一種用于硫酸鋁銨深度分解的反應(yīng)器及使用方法
【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)行深度分解所需的流化床反應(yīng)器及其使用方法，由此制備氧化鋁及 回收硫基銨鹽。
【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(lèi)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(zhuān)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(kāi)了一種用粉煤灰生成硫酸鋁的方法，該專(zhuān)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(zhuān)利CN102398912A中公開(kāi)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(zhuān)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(kāi)號(hào)為 CA102120593A、CA102275964A的專(zhuān)利中均公開(kāi)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(lèi)型的粉煤灰需要活化預(yù)處理。專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01410058340. X 公開(kāi)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。
[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?；鸱肪€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。硫酸鋁銨一般在約400°C時(shí)，先 完全脫除結(jié)晶水，而后在約700 C時(shí)，硫酸錯(cuò)按中含有的硫酸按完全分解為硫酸錯(cuò)，硫酸錯(cuò) 還需要進(jìn)一步加熱分解制備氧化鋁，并同時(shí)釋放出三氧化硫。硫酸鋁的煅燒溫度一般在 900~1100°C，硫酸鋁煅燒后的產(chǎn)物氧化鋁具有較高的熱焓，并且氧化鋁比熱容高（50. 9J/ mol ? K)、導(dǎo)熱性能良好，因此可以作為熱載體用于硫酸鋁銨分解過(guò)程。
[0007] 采用熱載體強(qiáng)化硫酸鋁銨分解過(guò)程，可有效解決傳統(tǒng)方法硫酸鋁銨分解速率慢、 能耗高、硫基銨鹽回收率低等問(wèn)題，但需要選擇或優(yōu)化設(shè)計(jì)合適的硫酸鋁銨分解反應(yīng)器。傳 統(tǒng)焙燒爐、回轉(zhuǎn)窯等熱分解設(shè)備通常存在固體物料混和效率低、傳熱速率慢等問(wèn)題，因此造 成物料過(guò)燒或燒不透等現(xiàn)象。特別是對(duì)于結(jié)晶得到的硫酸鋁銨晶體，因含有結(jié)晶水，加熱時(shí) 釋放出結(jié)晶水融化成液體，由此導(dǎo)致傳統(tǒng)焙燒爐、回轉(zhuǎn)窯等熱分解設(shè)備結(jié)圈，嚴(yán)重影響了硫 酸鋁銨熱分解過(guò)程工業(yè)放大連續(xù)操作。流化床反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)，在流 化床反應(yīng)器內(nèi)，固體物料呈流化狀態(tài)，具有非常高的傳熱效率，而且在氣流湍動(dòng)作用下，具 有優(yōu)良的固體物料混合性能。因此，流化床反應(yīng)器特別適合具有相變特性的固體物料加熱 快速分解過(guò)程，也有效避免了傳統(tǒng)熱分解設(shè)備結(jié)圈的問(wèn)題，但目前對(duì)于流化床反應(yīng)器用于 硫酸鋁銨熱分解過(guò)程尚未有相關(guān)資料公開(kāi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 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反應(yīng)器及使用 方法，特別涉及一種流化床反應(yīng)器用于硫酸鋁銨深度分解過(guò)程，并有效解決現(xiàn)有傳統(tǒng)焙燒 爐、回轉(zhuǎn)窯等熱分解設(shè)備通常存在固體物料混和效率低、傳熱速率慢，容易造成物料過(guò)燒或 燒不透等問(wèn)題。該反應(yīng)器及使用方法，特別適合具有相變特性的固體物料加熱快速分解過(guò) 程，也有效避免了傳統(tǒng)熱分解設(shè)備結(jié)圈的問(wèn)題，易于工業(yè)放大。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0010] 一種硫酸鋁銨深度分解的反應(yīng)器，其特征在于，反應(yīng)器主要為噴動(dòng)床反應(yīng)器（1)、 氣升式環(huán)流反應(yīng)器（2)、沉降擴(kuò)大段（3)以及旋風(fēng)分離器（4)組合而成的單體內(nèi)循環(huán)流化床 反應(yīng)器。
[0011] 此反應(yīng)器特征在于，在單體內(nèi)循環(huán)流化床反應(yīng)器的下部為噴動(dòng)床反應(yīng)器（1)，噴動(dòng) 床反應(yīng)器（1)最下端設(shè)有熱惰性氣體進(jìn)氣口（6)，熱惰性氣體進(jìn)氣管道出口設(shè)有氣體分布 器（5 )，在噴動(dòng)床反應(yīng)器（1)的中部設(shè)有硫酸鋁銨晶體與冷惰性氣體進(jìn)氣口（ 7 )，在噴動(dòng)床 反應(yīng)器（1)的正上方為氣升式環(huán)流反應(yīng)器（2)，環(huán)流反應(yīng)器（2)的中心設(shè)有導(dǎo)流筒（8)，氣 升式環(huán)流反應(yīng)器（2)中心導(dǎo)流筒（8)最下端設(shè)有變徑（9)，環(huán)流反應(yīng)器（2)筒體最下端設(shè) 有變徑（10)，在氣升式環(huán)流反應(yīng)器（2)的中上部設(shè)有高溫?zé)彷d體進(jìn)料口（ 11 )，在環(huán)