专利名称：从粉煤灰或煤矸石中提取氧化铝和非晶态二氧化硅的方法
技术领域：
本发明涉及一种从化石燃料中提取氧化铝的方法，尤其是从粉煤灰或煤矸石中用碱金属硫酸盐分解粉煤灰或煤矸石提取AI2O3，并获得非晶态S^2的方法。技术背景
粉煤灰的主要化学组分为二氧化硅、氧化铝。在我国部分地区粉煤灰中氧化铝含量已超过40%，可做为铝矿资源利用。目前，从粉煤灰中提取氧化铝的工作已经取得大量成果，并部分已投入生产应用。目前，从粉煤灰中提取氧化铝的方法主要涉及碱法、碱石灰烧结法、酸法、酸碱联合法和硫酸铵法。
碱法的原理是在强碱作用下，粉煤灰中的氧化铝与碱作用生成铝酸钠，铝酸钠经水溶得到偏铝酸钠溶液，通过种分或碳分的方法制取氢氧化铝，最后煅烧得到氧化铝。
碱石灰法的原理是在有氧化钙存在条件下，用碱分解粉煤灰，使其中大部分硅与钙反应生成不溶的硅钙化合物，与同时生成的铝酸钠在水溶条件下分离，再由偏铝酸钠溶液制备氧化铝。
酸法工艺是在强酸性条件下，将氧化铝溶出，实现与硅质氧化物的分离，再经进一步除杂获得氧化铝产品。具有代表性的是浓硫酸法和流化床灰的盐酸酸溶法。
酸碱联合法是在酸溶基础上，将得到的酸性铝盐经浓缩结晶-热分解得到含杂质 (铁等)的氧化铝混合物，再经碱溶，分离除铁，得到精制铝酸钠溶液，在此基础上制备氧化 ρ O
CN1868884公开了一种“粉煤灰中提取氧化铝同时联产白炭黑的方法”，将粉煤灰磨粉，活化后加入硫酸铵，再在反应物中加入水，过滤，在滤液中加入氨气，得到氢氧化铝和氢氧化铁混合沉淀，最后用氢氧化钠溶液将氢氧化铝沉淀融解后再通过加种碳分得到纯氢氧化铝，最后烧制的Al2O3。采用硫酸铵为循环介质提取氧化铝，既克服了酸法(硫酸、盐酸) 工艺对设备腐蚀带来的危害和环境保护问题，又提高了氧化铝的提取率。
CN101117228公开了 “一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法”，从粉煤灰中提取氧化铝的方法，涉及一种从粉煤灰中提取氧化铝以及综合利用提取氧化铝后残渣的工艺方法。 其特征在于其方法是将硫酸铵配入粉煤灰进行烧结，所得固体经溶出后得到含硫酸铝铵的溶液，该溶液通过结晶的方法得到固体的硫酸铝铵，固体硫酸铝铵和氨气反应得到氢氧化铝和硫酸铵，通过洗涤过滤，得到固体的氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧后可得到氧化铝产品； 进入液相的硫酸铵经蒸发后，继续循环使用。
CN101734698A公开了 “一种由含铝物料制备氧化铝的方法”由铝土矿、高铁铝土矿、明矾石、高岭土、铝矾土、粉煤灰、煤矸石、铝灰、霞石、粘土等含铝物料制备氧化铝等产品的方法，该方法包括以下步骤(1)将含铝物料破碎，磨细后与硫酸铵混合焙烧；(2)焙烧产物(熟料)水溶、过滤得到硫酸铝铵溶液和滤渣；C3)用氨对硫酸铝铵溶液除铁、沉铝或重结晶制备氧化铝，同时回收硫酸铵；(4)滤渣制备二氧化硅产品，余渣含铁，作为炼铁原料。
这三项发明均采用硫酸铵法提取氧化铝，经硫酸铵分解产生大量氨气，再经历液相吸收形成硫酸铝铵、硫酸盐分解与三氧化硫吸收等多步骤气液过程实现循环。
上述各种从粉煤灰中提取氧化铝方法各有利弊，大多采用腐蚀性极强的强酸、强碱，对设备要求高，生产操作危险大，工艺繁杂。现有的硫酸铵法工艺较复杂，因此，目前工业化生产仍以传统的碱法为主。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述向有技术的不足，提供一种从粉煤灰或煤矸石中提取MO和非晶态SiA的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的
从粉煤灰或煤矸石中提取MO和非晶态SiO2W方法，包括以下顺序和步骤
a、将粉煤灰或经700-1600°C煅烧0. 5-3. 0小时后的煤矸石粉碎至小于200目；
b、按照粉煤灰或煤矸石中氧化铝含量计算所需要的碱金属硫酸盐或碱金属硫酸氢盐的量，按照焦硫酸盐或硫酸氢盐中所含三氧化硫与粉煤灰或煤矸石中所含氧化铝的摩尔比，即三氧化硫/氧化铝的摩尔比为1. 0 6. 0进行配比，经混合均勻，在300 450°C条件下焙烧1 6小时；
C、向上述反应生成的物料中加入水，液固比为5 20L/kg，在60°C以上浸泡搅拌 20 90分钟，趁热进行固液分离，得含有铝、铁、钠、钾的硫酸盐混合溶液和非晶态SW2 ；
d、对含有铝、铁、钠、钾的硫酸盐混合溶液进行除铁，得精制硫酸铝、钠、钾盐溶液， 经蒸发浓缩获得混合的硫酸铝、钠、钾盐晶体；
e、将混合的硫酸铝、钠、钾盐晶体在700 800°C煅烧1_6小时，分解生成的三氧化硫气体经硫酸钠或硫酸钾溶液吸收；
f、对煅烧得到的氧化铝+硫酸钠或硫酸钾用50 100°C的热水溶解，液固比为 10 20L/Kg，经固液分离、洗涤得到氧化铝固体和硫酸钠或硫酸钾溶液；
g、硫酸钠或硫酸钾溶液吸收三氧化硫气体后，经浓缩结晶，获得硫酸氢钠或硫酸氢钾固体，返回到步骤b实现硫氧化物的循环；
h、对步骤f、得到的氧化铝经进一步的淋洗、干燥，在1100 1200°C煅烧温1 4小时，获得冶金级氧化铝产品。
步骤b所述的碱金属硫酸盐选自焦硫酸钠、焦硫酸钾、硫酸氢钠、硫酸氢钾的任一种。
步骤c中所得非晶态SiO2,经与碳酸钠混合烧结、水溶、过滤、对液体酸化、陈化、固液分离洗涤、干燥之后用于制备白碳黑。
有益效果本发明采用的是碱金属焦硫酸盐或碱金属硫酸氢盐分解粉煤灰，由于碱金属焦硫酸盐或碱金属硫酸氢盐在低温不易产生挥发性气体，能够在密闭条件下的进行反应，保证了固相反应的顺利进行，从而提高了氧化铝的提取率，氧化铝提取率高于80%。 本发明的反应条件温和，对设备腐蚀性小，操作安全，不产生废气废水，各种物料循环易于实现，粉煤灰分解彻底，制得的氧化铝产品纯度高，达到国家标准《YS/T 274-1998氧化铝》 对冶金级氧化铝产品的纯度要求。
附图从粉煤灰或煤矸石中提取氧化铝和非晶态二氧化硅的方法工艺流程图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例作进一步的详细说明
从粉煤灰或煤矸石中提取MO和非晶态SiO2W方法，包括以下顺序和步骤
a、将粉煤灰或经700-1600°C煅烧0. 5-3. 0小时后的煤矸石粉碎至小于200目；
b、按照粉煤灰或煤矸石中氧化铝含量计算所需要的碱金属硫酸盐或碱金属硫酸氢盐的量，按照焦硫酸盐或硫酸氢盐中所含三氧化硫与粉煤灰或煤矸石中所含氧化铝的摩尔比，即三氧化硫/氧化铝的摩尔比为1. 0 6. 0进行配比，经混合均勻，在300 450°C条件下焙烧1 6小时；
C、向上述反应生成的物料中加入水，液固比为5 20L/kg，在60°C以上浸泡搅拌 20 90分钟，趁热进行固液分离，得含有铝、铁、钠、钾的硫酸盐混合溶液和非晶态SW2 ；
d、对含有铝、铁、钠、钾的硫酸盐混合溶液进行除铁，得精制硫酸铝、钠、钾盐溶液， 经蒸发浓缩获得混合的硫酸铝、钠、钾盐晶体；
e、将混合的硫酸铝、钠、钾盐晶体在700 800°C煅烧1_6小时，分解生成的三氧化硫气体经硫酸钠或硫酸钾溶液吸收；
f、对煅烧得到的氧化铝+硫酸钠或硫酸钾用50 100°C的热水溶解，液固比为 10 20L/Kg，经固液分离、洗涤得到氧化铝固体和硫酸钠或硫酸钾溶液；
g、硫酸钠或硫酸钾溶液吸收三氧化硫后，经浓缩结晶，获得硫酸氢钠或硫酸氢钾固体，返回到步骤b实现硫氧化物的循环；
h、对步骤f、得到的氧化铝经进一步的淋洗、干燥，在1100 1200°C煅烧温1 4小时，获得冶金级氧化铝产品。
步骤b所述的碱金属硫酸盐选自焦硫酸钠、焦硫酸钾、硫酸氢钠、硫酸氢钾的任一种。
步骤c中所得非晶态SiO2,经与碳酸钠混合烧结、水溶、过滤、对液体酸化、陈化、固液分离洗涤、干燥之后用于制备白碳黑。
原料采用某热电厂产出循环流化床粉煤灰和某电厂产出的煤粉炉粉煤灰，其化学成分如表1所示。
表1粉煤灰化学成分(wt % ) : 1-循环流化床灰，2-煤粉炉粉煤灰
权利要求
1.一种从粉煤灰或煤矸石中提取氧化铝和非晶态二氧化硅的方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤a、将粉煤灰或经700-1600°C煅烧0.5-3. 0小时后的煤矸石粉碎至小于200目；b、按照粉煤灰或煤矸石中氧化铝含量计算所需要碱金属硫酸盐的量，按照碱金属硫酸盐中所含三氧化硫与粉煤灰或煤矸石中所含氧化铝的摩尔比为1. 0 6. 0进行配比，经混合均勻，在300 450°C条件下焙烧1 6小时；c、向上述反应生成的物料中加入水，液固比为5 20L/kg，在60°C以上浸泡搅拌20 90分钟，趁热进行固液分离，得含有铝、铁、钠、钾的硫酸盐混合溶液和非晶态SiO2 ；非晶态 SiO2,经与碳酸钠混合烧结、水溶、过滤、对液体酸化、陈化、固液分离洗涤、干燥之后用于制备白碳黑；d、对含有铝、铁、钠、钾的硫酸盐混合溶液进行除铁，得精制硫酸铝、钠、钾盐溶液，经蒸发浓缩获得混合的硫酸铝、钠、钾盐晶体；e、将混合的硫酸铝、钠、钾盐晶体在700 800°C煅烧1-6小时，分解生成的三氧化硫气体经硫酸钠或硫酸钾溶液吸收；f、对煅烧得到的氧化铝+硫酸钠或硫酸钾用50 100°C的热水溶解，液固比为10 20L/Kg，经固液分离、洗涤得到氧化铝固体和硫酸钠或硫酸钾溶液；g、硫酸钠或硫酸钾溶液吸收煅烧产生的三氧化硫后，经浓缩结晶，获得硫酸氢钠或硫酸氢钾固体，返回到步骤b实现硫氧化物的循环；h、对步骤f、得到的氧化铝经进一步的淋洗、干燥，在1100 1200°C煅烧温1 4小时， 获得冶金级氧化铝产品。
2.按照权利要求1所述的从粉煤灰或煤矸石中提取氧化铝和非晶态二氧化硅的方法， 其特征在于，所述的碱金属硫酸盐选自焦硫酸钠、焦硫酸钾、硫酸氢钠、硫酸氢钾的任一种。
3.按照权利要求1所述的从粉煤灰或煤矸石中提取氧化铝和非晶态二氧化硅的方法， 其特征在于，步骤c中所得非晶态SiO2,经与碳酸钠混合烧结、水溶、过滤、对液体酸化、陈化、固液分离洗涤、干燥之后用于制备白碳黑。
全文摘要
本发明涉及一种从粉煤灰或煤矸石中提取氧化铝和非晶态二氧化硅的方法。将粉煤灰或煤矸石煅烧后粉碎，按粉煤灰中氧化铝含量计算所需碱金属硫酸盐的量，按碱金属硫酸盐中所含三氧化硫与粉煤灰或煤矸石含氧化铝的摩尔比进行配比、焙烧；向反应生成物中加水浸泡搅拌，固液分离，得硫酸盐混合溶液和非晶态SiO2；本发明采用碱金属焦硫酸盐分解粉煤灰，低温不易产生挥发性气体，能够在密闭条件下进行反应，从而提高了氧化铝提取率，氧化铝提取率高于80％。反应条件温和，对设备腐蚀性小，操作安全，不产生废气废水，各种物料循环易于实现，粉煤灰分解彻底，制得的氧化铝产品纯度高，达到《YS/T 274-1998氧化铝》对冶金级氧化铝产品的纯度要求。
文档编号C01F7/02GK102515221SQ20111039434
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者张培萍, 李楠, 杨殿范, 蒋引珊, 薛兵, 魏存弟 申请人:吉林大学