[发明专利]利用煤矸石生产氢氧化铝和硅酸工艺方法

说明书

利用煤矸石生产氢氧化铝和硅酸工艺方法。

技术领域：本发明涉及利用铝硅酸盐矿物的化工开发利用方法，特别是一种利用煤矸石生产氢氧化铝和硅酸的工艺方法。

背景技术：据边炳鑫、解强、赵有才在《煤系固体废物资源化技术》(化学工业出版社2005年5月第一版)一书中称：煤矸石作为煤炭生产过程的副产物，产量约占煤炭开采量的10-25％。截止到2004年，全国煤矿堆积贮存的煤矸石已达40亿吨以上，占地近30万亩。随着煤炭开采的增加，全国每年新增加的煤矸石有3亿吨以上，除了综合利用的近6千万吨外，其余近2.4亿吨煤矸石都被继续堆积贮存。

煤矸石的基本组成是铝硅酸盐，主要是氧化铝和二氧化硅，两组分合计约占煤矸石总量的70-98％，大部分在80％左右，其中氧化铝约占15-45％，二氧化硅一般占40-65％，另含少量铁、钙、镁等元素的氧化物，各组分的含量因煤矸石的产地而异。

从工业废弃物煤矸石中提取化工产品，变废为宝，改善环境，是世界各国、更是我国的重要产业政策。

冯诗庆在1995年第4期《无机盐工业》第22-24页刊文《煤矸石制铝盐和白炭黑》(对比文献1)，提出用酸浸煤矸石与其中的氧化铝组分发生反应生成铝盐，然后加铵盐反应生成氢氧化铝和铵明矾。此对比文献1采用酸法处理煤矸石工艺得到铝盐产品，氧化铝的提取率只有65％左右，而煤矸石中的另一种更主要的组分二氧化硅却只是作为尾渣，经过活化剂改性反应得到因为含其他少量组分而纯度不高的白炭黑，技术的经济价值不高。

杜玉成等在1997年第5期《河北冶金》第28-31页刊文《煤矸石制备氢氧化铝、氧化铝及高纯度α-氧化铝微粉的研究》(对比文献2)，提出对氧化铝含量大于35％的煤矸石，采用酸盐联合法先经硫酸浸泡生成硫酸铝，去除二氧化硅残渣，再加硫酸铵和氨水盐析反应得到氢氧化铝，用去离子水洗涤除去氢氧化铝上吸附的杂质离子，然后经焙烧得到氧化铝；用盐酸浸泡煤矸石，去除二氧化硅残渣后，经氯化氢气体盐析除杂提纯、再加氨水活化、交联剂高聚复合反应生成铝凝胶、1100-1300℃高温煅烧转型，得到高纯度α-氧化铝微粉。此对比文献2采用酸盐联合法工艺处理煤矸石，氧化铝的提取率也只有75％左右，煤矸石中另一更主要的组分二氧化硅并没有被利用。

刘小波、付勇坚、肖秋国、邓文在《自然资源学报》1998年13卷1期第77-80页刊文《煤矸石资源充分利用的新工艺》(对比文献3)，提出将煤矸石、石灰石破碎后按一定比例配料并混合球磨，得到的粉料与纯碱制备的Na₂CO₃水溶液混练，制成煤矸石-石灰石-纯碱混合物料。该物料粒化后入炉烧结，所得到的烧结物料与外加的铁矿石、石灰石粉料再次混合共磨，然后以清水浸取，过滤分离后得到Na₂O·Al₂O₃溶液和残渣。将二氧化碳引入Na₂O·Al₂O₃溶液中使之碳酸化分解，从而得到Al(OH)₃沉淀和Na₂CO₃稀溶液；将Al(OH)₃沉淀干燥煅烧，最终得到工业氧化铝。残渣经高温直接煅烧后成为硅酸盐水泥熟料。此对比文献3采用石灰石-纯碱烧结法，煤矸石原料中氧化铝的提取率有了较大提高，但也只能达到80-85％；同时，煤矸石中另一更主要的组分二氧化硅仍然没有被高附加值利用，只是作为残渣用于生产水泥，二氧化硅组分的经济价值未得到充分利用。

综上所述，对比文献1、2、3存在下列不足：

1、均只对煤矸石中的氧化铝组分进行高附加值利用，对氧化铝组分的提取率也只能达到65-85％，因此资源的利用率都较低，只相当于利用了煤矸石原料总量的20-30％左右；当原料煤矸石中氧化铝含量较低时，原料煤矸石将不能利用。

2、对煤矸石中的另一更主要的组分二氧化硅，对比文献1中只是经过活化剂改性反应得到纯度不高的白炭黑，对比文献2中予以弃用，对比文献3中只是作为残渣用于生产低价值的水泥，二氧化硅组分没有得到高附加值利用。

3、在利用煤矸石过程中，对比文献1和对比文献2均出现了因为能耗高，产品生产周期长，加之煤矸石原料利用率较低，使得单位产量产品成本增加，生产成本难以降低的问题。

4、对比文献1和对比文献2的工艺中都需要多次用水洗涤，而洗涤液又未能加以回收利用，不仅耗费了大量可贵的水资源，加上对比文献2中煤矸石的主要成分二氧化硅的弃用，均造成对环境的二次污染。