本發(fā)明屬于粉煤灰的綜合利用，涉及粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的方法，尤其是粉煤灰硫酸銨焙燒熟料還原分解提取氧化鋁的方法。

背景技術(shù)：

煤炭燃燒過(guò)程產(chǎn)生大量粉煤灰，除少部分用于水泥建材生產(chǎn)原料而得到部分利用外，大部分粉煤灰堆存，不僅占用大量土地資源，而且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。我國(guó)有大量高鋁煤，燃燒發(fā)電過(guò)程產(chǎn)出大量高鋁粉煤灰，其粉煤灰中鋁含量更是高達(dá)40-60％，具有較高的提取鋁價(jià)值。但由于粉煤灰中的鋁硅比很低，傳統(tǒng)的氧化鋁生產(chǎn)工藝難以適應(yīng)處理粉煤灰，需要采用適合粉煤灰特點(diǎn)的工藝技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)外研究的粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁方法大致分為堿法、酸法、銨法等三類。

堿法由于需要加入大量石灰或石灰石粉進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)量大、能耗高，且每生產(chǎn)1噸氧化鋁需產(chǎn)出4～10噸硅鈣渣，渣量為粉煤灰原灰的1.5～3倍，該硅鈣渣類似氧化鋁工業(yè)中的燒結(jié)法赤泥，如何消納處置這些新渣面臨更大困難。

粉煤灰酸法生產(chǎn)氧化鋁由于不需要成渣藥劑，提取氧化鋁后的殘?jiān)可?，符合減量化綜合利用工業(yè)固廢的要求。但由于粉煤灰中鋁主要以莫來(lái)石或其它化學(xué)活性低的鋁硅酸鹽形式存在，直接酸浸困難，需要采用濃硫酸高溫浸出或加壓鹽酸浸出或氟化物助溶浸出，介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，設(shè)備材質(zhì)要求高、造價(jià)高，鋁浸出率較低，且鋁鹽溶液的濃縮結(jié)晶及鋁鹽結(jié)晶物干燥脫水過(guò)程能耗較高。

銨法工藝則通過(guò)硫酸銨與粉煤灰混合焙燒，然后用水或稀酸浸出焙燒熟料中的鋁。CN103086410A公開(kāi)的粉煤灰硫酸銨混合焙燒制備氧化鋁的方法中，其工藝包括生料制備、熟料燒成、熟料溶出、高硅渣分離洗滌、硫酸鋁銨溶液一次除鐵、硫酸鋁銨溶液二次除鐵、一次除鐵精制液還原、硫酸鋁銨精制液溶液分解、粗氫氧化鋁分離洗滌、粗氫氧化鋁脫硫、氫氧化鋁分離洗滌和氫氧化鋁焙燒等主要工序，流程復(fù)雜。由于硫酸銨焙燒中，除鋁轉(zhuǎn)化為硫酸鋁或硫酸鋁銨外，粉煤灰中的鐵等雜質(zhì)也轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘牧蛩猁}，導(dǎo)致沉淀出的氫氧化鋁含有大量雜質(zhì)而需要后續(xù)的進(jìn)一步堿法處理。沉鋁后的硫酸銨溶液需要濃縮結(jié)晶析出硫酸銨以便返回混合焙燒配料，能耗高。此外，由于硫酸鋁銨溶解度受溫度影響顯著，低溫下的溶解度很小，作業(yè)過(guò)程易于析出而影響操作，且沉制的粗氫氧化鋁中含硫高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供一種粉煤灰硫酸銨焙燒熟料還原分解提取氧化鋁的方法，目的是通過(guò)硫酸銨與粉煤灰混合焙燒——焙燒熟料還原熱分解——還原焙砂堿浸直接從粉煤灰中生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁，取消了現(xiàn)有銨法工藝中硫酸鋁浸出、固液分離、硫酸鋁溶液凈化、沉淀粗氫氧化鋁、粗氫氧化鋁洗滌、硫酸銨濃縮結(jié)晶等復(fù)雜過(guò)程，流程短、能耗低、氧化鋁生產(chǎn)成本低。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。

粉煤灰硫酸銨焙燒熟料還原分解提取氧化鋁的方法，其特征在于，將粉煤灰與硫酸銨一起混合焙燒，得到硫酸銨焙燒熟料，將硫酸銨焙燒熟料進(jìn)行還原焙燒得到還原焙砂，將還原焙砂采用低溫拜耳法提取氧化鋁。

上述的混合焙燒是將粉煤灰與硫酸銨按一定比例混合均勻后進(jìn)行焙燒，其中硫酸銨的加入量按粉煤灰中氧化鋁與硫酸銨的摩爾比1:4-1:7加入，焙燒溫度300-650℃，優(yōu)選焙燒溫度400-550℃，焙燒時(shí)間0.5-4h。

本發(fā)明所述的還原焙燒是將硫酸銨焙燒熟料與還原劑一起在500-900℃下還原焙燒0.1-120min，得到還原焙砂，及含硫和氨的煙氣，含硫和氨的煙氣收集后生產(chǎn)硫酸銨返回混合焙燒配料。

上述還原焙燒所采用的還原劑為煤粉、煤矸石粉、煤氣、天然氣、硫磺、炭或石油焦中的一種或多種。

進(jìn)一步地，上述還原焙燒的焙燒溫度為650-800℃，還原焙燒時(shí)間為0.1-15min。

進(jìn)一步地，上述的還原焙燒為快速流態(tài)化焙燒，焙燒爐為循環(huán)流態(tài)化焙燒爐、氣態(tài)懸浮焙燒爐或流態(tài)閃速焙燒爐中的一種。

本發(fā)明所述的低溫拜耳法提取氧化鋁是將還原焙砂在溫度≤150℃的條件下用氫氧化鈉溶液浸出。

進(jìn)一步地，上述低溫拜耳法提取氧化鋁的浸出溫度為25-150℃，氫氧化鈉初始濃度50-250g/L，浸出時(shí)間30-180min，配料分子比α_k＝0.8-2.0。

進(jìn)一步地，上述還原焙砂氫氧化鈉浸出得到的礦漿經(jīng)固液分離，得到鋁酸鈉溶液，鋁酸鈉溶液經(jīng)脫硅、種分，得到氫氧化鋁和種分母液，種分母液作為氫氧化鈉溶液返回浸出還原焙砂，氫氧化鋁經(jīng)煅燒生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁。

進(jìn)一步地，上述還原焙砂進(jìn)行氫氧化鈉浸出前，先將還原焙砂用碳酸鹽溶液預(yù)處理，即：將還原焙砂與碳酸鹽溶液混合進(jìn)行預(yù)處理，然后將預(yù)處理后的焙砂進(jìn)行氫氧化鈉浸出。所述碳酸鹽為碳酸鈉、碳酸銨、碳酸鉀中的一種或一種以上的混合物，優(yōu)選碳酸鈉。

本發(fā)明的粉煤灰硫酸銨焙燒熟料還原分解提取氧化鋁的方法，所述的粉煤灰與硫酸銨混合焙燒，是利用硫酸銨與粉煤灰中的鋁礦物在加熱條件下進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)生產(chǎn)硫酸鋁銨。

本發(fā)明中所述的還原焙燒，是將硫酸銨焙燒熟料進(jìn)行快速中溫還原焙燒，使焙燒熟料中的硫酸鋁銨和硫酸鋁轉(zhuǎn)變成堿溶活性高的γ-Al₂O₃，然后直接低溫拜耳法溶出生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁，避免了硫酸銨焙燒熟料浸出及浸出礦漿過(guò)濾、硫酸鋁溶液凈化、硫酸銨濃縮結(jié)晶等過(guò)程。

本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果：粉煤灰硫酸銨混合焙燒熟料經(jīng)還原焙燒后直接堿浸，省去了中硫酸鋁浸出、浸出礦漿過(guò)濾、硫酸鋁溶液凈化、沉淀粗氧化鋁和洗滌、硫酸銨濃縮結(jié)晶等復(fù)雜過(guò)程，流程簡(jiǎn)單，能耗低，成本低，氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量好。

附圖說(shuō)明

附圖為本發(fā)明的方法的原則流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說(shuō)明。

按粉煤灰中氧化鋁與硫酸銨的摩爾比1:4-1:7，將粉煤灰與硫酸銨混合均勻成生料，然后將生料在300-650℃焙燒0.5-4h得到焙燒熟料；將焙燒熟料與還原劑一起在500-900℃下還原焙燒0.1-180min，得到還原焙砂，及含硫和氨的煙氣，含硫和氨的煙氣收集后可生產(chǎn)硫酸銨返回混合焙燒配料；將得到的還原焙砂用氫氧化鈉溶液浸出，得到鋁酸鈉溶液，浸出溫度≤150℃，堿濃度50-250g/L，浸出時(shí)間30-120min，配料分子比α_k＝0.8-2.0；鋁酸鈉溶液經(jīng)脫硅、種分，得到氫氧化鋁和種分母液，種分母液作為返回浸出還原焙砂，氫氧化鋁經(jīng)煅燒得到冶金級(jí)氧化鋁。

在一些實(shí)施中，當(dāng)粉煤灰中的氧化鈣含量≥4％時(shí)，先用碳酸鈉或碳酸銨或碳酸鉀溶液對(duì)還原焙砂進(jìn)行預(yù)處理，然后將預(yù)處理后的焙砂用氫氧化鈉溶液浸出氧化鋁。

以下用非限定性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步的說(shuō)明，以有助于理解本發(fā)明的內(nèi)容及其優(yōu)點(diǎn)，而不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書(shū)決定。

實(shí)施例1

取1000g粉煤灰，按粉煤灰中Al₂O₃摩爾數(shù)的4.5倍稱取硫酸銨與粉煤灰拌合均勻，然后在450℃下焙燒1h得到焙燒熟料，將焙燒熟料與適量煤粉混合后在850℃下還原焙燒15min得到還原焙砂，將還原焙砂用氫氧化鈉濃度200g/L的堿液于150℃下浸出1h，過(guò)濾得到鋁酸鈉溶液，鋁酸鈉溶液經(jīng)脫硅、種分得到氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)煅燒得到冶金級(jí)氧化鋁。

實(shí)施例2

取1000g粉煤灰，按粉煤灰中Al₂O₃摩爾數(shù)的6倍稱取硫酸銨與粉煤灰拌合均勻，然后在550℃下焙燒2h得到焙燒熟料，將焙燒熟料與適量煤粉混合后在750℃下還原焙燒20min得到還原焙砂，將還原焙砂用氫氧化鈉濃度200g/L的堿液于100℃下浸出1h，過(guò)濾得到鋁酸鈉溶液，鋁酸鈉溶液經(jīng)脫硅、種分，得到氫氧化鋁和種分母液，氫氧化鋁經(jīng)煅燒得到冶金級(jí)氧化鋁。

實(shí)施例3

取1000g粉煤灰，按粉煤灰中Al₂O₃摩爾數(shù)的6倍稱取硫酸銨與粉煤灰拌合均勻，然后在550℃下焙燒2h得到焙燒熟料，將焙燒熟料與適量煤粉混合后在750℃下還原焙燒20min得到還原焙砂，將實(shí)施例2的種分母液補(bǔ)充氫氧化鈉至濃度200g/L后，與還原焙砂混合進(jìn)行浸出，浸出溫度100℃、時(shí)間1h，過(guò)濾得到鋁酸鈉溶液，鋁酸鈉溶液經(jīng)脫硅、種分，得到氫氧化鋁和種分母液，氫氧化鋁經(jīng)煅燒得到冶金級(jí)氧化鋁。

實(shí)施例4

取1000g氧化鈣含量≥4％的粉煤灰，按粉煤灰中Al₂O₃摩爾數(shù)的6倍稱取硫酸銨與粉煤灰拌合均勻，然后在550℃下焙燒2h得到焙燒熟料，將焙燒熟料與適量煤粉混合后在750℃下還原焙燒20min得到還原焙砂，用碳酸鈉濃度100g/L的碳酸鈉溶液混合于50℃攪拌0.5h后過(guò)濾，將過(guò)濾得到的預(yù)處理焙砂用氫氧化鈉濃度150g/L的堿液于80℃下浸出1h，過(guò)濾得到鋁酸鈉溶液，鋁酸鈉溶液經(jīng)脫硅、種分，得到氫氧化鋁和種分母液，氫氧化鋁經(jīng)煅燒得到冶金級(jí)氧化鋁。