一种粉煤灰的分解方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工业废弃物综合利用技术领域，具体涉及一种粉煤灰的分解方法，使其中铝、铁元素转化为相应的可溶性盐类，硅转化为硅酸钠。
【背景技术】
[0002]粉煤灰是一种由发电厂排放的高分散度的固态集合体，其主要化学组成有Si02、A1203、Fe203、Ca、Mg、S、K及未燃尽的炭等。由粉煤灰制备硫酸销、氧化销、聚合氯化销、聚合氯化铝铁、硅酸钠、白炭黑等高附加值产品，是对粉煤灰进行资源化综合利用的重要途径。而实现这一途径的前提，是要首先在粉煤灰的分解等关键技术上获得突破。尤其是采用经济、合理、有效的方法对粉煤灰进行分解处理，使其中的铝、铁等金属元素溶出，是实现硅、铝、铁等元素分离及相关化合物制备的前提。
[0003]粉煤灰的物相组成主要为莫来石(Al6Si2O13)、石英(S12)和玻璃体。莫来石是一种链状结构硅酸盐，是粉煤灰的主要物相组成。常温下既不溶于酸，也不溶于碱，低于1200°C时性质稳定，受热也不会发生分解。因此，要使粉煤灰中的金属氧化物分解，就要设法破坏莫来石的S1-O-Al键，以提高氧化铝及其它金属氧化物的化学活性。
[0004]目前，分解粉煤灰的工艺方法有酸浸取法、碱焙烧法、硫酸铵焙烧法等。焙烧法是用NaOH、Na2CO3、碱石灰或(NH4) 2S04在高温下煅烧使莫来石中的S1-O-Al键受到破坏，使铝转化为可浸取的偏铝酸钠、铝酸钙或硫酸铝铵，然后进行酸解，并以此为基础制备铝、铁、硅的化合物等。酸浸法是以硫酸或盐酸直接对粉煤灰进行分解，使氧化铝、氧化铁转化为易溶的硫酸盐而被浸出。
[0005]焙烧法工艺具有工艺简单，反应介质可循环利用，易操作，适合大规模生产等优点。但却存在着能耗高，成本高，排渣量大等不足；酸浸取法的优点是分解过程粉煤灰中的S12几乎不会被浸出，反应温度低，耗能低，处理成本低。存在的不足是对设备材质要求高，同时，由于粉煤灰特殊的物相结构，使得其金属氧化物分解率较低。
[0006]专利CN103820651A公开了一种从粉煤灰中溶出铝的方法。该方法首先对粉煤灰进行预处理；然后向预处理后的粉煤灰中加入盐酸醇溶液进行酸溶反应，得到酸溶后产物。该工艺首先需要将氯化氢溶入甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和乙二醇溶液中制备盐酸醇溶液，工艺过程需要消耗一定的量的醇类，同时又没有提出醇的回收方法，对分解成本控制不利。此夕卜，该工艺仅仅适用于化学活性较高的循环流化床锅炉所产生粉煤灰的分解。而且分解过程需要在加压(0.l~2.5Mpa)条件下进行。醇类的易燃性加之分解过程的压力条件，增加了工艺过程的安全负担。
[0007]专利CN103663511A公开了一种工业固体废弃物处理利用生产氧化铝的方法。工艺过程首先将粉煤灰活化；然后将活化后的粉煤灰与盐酸混合，将混合后的浆液送入反应器中，进行分解反应，反应降温后进行固液分离，得到氯化铝液体和高硅渣。该专利存在的不足是:酸解反应温度与机械活化时粉煤灰粉细度呈反比，粉煤灰细度在100~800目之间，酸解反应温度在230~160°C之间。工业实践告诉我们，制备300目以上的粉体需要消耗大量的能源，而控制反应温度在160°C以上则需在加压条件下进行。同时，该工艺提出的另一种活化方法即加热活化法，活化温度在600~800°C之间，其实质是一种煅烧，因此对节约设备投资、控制粉煤灰分解过程的能源消耗十分不利。
[0008]专利CN103435078A公开了一种粉煤灰酸法溶出铝的方法，工艺过程首先将粉煤灰加水配制成粉煤灰料浆；然后将粉煤灰料浆和酸溶液分别升温进行预热；再将预热后的粉煤灰料浆和酸溶液分别加入反应釜中形成混合料浆；将所述混合料浆在125°C ~160°C下保温1.5h~3h进行铝的溶出反应。本方法的不足在于:一是仅仅适用于循环流化床锅炉所产生的粉煤灰和经过活化的粉煤炉产生的粉煤灰，不仅使用范围受限，而且在使用其他类型的粉煤灰时需要进行活化处理，按照公知技术，其活化处理办法一是机械活化，二是热活化，两种活化方式均需增加设备投资和能源消耗，对成本控制不利。二是分解率偏低，氧化铝分解率仅为60~70%，资源利用水平不高。
[0009]专利CN103754912A是一种利用煤矸石粉煤灰制取氧化铝的方法，通过煤矸石和氢氟酸、硫酸反应，将煤矸石粉煤灰分解，得到煤粉、氢氧化铝等高附加值产品。其分解工艺步骤包括:
1)物料的配比:按煤矸石1000kg、30%~45%氟硅酸6m3、50%~90%硫酸0.3-0.5m3的比例，加入反应釜中；
2)反应釜反应:将反应釜中的物料加热搅拌，控制温度130°C~170°C之间，直接反应完毕，蒸干，得到固体反应产物；
3)固体反应产物的溶解:将步骤2)中得的固体反应产物以2~10的水溶解，用离心机分离不溶物，得到滤液。
[0010]该方法的不足在于:分解过程需要消耗大量的氟硅酸，而且由于反应过程有大量的氢氟酸产生，因此对设备材质要求较高。
[0011]综上所述，目前对粉煤灰进行分解的工艺有碱石灰煅烧法、碳酸钠煅烧法、硫酸铵煅烧法等。酸浸法研宄和报道的较少，但从已报道的工艺看，普遍存在着分解率低，有废渣、废气或废水产生，有一定的环境或安全负担等不足。
【发明内容】
[0012]为克服现有技术的缺点，本发明提出了以萤石为活化剂、在不对粉煤灰进行煅烧的条件下，以酸和氢氧化钠为分解剂对粉煤灰进行分解处理，使其中的铝、铁元素转化为相应的可溶性盐类，硅转化为硅酸钠的方法。达到简化工艺流程、节约设备投资、降低能源消耗、提高粉煤灰中各有价元素分解率的目的。
[0013]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种粉煤灰的分解方法，其特征在于按下述步骤进行:
(I )、首先将粉煤灰粉碎至一定细度，然后送入一级酸解工序与来自二级酸解工序的酸浸出液混合，在以萤石或工业氟化钙为活化剂的条件下，加入硫酸或盐酸或硝酸进行一级酸解反应，活化剂的使用使粉煤灰中莫来石S1-O-Al键受到破坏，提高了粉煤灰中铝、铁元素的化学活性，在硫酸或盐酸或硝酸作用下将其中的铝、铁元素转化为相应的可溶性盐类，再经过滤分离出含有铝盐、铁盐的酸浸出液；
(2)、将一级酸解工序经过滤所得的一级酸解残渣与来自三级酸解工序的酸浸出液混合，并按步骤(I)所述的酸解方法进行二级酸解反应，反应结束后，经分离收得二级酸解残渣和二级酸浸出液，将二级酸浸出液送一级酸解工序用作配料液，二级酸解残渣送三级酸解工序用于三级酸解配料；
(3)、将二级酸解工序经过滤所得的二级酸解残渣与来自四级酸解工序的酸浸出液混合，并按步骤(I)所述的酸解方法进行三级酸解反应，反应结束后，经分离收得三级酸解残渣和三级酸浸出液；将三级酸浸出液送二级酸解工序用作配料液，三级酸解残渣送四级酸解工序用于四级酸解配料；
(4)、将三级酸解工序经过滤所得的三级酸解残渣与来自五级酸解工序的酸浸出液混合，并按步骤(I)所述的酸解方法进行四级酸解反应，反应结束后，经分离收得四级酸解残渣和四级酸浸出液；将四级酸浸出液送三级酸解工序用作配料液，四级酸解残渣送调模工序;
(5)、调模分二步，第一步调模:将四级酸解残渣经洗涤后与碱解工序所产生的低模数水玻璃混合并反应，使酸解残渣中的活性二氧化硅