專(zhuān)利名稱(chēng)：一種從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣生產(chǎn)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及從煤矸石中提取氧 化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法。
背景技術(shù)：
煤矸石是我國(guó)目前排放和堆放量最大的固體廢棄物，造成較大的環(huán)境污染和資源 浪費(fèi)。煤矸石的礦物組成主要為高嶺石，其中氧化鋁和二氧化硅含量較高，是一種潛在的礦 物資源。隨著國(guó)家對(duì)冶金級(jí)氧化鋁需求的不斷增加，以及我國(guó)鋁土礦儲(chǔ)量的日漸減少，利用 工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的含鋁礦物資源如粉煤灰、煤矸石等，代替天然鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁等工業(yè)產(chǎn) 品，并形成煤炭-電力-冶金的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，日益引起人們的重視。目前以煤矸石為原料提取氧化鋁的方法有酸法、堿法、酸堿(鹽)聯(lián)合法。由于酸 法在工業(yè)上存在腐蝕設(shè)備、酸不易回收、金屬雜質(zhì)不易去除、環(huán)境污染等缺點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)化推廣 受到了限制。另外采用酸堿(鹽)聯(lián)合法，存在工藝流程長(zhǎng)，生成成本高，產(chǎn)品純度低及環(huán) 境污染的問(wèn)題。堿法工藝大多是將純堿或石灰加入煤矸石進(jìn)行煅燒，最后浸出氧化鋁。由 于二氧化硅的干擾，存在堿耗大、能耗高的問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)性差。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00510048215. 1的“一種用煤矸石生產(chǎn)氧化鋁的方法”， 公開(kāi)了先將煤矸石粉碎，加Na2CO3在700 900°C焙燒后，用NaOH溶液浸取，過(guò)濾殘?jiān)?，濾 液通CO2生成Al (OH) 3沉淀，過(guò)濾、烘干沉淀再經(jīng)高溫脫水得Al2O3產(chǎn)品。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng) 號(hào)為200710017303. 4的“煤矸石中提取氫氧化鋁或氧化鋁及其廢渣生產(chǎn)水泥的方法”，公 開(kāi)了先將煤矸石煅燒，煅燒后產(chǎn)生的偏高嶺石加石灰或電石渣混合加水進(jìn)行蒸壓反應(yīng)，然 后將蒸壓料在800 1000°C下煅燒，煅燒熟料用碳酸鈉溶液浸取，浸取液再經(jīng)脫硅、碳化制 得氫氧化鋁，氫氧化鋁煅燒為氧化鋁。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00710133214. 6的“利用煤 矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸工藝方法”，公開(kāi)了先將煤矸石加純堿堿融，熟料水淬、濕磨，漿料 溶解分離后濾餅再用燒堿堿熔，所得濃漿料加熱得到干粉再溶解，過(guò)濾分離后濾餅再經(jīng)燒 堿溶出，以上三項(xiàng)技術(shù)工藝漿料溶解、干粉溶解、燒堿溶出得到濾液經(jīng)稀釋水解生產(chǎn)氫氧化 鋁，稀釋水解得到濾液分三次碳化，產(chǎn)物分別為氫氧化鋁、硅酸和碳酸氫鈉。以上三項(xiàng)技術(shù) 專(zhuān)利均為堿法，由于煤矸石中二氧化硅含量高，直接提取氧化鋁對(duì)堿的需耗非常大，申請(qǐng)?zhí)?200710133214. 6的專(zhuān)利雖然生產(chǎn)副產(chǎn)品硅酸，但工藝非常繁瑣，經(jīng)濟(jì)性差。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申 請(qǐng)?zhí)枮?00410062965. X的“一種生產(chǎn)氧化鋁的工藝”，公開(kāi)了先期對(duì)高嶺巖、粉煤灰等原料 進(jìn)行活化預(yù)脫硅，然后用石灰石自粉碎燒結(jié)法混合焙燒，碳酸鈉稀堿液浸取，浸取液絡(luò)合反 應(yīng)提純，碳化制得氫氧化鋁，再高溫焙燒為氧化鋁，該發(fā)明先進(jìn)行了預(yù)脫硅，減少了堿耗量， 但是未對(duì)脫除掉的二氧化硅進(jìn)行利用，造成了資源浪費(fèi)，另外該發(fā)明中高嶺巖焙燒活化和 石灰石自粉碎燒結(jié)的溫度都較高，能耗較大。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法。該方法工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、能耗低、物耗量少，同時(shí)制得兩 種含硅產(chǎn)物副產(chǎn)品，且無(wú)廢棄物產(chǎn)生。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn)—種從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，其主要步驟為①將煤矸石粉碎后進(jìn)行高溫焙燒活化；②焙燒后的煤矸石熟料加入氫氧化鈉溶液進(jìn)行堿溶脫硅反應(yīng)，然后過(guò)濾分離，得 到脫硅煤矸石和硅酸鈉溶液；③將石灰乳加入硅酸鈉溶液中，進(jìn)行苛化反應(yīng)，然后過(guò)濾分離得到含水硅酸鈣和 氫氧化鈉溶液，含水硅酸鈣烘干制得活性硅酸鈣微粉，氫氧化鈉溶液濃縮后可返回步驟② 循環(huán)使用；④步驟②得到的脫硅煤矸石中加入磨細(xì)的石灰石和碳酸鈉溶液，送入球磨機(jī)內(nèi)球 磨制成生料漿；⑤將生料漿送入回轉(zhuǎn)窯焙燒，并回收煙氣中的CO2，用于步驟⑧鋁酸鈉精化液的碳 分；⑥生料焙燒后的熟料用水溶出，過(guò)濾分離，得到鋁酸鈉粗液和硅鈣渣，硅鈣渣經(jīng)脫 堿處理后作為水泥原料；⑦用兩段脫硅法對(duì)鋁酸鈉粗液深度脫硅，得到鋁酸鈉精化液；⑧鋁酸鈉精化液中通入CO2碳分，過(guò)濾分離得到氫氧化鋁和碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶 液濃縮后返回步驟④循環(huán)使用；⑨氫氧化鋁高溫煅燒制得氧化鋁產(chǎn)品。在上述方法中，所述煤矸石中Al2O3的含量彡40%, SiO2的含量彡50%。在上述方法中，所述煤矸石粉碎粒度為100 200目。在上述方法中，所述煤矸石焙燒溫度為850 1050°C，焙燒時(shí)間為0. 5 2h。在上述方法中，所述煤矸石脫硅用氫氧化鈉溶液的濃度為12 20%，氫氧化鈉與 煤矸石的質(zhì)量比為0. 4 0. 6，脫硅反應(yīng)溫度為90 120°C，反應(yīng)時(shí)間為1 3小時(shí)。在上述方法中，所述石灰乳加入量按CaO和SiO2摩爾比為1.0 1.3計(jì)，苛化反 應(yīng)溫度為90 110°C，反應(yīng)時(shí)間為0. 5 1. 5小時(shí)。在上述方法中，所述含水硅酸鈣的烘干溫度為200 400°C，烘干時(shí)間為0. 5 2 小時(shí)。在上述方法中，所述生料漿含水率為35 40%，鈣比為2.0 2. 02，堿比為 0. 96 1. O0在上述方法中，所述生料漿在回轉(zhuǎn)窯中焙燒溫度為1160 1260°C，焙燒時(shí)間為 1 1. 5h。在上述方法中，所述熟料溶出溫度為65 75°C，溶出時(shí)間為8 15min ；在上述方法中，所述鋁酸鈉精化液碳分反應(yīng)溫度為75 90°C，碳分終點(diǎn)控制pH為 9. 5 10。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)活化預(yù)脫硅工藝本發(fā)明采用對(duì)煤矸石焙燒活化，控制合理的焙燒溫度和時(shí)間， 使氧化鋁和二氧化硅在堿溶過(guò)程中分離，70%以上二氧化硅進(jìn)入到溶液中被脫除，大大提高煤矸石中的鋁硅比，可達(dá)到3. 5以上。(2)能耗降低煤矸石采用預(yù)焙燒活化，焙燒溫度低于現(xiàn)有技術(shù)，提高其活性，也有 利于氧化鋁提取工藝中生料的焙燒，同時(shí)采用堿石灰燒結(jié)法降低生料的焙燒溫度，縮短生 料焙燒時(shí)間，降低能耗。(3)降低物耗煤矸石采取活化預(yù)脫硅處理，大大降低了二氧化硅的含量，減少氧化 鋁提取工藝中生料焙燒的堿耗量，減少硅鈣渣量，提高整個(gè)工藝生產(chǎn)效率。(4)節(jié)約生產(chǎn)成本本工藝中原料采用廢棄物煤矸石，氫氧化鈉和碳酸鈉均可以循 環(huán)使用，生料焙燒過(guò)程中產(chǎn)生CO2回收利用，降低了生產(chǎn)成本。(5)廢物零排放熟料窯排放的CO2氣體，回收用于碳分工序；氫氧化鈉和碳酸鈉母 液循環(huán)使用；硅鈣渣經(jīng)脫堿處理后作為水泥原料，整個(gè)工藝實(shí)現(xiàn)了廢物零排放。(6)副產(chǎn)品活性硅酸鈣粉白度高、雜質(zhì)含量低，可廣泛用于橡膠、塑料、涂料、造紙 等行業(yè)，使有價(jià)資源得到綜合利用，提高經(jīng)濟(jì)效益。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。


附圖為本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式參看附圖，本發(fā)明的生產(chǎn)步驟為①原料選用含Al20342. 93%,Si0251. 92%的煤矸石，磨細(xì)到200目后，高溫焙燒活 化，焙燒溫度為950°C，保溫時(shí)間2h。②焙燒熟料自然冷卻后，按煤矸石與NaOH質(zhì)量比1 0. 5，加入15%氫氧化鈉溶 液，在110°c下進(jìn)行脫硅反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間2h。反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)行過(guò)濾分離，得到的濾液硅酸鈉 溶液和濾餅脫硅煤矸石。③將石灰乳加入到濾液硅酸鈉溶液中進(jìn)行苛化反應(yīng)，石灰乳加入量按CaO和SiO2 摩爾比為1. 1計(jì)，反應(yīng)溫度90°C，反應(yīng)Ih后過(guò)濾分離，濾液為氫氧化鈉溶液，將其蒸發(fā)濃縮 后返回步驟②循環(huán)使用。濾餅為含水硅酸鈣，在350°C下烘干Ih后制得活性硅酸鈣微粉。④將脫硅后的煤矸石，磨細(xì)的石灰石、循環(huán)碳分母液即碳酸鈉溶液按比例混合，球 磨制備生料漿，生料漿配比鈣比為2. 02，堿比為0. 96，生料漿的含水率為38%。⑤將制好的生料漿送入回轉(zhuǎn)窯焙燒，在1200°C高溫下燒結(jié)lh，并用工業(yè)上成熟的 溶劑法回收焙燒產(chǎn)生的CO2,用于鋁酸鈉精化液的碳分。⑥生料焙燒后的熟料用水溶出，溶出溫度70°C，時(shí)間15min，液固比2 1，過(guò)濾分 離得到濾液為鋁酸鈉粗液，濾餅為硅鈣渣，硅鈣渣經(jīng)脫堿處理后作為水泥原料。⑦用現(xiàn)有成熟技術(shù)兩段脫硅法對(duì)鋁酸鈉粗液進(jìn)行深度脫硅，得到鋁酸鈉精化液。⑧脫硅后的鋁酸鈉精化液在碳分塔中碳分，所用CO2來(lái)自于回轉(zhuǎn)窯煙氣中CO2的回 收提純，碳分溫度為80°C，終點(diǎn)pH值為10，過(guò)濾分離后得到氫氧化鋁和碳酸鈉溶液，碳酸鈉 溶液濃縮后返回步驟④循環(huán)使用。⑨氫氧化鋁按現(xiàn)有成熟技術(shù)高溫煅燒制得氧化鋁產(chǎn)品。
權(quán)利要求
一種從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，其主要步驟為①將煤矸石粉碎后進(jìn)行高溫焙燒活化；②焙燒后的煤矸石熟料加入氫氧化鈉溶液進(jìn)行堿溶脫硅反應(yīng)，然后過(guò)濾分離，得到脫硅煤矸石和硅酸鈉溶液；③將石灰乳加入硅酸鈉溶液中，進(jìn)行苛化反應(yīng)，然后過(guò)濾分離得到含水硅酸鈣和氫氧化鈉溶液，含水硅酸鈣烘干制得活性硅酸鈣微粉，氫氧化鈉溶液濃縮后可返回步驟②循環(huán)使用；④步驟②得到的脫硅煤矸石中加入磨細(xì)的石灰石和碳酸鈉溶液，送入球磨機(jī)內(nèi)球磨制成生料漿；⑤將生料漿送入回轉(zhuǎn)窯焙燒，并回收煙氣中的CO2，用于步驟⑧鋁酸鈉精化液的碳分；⑥生料焙燒后的熟料用水溶出，過(guò)濾分離，得到鋁酸鈉粗液和硅鈣渣，硅鈣渣經(jīng)脫堿處理后作為水泥原料；⑦用兩段脫硅法對(duì)鋁酸鈉粗液深度脫硅，得到鋁酸鈉精化液；⑧鋁酸鈉精化液中通入CO2碳分，過(guò)濾分離得到氫氧化鋁和碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液濃縮后返回步驟④循環(huán)使用；⑨氫氧化鋁高溫煅燒制得氧化鋁產(chǎn)品。
2.按照權(quán)利要求1所述的從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，其特征在 于，所述煤矸石中Al2O3的含量彡40%, SiO2的含量彡50%。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，其特征 在于，所述煤矸石粉碎粒度為100 200目。
4.按照權(quán)利要求3所述的從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，其特征在 于，所述煤矸石焙燒溫度為850 1050°C，焙燒時(shí)間為0. 5 2h。
5.按照權(quán)利要求4所述的從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，其特征在 于，所述煤矸石脫硅用氫氧化鈉溶液的濃度為12 20%，氫氧化鈉與煤矸石的質(zhì)量比為 0.4 0.6，脫硅反應(yīng)溫度為90°C 120°C，反應(yīng)時(shí)間為1 3小時(shí)。
6.按照權(quán)利要求5所述的從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，其特征在 于，所述石灰乳加入量按CaO和SiO2摩爾比為1.0 1.3計(jì)，苛化反應(yīng)溫度為90 110°C， 反應(yīng)時(shí)間為0. 5 1. 5小時(shí)。
7.按照權(quán)利要求6所述的從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，其特征在 于，所述含水硅酸鈣的烘干溫度為200 400°C，烘干時(shí)間為0. 5 2小時(shí)。
8.按照權(quán)利要求7所述的從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，其特征在 于，所述生料漿含水率為35 40%，鈣比為2. 0 2. 02，堿比為0. 96 1. 0。
9.按照權(quán)利要求8所述的從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，其特征在 于，所述生料漿在回轉(zhuǎn)窯中焙燒溫度為1160 1260°C，焙燒時(shí)間為1 1. 5h。
10.按照權(quán)利要求9所述的從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，其特征在 于，所述熟料溶出溫度為65 75°C，溶出時(shí)間為8 15min ；
11.按照權(quán)利要求10所述的從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，其特征在 于，所述鋁酸鈉精化液碳分反應(yīng)溫度為75 90°C，碳分終點(diǎn)控制pH為9. 5 10。
全文摘要
一種從煤矸石中提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣的方法，涉及氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣生產(chǎn)的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要步驟為將煤矸石粉碎后焙燒活化；煤矸石熟料進(jìn)行堿溶脫硅反應(yīng)，得到脫硅煤矸石和硅酸鈉溶液；硅酸鈉溶液苛化反應(yīng)得到含水硅酸鈣和氫氧化鈉溶液，含水硅酸鈣烘干制得活性硅酸鈣微粉；脫硅煤矸石中加入石灰石和碳酸鈉溶液球磨制成生料漿；生料漿焙燒后的熟料用水溶出，得到鋁酸鈉粗液和硅鈣渣，硅鈣渣經(jīng)處理后作為水泥原料；鋁酸鈉粗液深度脫硅得到鋁酸鈉精化液；鋁酸鈉精化液中通入CO2碳分，得到氫氧化鋁和碳酸鈉溶液；氫氧化鋁煅燒制得氧化鋁產(chǎn)品。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、能耗低、物耗量少，同時(shí)制得兩種含硅產(chǎn)物副產(chǎn)品，且無(wú)廢棄物產(chǎn)生。
文檔編號(hào)C01B33/24GK101941725SQ20091008924
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者姚強(qiáng), 孫俊民, 孟德潤(rùn), 張戰(zhàn)軍, 張曉云, 曹慧芳, 湯樂(lè)萍, 項(xiàng)光明 申請(qǐng)人:同方環(huán)境股份有限公司