[发明专利]用煤矸石生产氧化铝联产碳酸钠的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种生产氧化铝的同时联产碳酸钠的方法，尤其是以煤矸石为原料，经酸碱联合法生产冶金级氧化铝和碳酸钠的工艺。

背景技术：

煤矸石简称矸石，是煤炭生产过程中的废弃物。目前，煤矸石是我国年排放量和累计堆放量最大的工业废弃物，其排放量约占工业固体废弃物总量的40％以上。煤矸石的主要矿物组成有高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝等。我国的煤矸石主要以高岭岩系为主，有些产煤区，如内蒙古鄂尔多斯地区，煤矸石中除高岭石外，还有波姆石，其煅烧后氧化铝含量可达40％以上，是十分宝贵的铝资源。

在我国的很多产煤区，尤其是内蒙古鄂尔多斯地区，煤炭产业和一些高耗能产业集中在一个工业区内发展，形成了许多煤炭-电力-电石-氯碱-聚氯乙稀(PVC)一体化的工业园。在这些工业园区内，煤炭产业排放的煤矸石堆积于园区；电石生产过程中产生的二氧化碳排放于大气；氯碱行业产生的氢氧化钠需要进一步生产成为碳酸钠出售；PVC生产过程中产出的副产盐酸较难利用，处理成本很高。如果能够充分利用这些工业园区内的废弃物及副产品物料条件，将煤矸石中的氧化铝低成本提取出来，则会形成整个工业园区内的产业链大循环。在我国大力提倡循环经济、节能减排及铝土矿资源日益贫乏的今天，该产业链循环无疑会具有极好的经济效益和社会效益。

目前报道的以煤矸石为原料提取氧化铝的方法有酸法、碱法、混盐法、电铝水泥法四类。其中碱法工艺可以用于制备低铁氧化铝，但是碱法工艺的缺点是碱溶的过程中易将矸石中的二氧化硅溶解出来，须增加工序对硅铝进行分离。采用酸法不会将硅溶出，但其缺点是在提取氧化铝的过程中，由于矸石中存在的铁、钛等均易溶于酸，因此通常需要进一步除杂。另一种提纯氧化铝的方法为盐析法，如专利：CN1126177公开了一种盐析法生产氧化铝，CN1083023公开了一种酸析法氧化铝改进工艺，通过向酸浸煤矸石得到的氯化铝溶液中通入氯化氢气体的方法得到氯化铝结晶。盐析法的环境污染较为严重，酸雾过大，制备氧化铝需要多次盐析，工艺流程过长。同时，对于影响冶金级氧化铝品级的最重要杂质铁无法去除。。此外，其它经酸法以煤矸石为原料提取氧化铝的专利有：CN101209849公开了一种煤矸石提取氧化铝的新工艺，CN101234774公开了一种由煤系高岭岩或煤矸石制备氧化铝的方法，CN1920067公开一种从高硅含铝矿物原料中酸法提取铝的方法，这些发明中均未进行除铁处理，因此对原料的纯度要求较高，且产品的纯度不能保证。

发明内容：

本发明的目的就是充分利用鄂尔多斯地区煤炭-电力-电石-氯碱-PVC一体化工业园内的多种废弃物及副产品，针对现有技术的不足，提供一种以园区内废弃物及副产品煤矸石、二氧化碳、氢氧化钠及盐酸为原料来生产氧化铝并联产碳酸钠的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

用煤矸石生产氧化铝联产碳酸钠的方法，包括以下顺序和步骤：

a、将煤炭生产中产出的煤矸石粉碎至200目以下，在700～900℃焙烧炉中煅烧活化0.5～2.0小时，得到活化煤矸石灰渣；

b、将煅烧活化后的灰渣置于耐酸反应釜中，加入浓度为22～31wt％PVC产业副产盐酸，HCl和灰渣中氧化铝的摩尔比为4∶1～9∶1，反应的温度为100～200℃，反应时间为0.5～4.0小时，压力0.1～2.5MPa，制备成酸浸液；

c、酸浸液经固液分离与洗涤，得到氯化铝酸浸液；

d、将氯化铝酸浸液送入浓缩罐内进行负压浓缩，浓缩压力为-0.03～-0.05MPa，浓缩温度为50℃～110℃，浓缩6-8小时，浓缩后的液体放入缓冲冷却罐，在室温下冷却析出结晶氯化铝，当析出的晶体达到原氯化铝酸浸液重量的40％-65％时停止析出，剩余的母液返回氯化铝酸浸液重新进行浓缩结晶，经带式真空过滤机过滤得到结晶氯化铝；

e、结晶氯化铝煅烧分解制备粗氧化铝，将结晶氯化铝放入温度300℃～500℃高温炉中煅烧分解1～2小时，得到粗氧化铝，煅烧生成的氯化氢气体在吸收塔内循环吸收；

f、将粗氧化铝粉磨到200目左右，放入耐压反应釜中，加入浓度为180-240克/升氢氧化钠溶液，按粗氧化铝与氢氧化钠1.5～2.0∶1的质量比加入，在130℃～220℃条件下进行1～2小时碱溶，生成偏铝酸钠，铁、钛不溶物和其他杂质形成赤泥，经固液分离、洗涤后获得偏铝酸钠溶液，洗渣后的洗液返回到耐压反应釜中重复利用；