和二氧化硅的分离提取率均可达到90％以上，提取分离了氧化铝和二氧化硅之后的残渣量不到所用粉煤灰量的10％，整个工艺过程均在常压条件下进行，因此对设备要求条件低，本发明煅烧阶段产生的CO₂以及提取过程中所使用的碱、酸均可回收利用，因此，该项技术可实现零排放，不会形成二次污染。
文档编号C01B33/14GK101254933SQ200810017869
公开日2008年9月3日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者杨胜科, 潘爱芳, 马润勇 申请人:潘爱芳