專利名稱：一種利用電廠粉煤灰制取氧化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬冶金領(lǐng)域，涉及ー種利用電廠粉煤灰制取氧化鋁的方法。
背景技術(shù)：
粉煤灰作為燃煤電廠的固體排放物，毎年產(chǎn)出總量已超過(guò)2億噸，累計(jì)堆存超過(guò)25億噸，粉煤灰的堆放占用大量土地，并對(duì)臨近地區(qū)的農(nóng)業(yè)以及人類健康造成危害。粉煤灰中主要成分是A1203、SiO2和Fe2O3等，其中Al2O3含量為20 40%，利用粉煤灰作為原料提取氧化鋁等有用物質(zhì)，及解決了粉煤灰對(duì)環(huán)境造成的污染問(wèn)題，也解決了氧化鋁資源短缺的問(wèn)題，意義很大。氧化鋁的生產(chǎn)方法到目前為止主要有堿法和酸法兩大類，利用粉煤灰提取氧化 鋁，許多研究者也是沿用這兩條路線。上世紀(jì)60年代，波蘭曾采用堿石灰燒結(jié)法用粉煤灰提取氧化鋁，建成了年產(chǎn)5000噸氧化鋁和35萬(wàn)噸水泥的實(shí)驗(yàn)エ廠。澳大利亞墨爾本的聯(lián)邦科學(xué)與エ業(yè)研究組織提出了堿式硫酸鋁法，用硫酸鋁溶液溶出高硅鋁土礦，得到堿式硫酸鋁，堿式硫酸鋁在1150°C下煅燒得到氧化鋁和SO3,體，SO3,體用于制硫酸返回繼續(xù)使用。法國(guó)彼施涅公司發(fā)明了用濃硫酸和鹽酸相結(jié)合的酸法處理粘土和煤頁(yè)巖，即用濃硫酸處理含鋁原料得到硫酸鋁，然后用鹽酸溶解硫酸鋁并通入HCl氣體使溶液飽和析出六水氯化鋁，六水氯化鋁在1100-1200°C下煅燒得到氧化鋁和HCl氣體，HCl氣體返回系統(tǒng)循環(huán)使用。進(jìn)入21世紀(jì)隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的強(qiáng)烈要求和鋁礦資源日漸匱乏，人們對(duì)粉煤灰提取氧化鋁的性趣得到進(jìn)ー步提升。我國(guó)的許多研究人員也開展了大量研究工作。專利CN101284668A、CN101070173A公開了石灰石燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的方法，專利CN1792802、CN1923695A、CN101100304A、CN101397146A 公開了濃硫酸浸出粉煤灰得到硫酸鋁，然后煅燒硫酸鋁得到含有雜質(zhì)的氧化鋁和SO3,體，然后再用拜耳法處理該含雜質(zhì)的氧化鋁的方法。CN101811711A公開了用鹽酸浸出粉煤灰得到含結(jié)晶水的氯化鋁，然后焙燒含結(jié)晶水的氯化鋁得到不純的氧化鋁和HCl氣體，再用拜耳法處理該氧化鋁的方法，硫酸便宜，揮發(fā)性和腐蝕性都小，所以對(duì)硫酸法的研究較多。每分子硫酸鋁帶有18 24個(gè)結(jié)晶水，氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為13 15%，煅燒這種結(jié)晶產(chǎn)物熱耗大、易熔化，而且廢氣中SO2和SO3體積分?jǐn)?shù)低，不利于回收硫酸。加之得到的氧化鋁純度不高，需要再用拜耳法進(jìn)行處理，成本較高。堿石灰燒結(jié)法處理粉煤灰最大的困擾是粉煤灰得鋁硅比較低，需要使用較大量的堿石灰，大量的鋁原料進(jìn)入赤泥，氧化鋁的回收率較低，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有利用粉煤灰提取氧化鋁エ藝成本高的問(wèn)題，本發(fā)明提供ー種利用電廠粉煤灰制取氧化鋁的新方法，本發(fā)明按以下步驟進(jìn)行
將粉煤灰研磨至100-200 u m ;用水漂去其中的碳粉，然后干燥，按I : (3 8)的質(zhì)量比，將粉煤灰與75-98%的硫酸混合均勻，在100 350°C下浸出I 3小時(shí)；過(guò)濾經(jīng)硫酸浸出的粉煤灰，使余酸與濾渣分離；按I : (3 5)的質(zhì)量比，將濾渣與水混合，在50 90°C下煮溶30 60分鐘，溶出反應(yīng)物；過(guò)濾除去殘?jiān)?，得到硫酸鋁溶液；將硫酸鋁蒸發(fā)結(jié)晶或?qū)⒘蛩徜X溶液濃縮至密度為I. 4g/ml ;用15 38%鹽酸與硫酸鋁混合；然后通入HCl氣體使溶液飽和，得到AlCl3 6H20晶體析出；將AlCl3 6H20晶體與氫氧化銨溶液或液氨或碳酸氫銨溶液混合，經(jīng)過(guò)反應(yīng)，得到氫氧化鋁和氯化銨溶液；氫氧化鋁在1100 1200°C煅燒，得到氧化鋁；將氯化銨溶液與氧化鎂或氫氧化鎂混合加熱到100 136°C，蒸發(fā)得到氨氣和氯化鎂晶體，將氯化鎂加熱到200 250°C，分解得到HCl氣體和氧化鎂晶體，氨氣、氧化鎂、鹽酸返回系統(tǒng)循環(huán)使用。本發(fā)明具有粉煤灰中硅不參與反應(yīng)，氯化鋁飽和析出純度高等優(yōu)點(diǎn)，采用氨水解的方法直接得到氫氧化鋁，簡(jiǎn)化了エ藝步驟。本發(fā)明在制造氫氧化鋁過(guò)程中均是在較低的溫度下進(jìn)行，煅燒氫氧化鋁的余熱可 以用于前段各エ序加熱，能源利用率高，生產(chǎn)成本低，設(shè)備易實(shí)現(xiàn)，并可得到白炭黑、氯化鉄、氯化鎵、四氯化鈦等有用的副產(chǎn)品。


圖I為本發(fā)明方法氨水與氯化鋁水解的エ藝流程 圖2為本發(fā)明方法碳酸氫銨與氯化鋁水解的エ藝流程圖。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)ー步說(shuō)明本發(fā)明的方法，所使用的粉煤灰為錦州發(fā)電廠脫硫粉煤灰，其主要化學(xué)成分按表I所示。表I粉煤灰主要成分(質(zhì)量百分含量％)
Al2O, TsiO2 [Fe2O3 [CaO ITiO9 IMgO ]MnO ]其它41. 20 ]48. 49 [3. 37 [3. 31 1:1. 30 10. 20]0. 013 [2. 117
實(shí)施例I:
取粉煤灰1000克，研磨至100 u m,將粉煤灰與質(zhì)量百分含量75%的硫酸2600ml混合，在100°C下浸出I小時(shí)；過(guò)濾經(jīng)硫酸浸出的粉煤灰，使余酸與濾渣分離。向?yàn)V渣中加入3000ml的水，在50°C下煮溶30分鐘，溶出反應(yīng)物，過(guò)濾除去殘?jiān)玫搅蛩徜X溶液。將硫酸鋁溶液加熱濃縮至1000ml，加入15%鹽酸5500ml，然后通入HCl氣體，析出氯化鋁晶體，過(guò)濾得到1853克氯化鋁晶體。用NH3含量25%wt氫氧化銨溶液1750ml，與氯化鋁溶液反應(yīng)，得到氫氧化鋁沉淀和氯化銨溶液。過(guò)濾后在1100°C下焙燒氫氧化鋁晶體得到Al2O3晶體358. 5克，純度為99. 3%，符合YS/T274-1998標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算粉煤灰的Al2O3溶出率為86. 4%。濾液與460克氧化鎂晶體混合在100°C下加熱，得到氯化鎂晶體2275克，蒸發(fā)的氣體通入IOOml蒸餾水中，5秒鐘蒸餾水顯示藍(lán)色，然后將氨蒸汽在2000ml蒸餾水中收集，得到2336ml含量18. 6%wt的氨水溶液。取2176克MgCl2WH2O晶體在200°C下加熱，氯化鎂晶體脫水，然后放出氯化氫氣體，氯化氫體通入2100ml蒸餾水中收集，得到2351ml 29%的鹽酸溶液和460克氧化鎂粉末。實(shí)施例2:取粉煤灰1000克，研磨至125 u m，將粉煤灰與質(zhì)量百分含量80%的硫酸6000ml混合，在150°C下浸出I. 5小時(shí)；過(guò)濾經(jīng)硫酸浸出的粉煤灰，使余酸與濾渣分離。向?yàn)V渣中加入3500ml的水，在60°C下煮溶40分鐘，溶出反應(yīng)物，過(guò)濾除去殘?jiān)?，得到硫酸鋁溶液。將硫酸鋁溶液蒸發(fā)結(jié)晶，得2719克A12(S04)3*18H20晶體，將硫酸鋁晶體與32%鹽酸4500ml混合，然后通入HCl氣體，析出氯化鋁晶體，過(guò)濾得到1916克氯化鋁晶體。用NH3含量25%wt氫氧化銨溶液1750ml，與氯化鋁溶液反應(yīng)，得到氫氧化鋁沉淀和氯化銨溶液。過(guò)濾后在1125°C下焙燒氫氧化鋁晶體得到Al2O3晶體382克，純度為99. 6%，符合YS/T274-1998標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算粉煤灰的Al2O3溶出率為92. 7%。濾液與500克氧化鎂晶體混合在107°C下加熱，得到氯化鎂晶體2176克，蒸發(fā)的氣體通入1800ml蒸餾水中收集，得到2145ml含量20. 3%wt的氨水溶液。取2176克MgCl2 WH2O晶體在220°C下加熱，氯化鎂晶體脫水，然后放出氯化氫氣體，氯化氫體通入1 800ml蒸餾水中收集，得到2105ml 32%的鹽酸溶液和500克氧化鎂粉末。實(shí)施例3:
取粉煤灰1000克，研磨至150 u m,將粉煤灰與質(zhì)量百分含量90%的硫酸3500ml混合，在200°C下浸出2小時(shí)；過(guò)濾經(jīng)硫酸浸出的粉煤灰，使余酸與濾渣分離。向?yàn)V渣中加入4000ml的水，在70°C下煮溶45分鐘，溶出反應(yīng)物，過(guò)濾除去殘?jiān)?，得到硫酸鋁溶液。將硫酸鋁溶液加熱濃縮至1000ml，加入25%鹽酸3500ml，然后通入HCl氣體，析出氯化鋁晶體，過(guò)濾得到1911克氯化鋁晶體。取液氨400g，將氯化鋁加入水2500ml溶解，將液氨與氯化鋁溶液混合得到氫氧化鋁沉淀和氯化銨溶液。過(guò)濾后在1150°C下焙燒氫氧化鋁晶體得到Al2O3晶體380克，純度為99. 2%，符合YS/T274-1998標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算粉煤灰的Al2O3溶出率為91. 5%。濾液與500克氧化鎂晶體混合在118°C下加熱，得到氯化鎂晶體2168克，蒸發(fā)的氣體2300ml蒸餾水中收集，得到2569ml含量17. 3%wt的氨水溶液。取2168克MgCl2*6H20晶體在235°C下加熱，氯化鎂晶體脫水，然后放出氯化氫氣體，氯化氫體通入2500ml蒸餾水中收集，得到2443ml 28%的鹽酸溶液和500克氧化鎂粉末。實(shí)施例4
取粉煤灰1000克，研磨至175 ilm，將粉煤灰與質(zhì)量百分含量95%的硫酸4000ml克混合，在250°C下浸出2. 5小時(shí)；過(guò)濾經(jīng)硫酸浸出的粉煤灰，使余酸與濾渣分離。向?yàn)V渣中加入4500ml的水，在80°C下煮溶50分鐘，溶出反應(yīng)物，過(guò)濾除去殘?jiān)玫搅蛩徜X溶液。將硫酸鋁溶液蒸發(fā)結(jié)晶，得2725克Al2 (S04) 3* 18H20晶體，將硫酸鋁晶體與32%鹽酸3000ml混合，然后通入HCl氣體，析出氯化鋁晶體，過(guò)濾得到1813克氯化鋁晶體。用NH3含量21%wt碳酸氫銨1800ml，加入水8500ml溶解，將氯化鋁加入水2500ml溶解，將碳酸氫銨溶液與氯化鋁溶液混合得到氫氧化鋁沉淀和氯化銨溶液。過(guò)濾后在1175°C下焙燒氫氧化鋁晶體得到Al2O3晶體390. I克，純度為99. 5%，符合YS/T274-1998標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算粉煤灰的Al2O3溶出率為94. 2%。濾液與700克氫氧化鎂晶體混合在128°C下加熱，得到含水氯化鎂晶體2169克，蒸發(fā)的氣體通入1800ml蒸餾水中收集，得到2161ml含量19. 9%wt的氨水溶液。取2169克MgCl2WH2O晶體在250°C下加熱，氯化鎂晶體脫水，然后放出氯化氫氣體，氯化氫體通入2300ml蒸餾水中收集，得到2542ml27%的鹽酸溶液和430克氧化鎂粉末。
實(shí)施例5
取粉煤灰1000克，研磨至200 u m,將粉煤灰與質(zhì)量百分含量98%的硫酸5000ml混合，在350°C下浸出3小時(shí)；過(guò)濾經(jīng)硫酸浸出的粉煤灰，使余酸與濾渣分離。向?yàn)V渣中加入5000ml的水，在90°C下煮溶60分鐘，溶出反應(yīng)物，過(guò)濾除去殘?jiān)?，得到硫酸鋁溶液。將硫酸鋁溶液加熱濃縮至1000ml，加入38%鹽酸2000ml，然后通入HCl氣體，析出氯化鋁晶體，過(guò)濾得到1716克氯化鋁晶體。用NH3含量22%wt碳酸銨2000ml，與氯化鋁溶液反應(yīng)，得到氫氧化鋁沉淀和氯化銨溶液。過(guò)濾后在1200°C下焙燒氫氧化鋁晶體得到Al2O3晶體367. 2克，純度為99. 4%，符合YS/T274-1998標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算粉煤灰的Al2O3溶出率為88. 6%。
濾液與700克氫氧化鎂晶體混合在138°C下加熱，得到氯化鎂晶體2178克，蒸發(fā)的氣體通入2000ml蒸餾水中收集，得到2295ml含量21. 3%wt的氨水溶液。取2178克MgC12 6H20晶體在20(TC下加熱，氯化鎂晶體脫水，然后放出氯化氫氣體，氯化氫體通入2000ml蒸餾水中收集，得到2396ml 28. 5%的鹽酸溶液和430克氧化鎂粉末。
權(quán)利要求
1.ー種利用電廠粉煤灰制取氧化鋁的方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行將粉煤灰研磨至100-200μπι;用水漂去其中的碳粉，然后干燥，按I :(3 8)的質(zhì)量比，將粉煤灰與75-98%的硫酸混合均勻，在100 350°C下浸出I 3小時(shí)；過(guò)濾經(jīng)硫酸浸出的粉煤灰，使余酸與濾渣分離；按I :(3 5)的質(zhì)量比，將濾渣與水混合，在50 90°C下煮溶30 60分鐘，溶出反應(yīng)物；過(guò)濾除去殘?jiān)玫搅蛩徜X溶液；將硫酸鋁蒸發(fā)結(jié)晶或?qū)⒘蛩徜X溶液濃縮至密度為I. 4g/ml ;用15 38%鹽酸與硫酸鋁混合；然后通入HCl氣體使溶液飽和，得到AlCl3 · 6H20晶體析出^fAlCl3 · 6H20晶體與氫氧化銨溶液或液氨或碳酸氫銨溶液或碳酸銨溶液混合，經(jīng)過(guò)反應(yīng)，得到氫氧化鋁和氯化銨溶液；氫氧化鋁在1100 1200°C煅燒，得到氧化鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種利用低品位鋁土礦酸浸制取氧化鋁的方法，其特征在于將氯化銨溶液與氧化鎂或氫氧化鎂混合加熱到100 136°C，蒸發(fā)得到氨氣和氯化鎂晶體，將氯化鎂加熱到200 250°C，分解得到HCl氣體和氧化鎂晶體，氨氣、氧化鎂、鹽酸返回系統(tǒng)循環(huán)使用。
全文摘要
一種從電廠粉煤灰制取氧化鋁的方法，將粉煤灰研磨，用濃硫酸浸出得硫酸鋁溶液，濃縮冷卻析出硫酸鋁結(jié)晶，用鹽酸溶解硫酸鋁，然后通入HCl氣體使溶液飽和，得到AlCl3 6H2O晶體析出，AlCl3 6H2O與氫氧化銨溶液或液氨或碳酸氫銨溶液或碳酸銨溶液反應(yīng)得到氫氧化鋁和氯化銨溶液，氫氧化鋁經(jīng)煅燒得到氧化鋁，氯化銨經(jīng)氧化鎂置換得氨氣和氯化鎂，氯化鎂經(jīng)水解得到氧化鎂和鹽酸循環(huán)使用。
文檔編號(hào)C01F7/30GK102849767SQ20121010279
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者李瑞冰, 李鑫, 吳楠, 李景江 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)金博新技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司