一種硫酸鋁銨深度分解的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于大宗固體廢棄物資源化利用領(lǐng)域，特別涉及一種利用燃煤電廠或燃煤 鍋爐排放的粉煤灰為原料，采用硫基銨鹽介質(zhì)處理粉煤灰，得到氧化鋁提取液經(jīng)結(jié)晶分離 得到的硫酸鋁銨晶體進(jìn)行深度分解，由此制備氧化鋁及回收硫基銨鹽的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來(lái)的細(xì)灰。我國(guó)粉煤灰的年排放量已達(dá)5億 噸，累積量已高達(dá)35億噸，其中燃煤電廠粉煤灰排放量最大。燃煤電廠收集的粉煤灰目前 以灰場(chǎng)貯灰和露天堆積排放為主，如果不及時(shí)處理或者處理不當(dāng)，不僅占用大量土地，也會(huì) 對(duì)環(huán)境甚至人類的生存造成嚴(yán)重的危害。燃煤電廠排放的粉煤灰已成為我國(guó)主要固體廢棄 物。粉煤灰中一般含有豐富的鋁、硅、鎵等元素，也是一種重要的有價(jià)資源。目前，粉煤灰的 利用途徑主要包括用于生產(chǎn)鋁硅耐火材料莫來(lái)石，用于生產(chǎn)白炭黑的原料，用于制備作分 子篩作為吸附劑、催化劑，用于建材，用于鎵生產(chǎn)的原料，以及利用酸法或堿法生產(chǎn)氧化鋁。 其中粉煤灰最具工業(yè)化應(yīng)用前景的利用途徑是粉煤灰提取氧化鋁，特別是在我國(guó)內(nèi)蒙古中 西部以及山西北部地區(qū)的粉煤灰中氧化鋁含量達(dá)到40%以上，可以作為中低品位的鋁土礦 處理，來(lái)彌補(bǔ)我國(guó)鋁土礦的不足。采用粉煤灰提取氧化鋁，不僅可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)固體廢棄物資 源化利用，變廢為寶，而且也有利于保護(hù)環(huán)境，減少土地資源占用。
[0003] 由于我國(guó)鋁土礦資源的短缺，近10年來(lái)粉煤灰提取氧化鋁受到國(guó)內(nèi)大專院校、研 究所的廣泛關(guān)注，其技術(shù)大致可以分為堿法、酸法、硫基銨鹽法。堿法是目前研究的主流工 藝路線，包括石灰石燒結(jié)法、堿石灰燒結(jié)法等，內(nèi)蒙古蒙西高新技術(shù)集團(tuán)有限公司采用石灰 石燒結(jié)法提取氧化鋁，煅燒溫度為1340~1390°C，生產(chǎn)1噸氧化鋁要產(chǎn)生約9噸渣，存在 煅燒溫度高，渣量大且難以利用等缺點(diǎn)。內(nèi)蒙古大唐國(guó)際再生資源有限公司采用預(yù)脫硅堿 石灰燒結(jié)法，先堿溶脫除粉煤灰中的部分硅，再燒結(jié)提鋁，該法雖然渣量比石灰石燒結(jié)法減 少，但是仍然存在流程長(zhǎng)、難以生產(chǎn)出冶金級(jí)氧化鋁的缺點(diǎn)。粉煤灰酸法提取氧化鋁主要包 括鹽酸法、硫酸法以及硫酸銨鹽法等。鹽酸法主要采用鹽酸介質(zhì)溶出粉煤灰中的氧化鋁得 到氯化鋁溶液，氯化鋁溶液結(jié)晶得到氯化鋁晶體，氯化鋁晶體煅燒得到氧化鋁和鹽酸，鹽酸 返回粉煤灰浸出氧化鋁過(guò)程。該方法存在設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、雜質(zhì)鐵難以脫除等不足。
[0004] 硫酸法主要采用硫酸為介質(zhì)溶出粉煤灰中的氧化鋁得到硫酸鋁溶液，硫酸鋁溶 液蒸發(fā)結(jié)晶得到硫酸鋁晶體，硫酸鋁晶體煅燒得到氧化鋁和三氧化硫，三氧化硫進(jìn)一步制 成硫酸返回粉煤灰浸出氧化鋁過(guò)程。硫酸法從粉煤灰中提取氧化鋁成為目前研究的熱 點(diǎn)。CN1095689A公開了一種用粉煤灰生成硫酸鋁的方法，該專利以電廠粉煤灰為原料，用 質(zhì)量濃度為50-60%的硫酸在KKTC條件下浸泡12-24小時(shí)，過(guò)濾，煮沸濃縮抽濾得到硫酸 鋁晶體。貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)院有限公司在專利CN102398912A中公開了一種采用稀硫酸在高 溫高壓條件下溶出高鋁粉煤灰中氧化鋁的工藝，氧化鋁的溶出率可達(dá)到85-90% ;在專利 CN102398913A中又提出了一種硫酸法處理高鋁粉煤灰提取冶金級(jí)氧化鋁的工藝，通過(guò)稀酸 浸出、凈化除鐵、蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、煅燒等步驟得到冶金級(jí)氧化鋁。硫酸法存在雜質(zhì)鐵難以脫 除等缺點(diǎn)，并且硫酸鋁溶液蒸發(fā)濃縮能耗高。
[0005] 硫基銨鹽法主要是采用硫酸銨或硫酸氫銨與粉煤灰混合燒結(jié)，然后用硫酸浸出燒 結(jié)產(chǎn)物得到硫酸鋁銨晶體，硫酸鋁銨晶體煅燒分別得到氧化鋁并回收硫酸銨鹽。公開號(hào)為 CA102120593A、CA102275964A的專利中均公開了采用一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法， 主要是采用硫酸銨加入到粉煤灰中煅燒，經(jīng)水浸結(jié)晶得到硫酸鋁銨晶體，然后采用結(jié)晶出 的硫酸鋁銨晶體溶解后加入氨水沉淀出氫氧化鋁，最后煅燒得到氧化鋁。沈陽(yáng)鎂鋁設(shè)計(jì)研 究院有限公司在 CN102583468ACN103086410A、CN103086411A、CN103086408A、CN103086409A 中報(bào)道了以硫化銨與粉煤灰混合活化焙燒提取氧化鋁的方法，并提出了不同的后處理方 法，生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁。硫基銨鹽法由于采用高溫?zé)Y(jié)過(guò)程，存在硫基銨鹽消耗量大，氨氣 回收難的缺點(diǎn)，同時(shí)對(duì)不同類型的粉煤灰需要活化預(yù)處理。專利申請(qǐng)?zhí)枮?01410058340. X 公開了一種硫基銨鹽混合介質(zhì)體系提取粉煤灰中氧化鋁的方法，主要以燃煤電廠或燃煤鍋 爐排放的固體廢棄物粉煤灰為原料，通過(guò)在由硫酸銨或硫酸氫銨與硫酸組成的硫基銨鹽混 合介質(zhì)體系中，采用高溫120~240°C條件下強(qiáng)化粉煤灰中氧化鋁浸出，利用硫酸鋁銨溶解 度隨溫度變化大的特點(diǎn)，將浸出液冷卻結(jié)晶得到硫酸鋁銨晶體，將得到的硫酸鋁銨固體分 段高溫煅燒（600~800°C和1000~1200°C)，可以得到白色氧化鋁粉末，同時(shí)回收硫基銨 鹽混合介質(zhì)。該方法有效解決現(xiàn)有粉煤灰提取氧化鋁方法中燒結(jié)或蒸發(fā)濃縮過(guò)程能耗高， 雜質(zhì)分離困難，以及硫基銨鹽消耗量大、氨氣回收難的問(wèn)題，但浸出液結(jié)晶析出的硫酸鋁銨 晶體含水率高、極易熔融，采用高溫分段煅燒，由此造成硫酸鋁銨分解速率慢、能耗高、硫基 銨鹽回收率低等問(wèn)題。
[0006] 實(shí)現(xiàn)硫酸鋁銨分解為氧化鋁，同時(shí)回收硫基銨鹽，是硫基銨鹽法提取氧化鋁的必 經(jīng)之路。硫酸鋁銨分解路線可分為濕法路線和火法路線。在濕法路線中，其主要是將硫酸 鋁銨與氨反應(yīng)生成硫酸銨和氫氧化鋁，硫酸銨需要蒸發(fā)濃縮，氫氧化鋁需要銜接拜爾法氧 化鋁提取流程，由此導(dǎo)致粉煤灰提取氧化鋁生產(chǎn)流程長(zhǎng)，能耗高。火法路線主要是通過(guò)硫酸 鋁銨加熱分解，由此制備氧化鋁同時(shí)回收硫基銨鹽，但現(xiàn)有專利報(bào)道的火法路線均存在硫 酸鋁銨分解速率慢、能耗高、硫基銨鹽回收率低等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本
【發(fā)明內(nèi)容】
所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種硫酸鋁銨深度分解的方法，并有效 解決現(xiàn)有硫基銨鹽介質(zhì)體系粉煤灰提取氧化鋁所得硫酸鋁銨中間體分解速率慢、能耗高、 硫基銨鹽回收率低的問(wèn)題，由此實(shí)現(xiàn)粉煤灰中氧化鋁的高效清潔及低能耗提取。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0009] 本發(fā)明提供的一種硫酸鋁銨深度分解的方法，包括以下步驟：
[0010] (1)將篩分至一定粒徑的鋁基熱載體，在密閉容器中加熱到一定溫度；
[0011] (2)將硫基銨鹽介質(zhì)處理粉煤灰所得氧化鋁提取液經(jīng)冷卻結(jié)晶后，得到的硫酸鋁 銨晶體及硫酸鋁銨結(jié)晶母液；
[0012] (3)將步驟（2)得到的硫酸鋁銨晶體與步驟（1)得到的鋁基熱載體按照一定質(zhì)量 t匕，在保溫反應(yīng)器中快速混合，由此實(shí)現(xiàn)硫酸鋁銨的初步分解；
[0013] (4)向步驟（3)得到的混合物中通入由步驟（9)得到的高溫惰性氣體，將硫酸鋁銨 分解產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物排出；
[0014] (5)將步驟（4)排出的氣體產(chǎn)物經(jīng)步驟（2)得到的硫酸鋁銨結(jié)晶母液吸收后，得到 一次吸收液和低溫惰性氣體；
[0015] (6)將步驟（3)得到的固體產(chǎn)物放入回轉(zhuǎn)窯中煅燒，得到高溫氧化鋁和煅燒尾氣， 由此實(shí)現(xiàn)硫酸鋁銨的深度分解；
[0016] (7)將步驟（5)得到的一次吸收液用于進(jìn)一步吸收步驟（6)得到的煅燒尾氣，由此 形成硫基銨鹽介質(zhì)可直接返回步驟（2);
[0017] (8)將步驟（6)得到的部分高溫氧化鋁直接返回步驟（3)中，在保溫反應(yīng)器中與硫 酸鋁銨晶體快速混合；
[0018] (9)將步驟（5)得到的低溫惰性氣體與步驟（6)煅燒得到的高溫氧化鋁充分換熱 后，得到氧化鋁產(chǎn)品，以及得到高溫惰性氣體重新返回步驟（3)，用于排出硫酸鋁銨分解產(chǎn) 生的氣體產(chǎn)物。
[0019] 優(yōu)選地，所述的硫基銨鹽介質(zhì)處理粉煤灰制備硫酸鋁銨晶體和結(jié)晶母液的處理方 式選自硫基銨鹽介質(zhì)加壓浸出和硫基銨鹽介質(zhì)焙燒處理的一種或幾種。
[0020] 優(yōu)選地，所述的硫基銨鹽介質(zhì)選自硫酸銨、硫酸氫銨和硫酸鋁銨中的一種或幾種， 或者硫酸銨、硫酸氫銨和硫酸鋁銨中的一種或幾種與硫酸的混合物。
[0021] 優(yōu)選地，所述的硫酸鋁銨深度分解過(guò)程使用的鋁基熱載體選自氧化鋁和硫酸鋁的 一種或幾種。
[0022] 優(yōu)選地，所述的硫酸鋁銨深度分解過(guò)程使用的惰性氣體選自氮?dú)夂投趸嫉囊?種或幾種。
[0023] 優(yōu)選地，所述步驟（1)的鋁基熱載體經(jīng)篩分后的粒徑為20~200目。
[0024] 優(yōu)選地，所述步驟（1)的鋁基熱載體經(jīng)加熱后的溫度為900~1200°C。
[0025] 優(yōu)選地，所述步驟（3)中硫酸鋁銨晶體與鋁基熱載體混合的質(zhì)量比為I :0. 1~10。
[0026] 優(yōu)選地，所述步驟（3)中保溫反應(yīng)器的設(shè)定溫度為400~800°C。
[0027] 優(yōu)選地，所述步驟（3)中保溫反應(yīng)器中物料反應(yīng)停留時(shí)間為2~30分鐘。
[0028] 優(yōu)選地，所述步驟（4)中惰性氣體通入速度為每千克硫酸鋁銨晶體通入惰性氣體 流量為0. 1~5m3/h。
[0029] 優(yōu)選地，所述步驟（6)中回轉(zhuǎn)窯煅燒溫度為900~1200°C。
[0030] 優(yōu)選地，所述步驟（6)中回轉(zhuǎn)窯煅燒時(shí)間為10~60分鐘。
[0031] 優(yōu)選地，所述步驟（8)中高溫氧化鋁返回量與硫酸鋁銨晶體的質(zhì)量比為0. 1~10 : Io
[0032] 本發(fā)明所用對(duì)象為燃煤電廠或燃煤鍋爐產(chǎn)生的固體廢棄物粉煤灰經(jīng)硫基銨鹽介 質(zhì)處理后，得到的氧化鋁提取液經(jīng)冷卻結(jié)晶后得到的硫酸鋁銨晶體。通常結(jié)晶得到的硫酸 鋁銨晶體，其分子式為NH 4Al (SO4)2 ·