專利名稱：一種從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法。
背景技術：
目前，國內(nèi)外的鋁資源生產(chǎn)主要來源于鋁土礦的冶煉；在我國，由于氧化鋁的大量生產(chǎn)導致優(yōu)質(zhì)、高品位鋁土礦資源急劇短缺，隨著國家環(huán)保政策的日益嚴格及鋁資源短缺危機加劇，從高鋁煤矸石、高鋁粉煤灰及高鋁廢渣中提取鋁資源一時成為眾多國內(nèi)外學者研究的主要課題。而從粉煤灰中提取氧化鋁或氫氧化鋁或鋁鹽的工藝方法主要有堿法燒結和酸浸法兩類，其中，堿法燒結粉煤灰從中提取鋁的工藝方法，主要有鈣鹽助劑燒結法和鈉鹽助劑燒結法兩大類。目前，國內(nèi)外提取鋰及其鋰鹽方法主要是從花崗偉晶巖鋰礦床等固體礦物以及鹽湖齒水鋰礦床、海水鋰礦床等液體礦物中提取，還沒有關于從粉煤灰中提取鋰的報道。另外，目前國內(nèi)外尚未有從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的相關技術研究，雖然從粉煤灰中提取鋁的工藝已有很多，但是要想將粉煤灰中鋁和鋰資源的綜合提取率達到最大，卻依然處在探索階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法，該方法能夠有效利用工業(yè)廢料粉煤灰提取鋁和鋰，降低了原料成本，工藝操作簡便，并且能夠使鋁和鋰資源的綜合提取率達到最大。本發(fā)明的目的可以通過下述技術方案來實現(xiàn)
本從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法，其特征在于包括順序進行的以下工藝步驟
(A)脫硅、磁選將粉煤灰脫硅后，研磨、過200目篩，然后磁選除鐵；
(B)焙燒取經(jīng)步驟(A)脫硅、磁選后的粉煤灰和燒結劑按照質(zhì)量比為1:0.5 1:3的比例混合、攪拌均勻，置于鎳坩堝中，然后用馬弗爐在溫度650 950°C下，加熱焙燒30 90min,之后進行熟料自粉化；
(C)一次堿浸將步驟(B)焙燒好的熟料導入錐形瓶中，并按照液體和固體體積比為1:10 1:300的比例加入質(zhì)量分數(shù)為10% 30%的碳酸鈉溶液，然后置于電熱板上在溫度90 200°C下，加熱30 120min，完成一次浸取，過濾，得到浸出渣和浸出液I ;
(D)二次堿浸將步驟(C)所得的浸出渣再次用質(zhì)量分數(shù)為10% 30%的碳酸鈉溶液，按照液體和固體體積比為1:10 1:300的比例洗入錐形瓶中，然后置于電熱板上在溫度90 200°C下，加熱30 60min，完成二次浸取，再次過濾，得到浸出液II，將浸出液II與步驟(C)所得的浸出液I混合，即為含鋁、鋰溶液；
(E)碳化沉鋁將步驟(D)得到的含鋁、鋰溶液進行碳酸化處理，向溶液中通入二氧化碳氣體，控制通氣時溶液的起始溫度為60-80°C，終止溫度為40°C，二氧化碳通氣速度為
2.5-3. 5L/min,當溶液的pH=7_9時停止通氣，得到含雜質(zhì)的氫氧化鋁沉淀，然后將所形成的含雜質(zhì)的氫氧化鋁沉淀用質(zhì)量分數(shù)為40%的氫氧化鈉溶液進行溶解，再次進行上述相同條件下的碳酸化處理，得到純凈的氫氧化鋁，純凈的氫氧化鋁經(jīng)過洗滌、燒焙進一步得到鋁
女口
廣叩；
(F)凈化鋰母液步驟(E)操作完成后，同時得到含鋰母液，將含鋰母液在溫度50 100°C下進行蒸發(fā)濃縮，直至有晶體開始析出時，將母液攪拌均勻并冷卻至室溫，過濾，隨后將濾液進行-5 5°C低溫冷藏，析出大量的晶體，該晶體可以用作步驟(B)的燒結劑；
(G)蒸發(fā)濃縮沉鋰將上述步驟(F)的操作反復進行，直至溶液中氧化鋰的濃度達到40-54g/L后，將所得到的鋰的濃縮液蒸干或沉淀鋰，從而得到鋰固體產(chǎn)品。
本發(fā)明在步驟(B)中，所述的燒結劑為碳酸鈉，或者生石灰和碳酸鈉的混合物，或者石灰石和碳酸鈉的混合物。本發(fā)明在步驟(B)中，進行熟料自粉化的操作過程為自然降溫至450 750°C后，恒溫保持20min完成自粉化。本發(fā)明在步驟(B)中，粉煤灰與燒結劑的質(zhì)量比為1:0. 5，其中，燒結劑選擇碳酸鈉，馬弗爐的溫度為950°C，加熱焙燒時間為60min，熟料自粉化的操作過程為自然降溫至750°C，恒溫保持20min完成自粉化；在步驟(C)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為90°C，加熱時間為120min ;在步驟(D)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為90°C，加熱時間為60min ;在步驟(E)中，向溶液中通入二氧化碳氣體，當溶液的pH=7時停止通氣；在步驟(F)中，將含鋰母液在溫度65°C下進行蒸發(fā)濃縮，直至有晶體開始析出時，將母液攪拌均勻并冷卻至室溫，過濾，隨后將濾液進行2°C低溫冷藏，析出大量的碳酸鈉晶體，該碳酸鈉晶體可以用作步驟
(B)的燒結劑。本發(fā)明在步驟(B)中，粉煤灰與燒結劑的質(zhì)量比為1:1. 5，其中，燒結劑選擇碳酸鈉，馬弗爐的溫度為850°C，加熱焙燒時間為90min，熟料自粉化的操作過程為自然降溫至650°C，恒溫保持20min完成自粉化；在步驟(C)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為150°C，加熱時間為90min ;在步驟(D)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為150°C，加熱時間為60min ;在步驟(E)中，向溶液中通入二氧化碳氣體，當溶液的pH=7時停止通氣；在步驟(F)中，將含鋰母液在溫度65°C下進行蒸發(fā)濃縮，直至有晶體開始析出時，將母液攪拌均勻并冷卻至室溫，過濾，隨后將濾液進行2°C低溫冷藏，析出大量的碳酸鈉晶體，該碳酸鈉晶體可以用作步驟(B)的燒結劑。本發(fā)明在步驟(B)中，粉煤灰與燒結劑的質(zhì)量比為1:3，其中，燒結劑選擇碳酸鈉，馬弗爐的溫度為650°C，加熱焙燒時間為90min，熟料自粉化的操作過程為自然降溫至450°C，恒溫保持20min完成自粉化；在步驟(C)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為200°C，加熱時間為120min ;在步驟(D)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為200°C，加熱時間為60min ；在步驟(E)中，向溶液中通入二氧化碳氣體，當溶液的pH=7時停止通氣；在步驟(F)中，將含鋰母液在溫度65°C下進行蒸發(fā)濃縮，直至有晶體開始析出時，將母液攪拌均勻并冷卻至室溫，過濾，隨后將濾液進行2°C低溫冷藏，析出大量的碳酸鈉晶體，該碳酸鈉晶體可以用作步驟(B)的燒結劑。
本發(fā)明的優(yōu)點是該方法充分利用了工業(yè)廢料粉煤灰依次提取硅-鐵-鋁-鋰，變廢為寶，降低了原料成本，工藝操作簡便，并且能夠使鋁和鋰資源的綜合提取率達到最大，是一種理想的從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法。


圖I是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式如圖I所示，本從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法，其特征在于包括順序進行的以下工藝步驟
(A)脫硅、磁選將粉煤灰脫硅后，研磨、過200目篩，然后磁選除鐵； (B)焙燒取經(jīng)步驟(A)脫硅、磁選后的粉煤灰和燒結劑按照質(zhì)量比為1:0.5 1:3的比例混合、攪拌均勻，置于鎳坩堝中，然后用馬弗爐在溫度650 950°C下，加熱焙燒30 90min,之后進行熟料自粉化；
(C)一次堿浸將步驟(B)焙燒好的熟料導入錐形瓶中，并按照液體和固體體積比為1:10 1:300的比例加入質(zhì)量分數(shù)為10% 30%的碳酸鈉溶液，然后置于電熱板上在溫度90 200°C下，加熱30 120min，完成一次浸取，過濾，得到浸出渣和浸出液I ;
(D)二次堿浸將步驟(C)所得的浸出渣再次用質(zhì)量分數(shù)為10% 30%的碳酸鈉溶液，按照液體和固體體積比為1:10 1:300的比例洗入錐形瓶中，然后置于電熱板上在溫度90 200°C下，加熱30 60min，完成二次浸取，再次過濾，得到浸出液II，將浸出液II與步驟(C)所得的浸出液I混合，即為含鋁、鋰溶液；
(E)碳化沉鋁將步驟(D)得到的含鋁、鋰溶液進行碳酸化處理，向溶液中通入二氧化碳氣體，控制通氣時溶液的起始溫度為60-80°C，終止溫度為40°C，二氧化碳通氣速度為
2.5-3. 5L/min,當溶液的pH=7_9時停止通氣，得到含雜質(zhì)的氫氧化鋁沉淀，然后將所形成的含雜質(zhì)的氫氧化鋁沉淀用質(zhì)量分數(shù)為40%的氫氧化鈉溶液進行溶解，再次進行上述相同條件下的碳酸化處理，得到純凈的氫氧化鋁，純凈的氫氧化鋁經(jīng)過洗滌、燒焙進一步得到鋁
女口
廣叩；
(F)凈化鋰母液步驟(E)操作完成后，同時得到含鋰母液，將含鋰母液在溫度50 100°C下進行蒸發(fā)濃縮，直至有晶體開始析出時，將母液攪拌均勻并冷卻至室溫，過濾，隨后將濾液進行-5 5°C低溫冷藏，析出大量的晶體，該晶體可以用作步驟(B)的燒結劑；
(G)蒸發(fā)濃縮沉鋰將上述步驟(F)的操作反復進行，直至溶液中氧化鋰的濃度達到40-54g/L后，將所得到的鋰的濃縮液蒸干或沉淀鋰，從而得到鋰固體產(chǎn)品。在步驟(B)中，所述的燒結劑為碳酸鈉，或者生石灰和碳酸鈉的混合物，或者石灰石和碳酸鈉的混合物。在步驟(B)中，進行熟料自粉化的操作過程為自然降溫至450 750°C后，恒溫保持20min完成自粉化。下面是本發(fā)明原料含量及操作條件的幾個實施例
實施例I:
在步驟(B)中，粉煤灰與燒結劑的質(zhì)量比為1:0. 5，其中，燒結劑選擇碳酸鈉，馬弗爐的溫度為950°C，加熱焙燒時間為60min，熟料自粉化的操作過程為自然降溫至750°C，恒溫保持20min完成自粉化；在步驟(C)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%,電熱板的溫度為90°C,加熱時間為120min ;在步驟(D)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為90°C，加熱時間為60min ;在步驟(E)中，向溶液中通入二氧化碳氣體，當溶液的pH=7時停止通氣；在步驟(F)中，將含鋰母液在溫度65°C下進行蒸發(fā)濃縮，直至有晶體開始析出時，將母液攪拌均勻并冷卻至室溫，過濾，隨后將濾液進行2°C低溫冷藏，析出大量的碳酸鈉晶體，該碳酸鈉晶體可以用作步驟(B)的燒結劑。采用實施例I后，結果測定鋁和鋰的浸取率均達90%以上，通過步驟(C)和步驟(D)兩次堿浸除雜、步驟(E)碳化沉鋁后，鋰總量的80%左右依然存在于溶液中。實施例2:
在步驟(B)中，粉煤灰與燒結劑的質(zhì)量比為1:1. 5，其中，燒結劑選擇碳酸鈉，馬弗爐的 溫度為850°C，加熱焙燒時間為90min，熟料自粉化的操作過程為自然降溫至650°C，恒溫保持20min完成自粉化；在步驟(C)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%,電熱板的溫度為150°C,加熱時間為90min ;在步驟(D)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為150°C，加熱時間為60min ;在步驟(E)中，向溶液中通入二氧化碳氣體，當溶液的pH=7時停止通氣；在步驟(F)中，將含鋰母液在溫度65°C下進行蒸發(fā)濃縮，直至有晶體開始析出時，將母液攪拌均勻并冷卻至室溫，過濾，隨后將濾液進行2°C低溫冷藏，析出大量的碳酸鈉晶體，該碳酸鈉晶體可以用作步驟(B)的燒結劑。采用實施例2后，結果測定鋁和鋰的浸取率均達85%以上，通過步驟(C)和步驟
(D)兩次堿浸除雜、步驟(E)碳化沉鋁后，鋰總量的80%左右依然存在于溶液中。實施例3
在步驟(B)中，粉煤灰與燒結劑的質(zhì)量比為1:3，其中，燒結劑選擇碳酸鈉，馬弗爐的溫度為650°C，加熱焙燒時間為90min，熟料自粉化的操作過程為自然降溫至450°C，恒溫保持20min完成自粉化；在步驟(C)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為200°C，加熱時間為120min ;在步驟(D)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為200°C，加熱時間為60min ;在步驟(E)中，向溶液中通入二氧化碳氣體，當溶液的pH=7時停止通氣；在步驟(F)中，將含鋰母液在溫度65°C下進行蒸發(fā)濃縮，直至有晶體開始析出時，將母液攪拌均勻并冷卻至室溫，過濾，隨后將濾液進行2°C低溫冷藏，析出大量的碳酸鈉晶體，該碳酸鈉晶體可以用作步驟(B)的燒結劑。采用實施例3后，結果測定鋁和鋰的浸取率均達50%左右。
權利要求
1.一種從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法，其特征在于包括順序進行的以下工藝步驟 (A)脫硅、磁選將粉煤灰脫硅后，研磨、過200目篩，然后磁選除鐵； (B)焙燒取經(jīng)步驟(A)脫硅、磁選后的粉煤灰和燒結劑按照質(zhì)量比為1:0.5 1:3的比例混合、攪拌均勻，置于鎳坩堝中，然后用馬弗爐在溫度650 950°C下，加熱焙燒30 90min,之后進行熟料自粉化； (C)一次堿浸將步驟(B)焙燒好的熟料導入錐形瓶中，并按照液體和固體體積比為1:10 1:300的比例加入質(zhì)量分數(shù)為10% 30%的碳酸鈉溶液，然后置于電熱板上在溫度90 200°C下，加熱30 120min，完成一次浸取，過濾，得到浸出渣和浸出液I ; (D)二次堿浸將步驟(C)所得的浸出渣再次用質(zhì)量分數(shù)為10% 30%的碳酸鈉溶液，按照液體和固體體積比為1:10 1:300的比例洗入錐形瓶中，然后置于電熱板上在溫度90 200°C下，加熱30 60min，完成二次浸取，再次過濾，得到浸出液II，將浸出液II與步驟(C)所得的浸出液I混合，即為含鋁、鋰溶液； (E)碳化沉鋁將步驟(D)得到的含鋁、鋰溶液進行碳酸化處理，向溶液中通入二氧化碳氣體，控制通氣時溶液的起始溫度為60-80°C，終止溫度為40°C，二氧化碳通氣速度為2. 5-3. 5L/min,當溶液的pH=7_9時停止通氣，得到含雜質(zhì)的氫氧化鋁沉淀，然后將所形成的含雜質(zhì)的氫氧化鋁沉淀用質(zhì)量分數(shù)為40%的氫氧化鈉溶液進行溶解，再次進行上述相同條件下的碳酸化處理，得到純凈的氫氧化鋁，純凈的氫氧化鋁經(jīng)過洗滌、燒焙進一步得到鋁女口廣叩； (F)凈化鋰母液步驟(E)操作完成后，同時得到含鋰母液，將含鋰母液在溫度50 100°C下進行蒸發(fā)濃縮，直至有晶體開始析出時，將母液攪拌均勻并冷卻至室溫，過濾，隨后將濾液進行-5 5°C低溫冷藏，析出大量的晶體，該晶體可以用作步驟(B)的燒結劑； (G)蒸發(fā)濃縮沉鋰將上述步驟(F)的操作反復進行，直至溶液中氧化鋰的濃度達到40-54g/L后，將所得到的鋰的濃縮液蒸干或沉淀鋰，從而得到鋰固體產(chǎn)品。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法，其特征在于在步驟(B)中，所述的燒結劑為碳酸鈉，或者生石灰和碳酸鈉的混合物，或者石灰石和碳酸鈉的混合物。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的一種從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法，其特征在于在步驟(B)中，進行熟料自粉化的操作過程為自然降溫至450 750°C后，恒溫保持20min完成自粉化。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法，其特征在于在步驟(B)中，粉煤灰與燒結劑的質(zhì)量比為1:0.5，其中，燒結劑選擇碳酸鈉，馬弗爐的溫度為950°C，加熱焙燒時間為60min，熟料自粉化的操作過程為自然降溫至750°C，恒溫保持20min完成自粉化；在步驟(C)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為90°C，加熱時間為120min ;在步驟(D)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為90°C，加熱時間為60min ;在步驟(E)中，向溶液中通入二氧化碳氣體，當溶液的pH=7時停止通氣；在步驟(F)中，將含鋰母液在溫度65°C下進行蒸發(fā)濃縮，直至有晶體開始析出時，將母液攪拌均勻并冷卻至室溫，過濾，隨后將濾液進行2°C低溫冷藏，析出大量的碳酸鈉晶體，該碳酸鈉晶體可以用作步驟(B)的燒結劑。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法，其特征在于在步驟(B)中，粉煤灰與燒結劑的質(zhì)量比為1:1.5，其中，燒結劑選擇碳酸鈉，馬弗爐的溫度為850°C，加熱焙燒時間為90min，熟料自粉化的操作過程為自然降溫至650°C，恒溫保持20min完成自粉化；在步驟(C)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為150°C，加熱時間為90min ;在步驟(D)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為150°C，加熱時間為60min ;在步驟(E)中，向溶液中通入二氧化碳氣體，當溶液的pH=7時停止通氣；在步驟(F)中，將含鋰母液在溫度65°C下進行蒸發(fā)濃縮，直至有晶體開始析出時，將母液攪拌均勻并冷卻至室溫，過濾，隨后將濾液進行2°C低溫冷藏，析出大量的碳酸鈉晶體，該碳酸鈉晶體可以用作步驟(B)的燒結劑。
6.根據(jù)權利要求3所述的一種從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法，其特征在于在步驟(B)中，粉煤灰與燒結劑的質(zhì)量比為1:3，其中，燒結劑選擇碳酸鈉，馬弗爐的溫度為650°C，加熱焙燒時間為90min，熟料自粉化的操作過程為自然降溫至450°C，恒溫保持20min完成自粉化；在步驟(C)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為200°C，加熱時間為120min ;在步驟(D)中，液體和固體體積比為1:50，碳酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為10%，電熱板的溫度為200°C，加熱時間為60min ;在步驟(E)中，向溶液中通入二氧化碳氣體，當溶液的pH=7時停止通氣；在步驟(F)中，將含鋰母液在溫度65°C下進行蒸發(fā)濃縮，直至有晶體開始析出時，將母液攪拌均勻并冷卻至室溫，過濾，隨后將濾液進行2°C低溫冷藏，析出大量的碳酸鈉晶體，該碳酸鈉晶體可以用作步驟(B)的燒結劑。
全文摘要
一種從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法，其特征在于包括順序進行的以下工藝步驟(A)脫硅、磁選；(B)焙燒；(C)一次堿浸；(D)二次堿浸；(E)碳化沉鋁；(F)凈化鋰母液；(G)蒸發(fā)濃縮沉鋰。其優(yōu)點為，該方法充分利用了工業(yè)廢料粉煤灰依次提取硅-鐵-鋁-鋰，變廢為寶，降低了原料成本，工藝操作簡便，并且能夠使鋁和鋰資源的綜合提取率達到最大，是一種理想的從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法。
文檔編號B09B3/00GK102923742SQ20121046730
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權日2012年11月19日
發(fā)明者孫玉壯, 李彥恒, 楊晶晶, 張健雅, 趙存良 申請人:河北工程大學