专利名称：一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法
技术领域：
本发明涉及一种工业固体废弃物处理利用生产氧化铝的方法，尤其涉及 一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法。
技术背景粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃物。目前，我国粉煤灰年排放量上亿 吨，我国粉煤灰的总堆存量有十几亿吨。大量粉煤灰的排放不仅侵占大量土 地，而且严重污染环境，构成了对生态和环境的双重破坏。因此开展粉煤灰 的综合利用具有重大现实意义和长远战略意义。同样，我国是一个铝资源不富有的国家，有资料报道了我国45种主要矿产对2010年需求的保证程度， 有10种矿产属于不能保证，其中包括铝土矿。按着目前氧化铝产量的增长速 度和铝土矿开采、利用中的浪费，即使考虑到远景储量，我国的铝土矿的年 限也很难达到50年。所以，解决这种资源危机的方法有两种 一是合理利用 现有铝土矿资源；二是积极找寻并利用其他含铝资源。而氧化铝是粉煤灰的 主要成分之一，其质量分数一般为15%~40%，最高可达58%。所以，开展从 粉煤灰中提取氧化铝的研究工作可以解决粉煤灰的污染，变废为宝。目前，从粉煤灰中提取氧化铝的研究比较成熟的有石灰石烧结法和碱石灰 烧结法，此两者通称为碱法。2004年12月内蒙古自治区科技厅召开了蒙西高 新技术集团有限公司研究开发的"粉煤灰提取氧化铝联产水泥产业化技术"项 目科技成果鉴定会，采用的就是改进的碱石灰烧结法，该集团自主完成了近 5000吨级的中试，并取得多项专利。但碱法提取粉煤灰中氧化铝也存在一些 问题，主要是①烧结法产生的硅钙渣，只能用做水泥原料，每生产1吨的氧 化铝要产生数倍于粉煤灰的硅钙渣，而水泥有其相应的销售半径，如果当地 没有大型的水泥工业支持将会造成二次污染；②烧结法只提取了粉煤灰中的 氧化铝，其二氧化硅的利用价值低。③烧结法处理粉煤灰设备投资大，能耗 高，成本高。由于粉煤灰的铝硅比很低， 一般都小于l，所以采用酸法处理粉煤灰原则 上更合理。酸法浸出粉煤灰中的氧化铝，可以使生成的铝盐进入溶液，硅不 与酸反应，完全在固相渣中。酸法处理粉煤灰可以克服烧结法的不足，不会 产生多于原料粉煤灰的固体废物，而且提取氧化铝后，二氧化硅会富集，渣 中其含量能达到80~90% (按氧化铝浸出率85%计)，这样更有利于其利用。 由于粉煤灰是经过高温燃烧后迅速冷却，所以玻璃相占很大比例，其化学活 性很低。因此，要提高粉煤灰中氧化铝的提取率就要从提高粉煤灰的化学活 性入手。目前资料报道的方法是在酸浸反应中加入氟化物助溶，使硅与氟结 合，达到释放其中氧化铝的目的，但在助溶的过程中可能会产生HF等有害气 体，在去氟纯化的过程中又会排出含氟废液和废渣，不但会污染环境，而且 会造成对操作人员的安全隐患。 发明内容为解决上述技术问题本发明提供一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，目 的不添加任何助剂，使粉煤灰中氧化铝提取率高，节省能源。为实现上述目的本发明一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，它包括下述 步骤将粉煤灰机械活化；将机械活化后的粉煤灰与水按照l: 0.5 2.5混合，
加入重量比为1~3.5的浓硫酸在反应釜中反应，加热至120°C~250°C，压力为 0.11MPa 0.5MPa，反应时间lh 8h;反应降温后固液分离，得到硫酸铝液体， 蒸发浓縮后冷却，析出硫酸铝晶体；硫酸铝晶体脱水得到干式硫酸铝；干式 硫酸铝分解得到Y-Al203和S03;将粗，Al203在碱溶液中溶解，固液分离后 得到纯净的铝酸钠溶液；向铝酸钠溶液中加入氢氧化铝晶种析出氢氧化铝， 种分后的碱液经蒸浓后可循环溶解制得的粗"A1203;制备的氢氧化铝煅烧得 到冶金级氧化铝。所述的机械活化是采用振动磨、立式磨、行星磨或高能球磨中的一种进 行研磨，研磨到100-800目。所述的反应釜的内衬为耐酸瓷砖、搪瓷、玻璃、氟塑料、聚四氟乙烯中 的一种。所述的粉煤灰与酸反应后，硫酸铝溶液与渣的固液分离采用絮凝沉降、加压过滤或减压过滤中的一种。所述的液体硫酸铝蒸发浓縮采用常压或减压蒸发。所述的硫酸铝晶体脱水是在200 °C -400 °C煅烧得到干式硫酸铝。所述的干式硫酸铝在500-900。C的温度下，加入60°/。~90%的空气，煅烧得到Y-Al203和S03。所述的SCb用浓硫酸吸收制备硫酸。所述的，A1203含有杂质，将粗，A1203在120°C~260'C下用 Na2O150g/L~200g/L的碱溶液加压溶解，铝进入液相形成铝酸钠溶液，杂质存 在与固相中，固液分离后得到纯净的铝酸钠溶液。所述的向铝酸钠溶液中加入氢氧化铝晶种，按拜尔法工艺条件晶种分解,
得到氢氧化铝。所述的氢氧化铝在100(TC 120(rC下煅烧，得到冶金级氧化铝。所述的浓硫酸在反应釜中的硫酸浓度降至20%-75%。所述粉煤灰与水加入反应釜中，浓硫酸加入到到反应釜连接的耐压容器 内，高压系统封闭后使浓硫酸流入粉煤灰与水混合的反应釜中。本发明的优点效果本发明采用新的粉煤灰活化技术，不添加任何助剂, 可使粉煤灰中氧化铝有效浸出，氧化铝的浸出率可达到90%以上。本发明利 用浓硫酸稀释热，可使反应釜内温度升高，形成高压，强化粉煤灰中氧化铝 的浸出，节约能源。本发明工艺流程中实现了酸循环和碱的循环，整个过程 没有废气、废液、废渣的排出。本发明反应条件为硫酸浓度20%~75%，温度 120。C 250。C，此条件下设备容易解决，利于产业化。
图l为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例l原料粉煤灰组成为A1203: 41%、 Si02: 48%、 Fe203: 3.3%、 CaO: 3.3%、 Ti02: 1.3%、 MgO: 0.2%。原料粉煤灰的组成也可以采用其它组成成分及具 体用量，任何常规的粉煤灰均可以，这不能用于限定本发明的保护范围。将粉煤灰机械活化，用振动磨研磨至200目，与水按照l: l混合置于耐 酸高压反应釜中，将重量比为1.5的浓硫酸置于与反应釜连接的另一耐压容器 内，高压系统封闭后使浓硫酸流入粉煤灰与水混合的反应釜中，反应釜为内 衬为耐酸瓷砖，加热至180°C，压力为0.29MPa，反应时间2h,反应降温后
固液分离，得到硫酸铝液体，硫酸铝溶液与渣的固液分离设备采用絮凝沉降， 蒸发浓縮后冷却，析出硫酸铝晶体，液体硫酸铝蒸发浓縮采用常压蒸发，蒸发设备内衬为有机材料，取部分浸出后渣洗涤至中性，分析其中八1203和&02 含量，计算粉煤灰中氧化铝的浸出率达88.2%，硫酸铝晶体在40(TC下脱水3h， 得到干式硫酸铝，配入80%空气的，在85(TC下煅烧3h，干式硫酸铝完全分 解，得到Y-Al2Cb和S03， S03在工业制备硫酸的方法用浓硫酸吸收，实现硫 酸的循环利用。煅烧得到的粗？Al203在20(TC下用Na2O180g/L的碱溶液加压溶解，固 液分离后得到纯净的铝酸钠溶液。向铝酸钠溶液中加入氢氧化铝晶种，分解 初温75。C、终温54'C，种子比2.5，苛性碱浓度150gT1,分解时间48h，析 出氢氧化铝后的碱液经蒸发浓縮后可循环溶解制得的粗，A1203，实现碱的循 环利用，制备的氢氧化铝在115(TC煅烧得到符合标准的冶金级氧化铝。实施例2将实施例1中的原料粉煤灰机械活化，在立式磨中研磨至300目，与水 按照l: 1.5混合置于耐酸高压反应釜中，将重量比为2的浓硫酸置于与反应 釜连接的另一耐压容器内，高压系统封闭后使浓硫酸流入粉煤灰与水混合的 反应釜中，反应釜的内衬为耐酸搪瓷，加热至205"，压力为0.35MPa，反应 时间1.5h，反应降温后固液分离，得到硫酸铝液体，硫酸铝溶液与渣的固液 分离设备采用加压过滤，蒸发浓縮后冷却，析出硫酸铝晶体，液体硫酸铝蒸 发浓縮采用减压蒸发，蒸发设备内衬为有机材料，取部分浸出后渣洗涤至中 性，分析其中八1203和Si02含量，计算粉煤灰中氧化铝的浸出率达91.6%; 硫酸铝晶体在40(TC下脱水3h，得到干式硫酸铝。配入90%空气的，在820'C
下煅烧5h，干式硫酸铝完全分解，得到y-Al203和S03。 S03在工业制备硫酸的方法用浓硫酸吸收，实现硫酸的循环利用。
煅烧得到的粗，Al203在22(TC下用Na2O150g/L的碱溶液加压溶解，固 液分离后得到纯净的铝酸钠溶液。向铝酸钠溶液中加入氢氧化铝晶种，分解 初温80。C、终温48。C，种子比2.5，苛性碱浓度150g'l",分解时间60h，析 出氢氧化铝后的碱液经蒸浓后可循环溶解制得的粗y_A1203，实现碱的循环利 用。制备的氢氧化铝在110(TC煅烧得到符合标准的冶金级氧化铝。
实施例3将实施例1中的原料将粉煤灰机械活化，在行星磨研磨至150目，与水 按照1: 0.5混合置于耐酸高压反应釜中，将重量比为1的浓硫酸置于与反应 釜连接的另一耐压容器内，高压系统封闭后使浓硫酸流入粉煤灰与水混合的 反应釜中，反应釜的内衬为耐酸玻璃，加热至12(TC，压力为0.11MPa，在保 温8h。反应降温后固液分离，得到硫酸铝液体，硫酸铝溶液与渣的固液分离 设备减压过滤，蒸发浓縮后冷却，析出硫酸铝晶体，液体硫酸铝蒸发浓缩采 用常压蒸发，蒸发设备内衬为有机材料。取部分浸出后渣洗涤至中性，分析 其中^203和Si02含量，计算粉煤灰中氧化铝的浸出率达85.6%。硫酸铝晶体在400"C下脱水2.5h，得到干式硫酸铝。配入60%空气的，在 80(TC下煅烧6h，干式硫酸铝完全分解，得到？Al203和S03。 S03在工业制 备硫酸的方法用浓硫酸吸收，实现硫酸的循环利用。煅烧得到的粗1^\1203在12(TC下用Na2O200g/L的碱溶液加压溶解，固 液分离后得到纯净的铝酸钠溶液。向铝酸钠溶液中加入氢氧化铝晶种，分解 初温75'C、终温54。C，种子比2.5，苛性碱浓度150g'l'1，分解时间48h，析
出氢氧化铝后的碱液经蒸浓后可循环溶解制得的粗，A1203，实现碱的循环利 用。制备的氢氧化铝在100(TC煅烧得到符合标准的冶金级氧化铝。 实施例4将实施例1中的原料粉煤灰机械活化，在高能球磨研磨至500目，与水按 照l: 2.5混合置于耐酸高压反应釜中，将重量比为3.5的浓硫酸置于与反应 釜连接的另一耐压容器内，高压系统封闭后使浓硫酸流入粉煤灰与水混合的 反应釜中，反应釜的内衬为耐酸氟塑料，加热至250'C，压力为0.5MPa，在 保温lh。反应降温后固液分离，得到硫酸铝液体，硫酸铝溶液与渣的固液分 离设备采用絮凝沉降，蒸发浓縮后冷却，析出硫酸铝晶体，液体硫酸铝蒸发 浓縮采用常压蒸发，蒸发设备内衬为有机材料。取部分浸出后渣洗涤至中性， 分析其中Ab03和Si02含量，计算粉煤灰中氧化铝的浸出率达93.5%。硫酸铝晶体在40(TC下脱水2.5h，得到干式硫酸铝。配入90%空气的，在 800。C下煅烧6h，干式硫酸铝完全分解，得到，Al203和S03。 S03在工业制 备硫酸的方法用浓硫酸吸收，实现硫酸的循环利用。煅烧得到的粗"Al203在200"C下用Na2O180g/L的碱溶液加压溶解，固 液分离后得到纯净的铝酸钠溶液。向铝酸钠溶液中加入氢氧化铝晶种，分解 初温75。C、终温54'C，种子比2.5，苛性碱浓度150g'l"，分解时间48h，析 出氢氧化铝后的碱液经蒸浓后可循环溶解制得的粗，A1203，实现碱的循环利 用。制备的氢氧化铝在120(TC煅烧得到符合标准的冶金级氧化铝。 实施例5实施例1中的反应釜的内衬为耐酸聚四氟乙烯，其它同实施例1。
权利要求
1、一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在于包括下述步骤将粉煤灰机械活化；将机械活化后的粉煤灰与水按照1∶0.5～2.5混合，加入重量比为1～3.5的浓硫酸在反应釜中反应，加热至120℃～250℃，压力为0.11MPa～0.5MPa，反应时间1h～8h；反应降温后固液分离，得到硫酸铝液体，蒸发浓缩后冷却，析出硫酸铝晶体；硫酸铝晶体脱水得到干式硫酸铝；干式硫酸铝分解得到γ-Al2O3和SO3；将粗γ-Al2O3在碱溶液中溶解，固液分离后得到纯净的铝酸钠溶液；向铝酸钠溶液中加入氢氧化铝晶种析出氢氧化铝，种分后的碱液经蒸浓后可循环溶解制得的粗γ-Al2O3；制备的氢氧化铝煅烧得到冶金级氧化铝。
2、 根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在 于所述的机械活化是采用振动磨、立式磨、行星磨或高能球磨中的一种进行 研磨，研磨到100-800目。
3、 根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在 于所述的反应釜的内衬为耐酸瓷砖、搪瓷、玻璃、氟塑料、聚四氟乙烯中的 一种。
4、 根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在 于所述的粉煤灰与酸反应后，硫酸铝溶液与渣的固液分离采用絮凝沉降、加 压过滤或减压过滤中的一种。
5、 根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在 于所述的液体硫酸铝蒸发浓縮采用常压或减压蒸发。
6、 根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在 于所述的硫酸铝晶体脱水是在20(TC-40(TC煅烧得到干式硫酸铝。
7、 根据权利要求6所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征是 所述的干式硫酸铝在500-卯0。C温度下，加入60%~卯％的空气，煅烧得到 -1203和S03。
8、 根据权利要求1或7所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征在于所述的S03用浓硫酸吸收制备硫酸。
9、 根据权利要求1或7所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特 征在于所述的，A1203含有杂质，将粗，A1203在12(TC 260。C下用 Na2O150g/L 200g/L的碱溶液加压溶解，铝进入液相形成铝酸钠溶液，杂质存 在与固相中，固液分离后得到纯净的铝酸钠溶液。
10、 根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征 在于所述的向铝酸钠溶液中加入氢氧化铝晶种，按拜尔法工艺条件晶种分解， 得到氢氧化铝。
11、 根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征 在于所述的氢氧化铝在1000。C 120(TC下煅烧，得到冶金级氧化铝。
12、 根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征 在于所述的浓硫酸在反应釜中的硫酸浓度降至20%-75%。
13、根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法，其特征 在于所述粉煤灰与水加入反应釜中，浓硫酸加入到到反应釜连接的耐压容器 内，高压系统封闭后使浓硫酸流入粉煤灰与水混合的反应釜中。
全文摘要
本发明公开了一种工业固体废弃物处理利用生产氧化铝的方法，尤其涉及一种利用粉煤灰制备氧化铝的方法。它包括下述步骤将粉煤灰机械活化；将活化后的粉煤灰与水和浓硫酸在反应釜中反应，加热、加压反应；反应降温后固液分离，得到硫酸铝液体，蒸发浓缩后冷却，析出硫酸铝晶体；硫酸铝晶体脱水分解得到γ-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>和SO<sub>3</sub>；将粗γ-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>在碱溶液中溶解，固液分离后得到纯净的铝酸钠溶液；向铝酸钠溶液中加入氢氧化铝晶种析出氢氧化铝，种分后的碱液经蒸浓后可循环溶解制得的粗γ-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>；制备的氢氧化铝煅烧得到冶金级氧化铝。本发明不添加任何助剂，可使粉煤灰中氧化铝有效浸出，氧化铝的浸出率可达到90％以上，节约能源。
文档编号C01F7/02GK101397146SQ20071001299
公开日2009年4月1日 申请日期2007年9月29日 优先权日2007年9月29日
发明者刘瑛瑛, 周凤禄, 李来时, 翟玉春 申请人:沈阳铝镁设计研究院