[发明专利]从粉煤灰或煤矸石中提取氧化铝和非晶态二氧化硅的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种从化石燃料中提取氧化铝的方法，尤其是从粉煤灰或煤矸石中用碱金属硫酸盐分解粉煤灰或煤矸石提取Al₂O₃，并获得非晶态SiO₂的方法。

技术背景：

粉煤灰的主要化学组分为二氧化硅、氧化铝。在我国部分地区粉煤灰中氧化铝含量已超过40％，可做为铝矿资源利用。目前，从粉煤灰中提取氧化铝的工作已经取得大量成果，并部分已投入生产应用。目前，从粉煤灰中提取氧化铝的方法主要涉及碱法、碱石灰烧结法、酸法、酸碱联合法和硫酸铵法。

碱法的原理是在强碱作用下，粉煤灰中的氧化铝与碱作用生成铝酸钠，铝酸钠经水溶得到偏铝酸钠溶液，通过种分或碳分的方法制取氢氧化铝，最后煅烧得到氧化铝。

碱石灰法的原理是在有氧化钙存在条件下，用碱分解粉煤灰，使其中大部分硅与钙反应生成不溶的硅钙化合物，与同时生成的铝酸钠在水溶条件下分离，再由偏铝酸钠溶液制备氧化铝。

酸法工艺是在强酸性条件下，将氧化铝溶出，实现与硅质氧化物的分离，再经进一步除杂获得氧化铝产品。具有代表性的是浓硫酸法和流化床灰的盐酸酸溶法。

酸碱联合法是在酸溶基础上，将得到的酸性铝盐经浓缩结晶-热分解得到含杂质(铁等)的氧化铝混合物，再经碱溶，分离除铁，得到精制铝酸钠溶液，在此基础上制备氧化铝。

CN1868884公开了一种“粉煤灰中提取氧化铝同时联产白炭黑的方法”，将粉煤灰磨粉，活化后加入硫酸铵，再在反应物中加入水，过滤，在滤液中加入氨气，得到氢氧化铝和氢氧化铁混合沉淀，最后用氢氧化钠溶液将氢氧化铝沉淀融解后再通过加种碳分得到纯氢氧化铝，最后烧制的Al₂O₃。采用硫酸铵为循环介质提取氧化铝，既克服了酸法(硫酸、盐酸)工艺对设备腐蚀带来的危害和环境保护问题，又提高了氧化铝的提取率。

CN101117228公开了“一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法”，从粉煤灰中提取氧化铝的方法，涉及一种从粉煤灰中提取氧化铝以及综合利用提取氧化铝后残渣的工艺方法。其特征在于其方法是将硫酸铵配入粉煤灰进行烧结，所得固体经溶出后得到含硫酸铝铵的溶液，该溶液通过结晶的方法得到固体的硫酸铝铵，固体硫酸铝铵和氨气反应得到氢氧化铝和硫酸铵，通过洗涤过滤，得到固体的氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧后可得到氧化铝产品；进入液相的硫酸铵经蒸发后，继续循环使用。

CN101734698A公开了“一种由含铝物料制备氧化铝的方法”由铝土矿、高铁铝土矿、明矾石、高岭土、铝矾土、粉煤灰、煤矸石、铝灰、霞石、粘土等含铝物料制备氧化铝等产品的方法，该方法包括以下步骤：(1)将含铝物料破碎，磨细后与硫酸铵混合焙烧；(2)焙烧产物(熟料)水溶、过滤得到硫酸铝铵溶液和滤渣；(3)用氨对硫酸铝铵溶液除铁、沉铝或重结晶制备氧化铝，同时回收硫酸铵；(4)滤渣制备二氧化硅产品，余渣含铁，作为炼铁原料。

这三项发明均采用硫酸铵法提取氧化铝，经硫酸铵分解产生大量氨气，再经历液相吸收形成硫酸铝铵、硫酸盐分解与三氧化硫吸收等多步骤气液过程实现循环。

上述各种从粉煤灰中提取氧化铝方法各有利弊，大多采用腐蚀性极强的强酸、强碱，对设备要求高，生产操作危险大，工艺繁杂。现有的硫酸铵法工艺较复杂，因此，目前工业化生产仍以传统的碱法为主。

发明内容：

本发明的目的就在于针对上述向有技术的不足，提供一种从粉煤灰或煤矸石中提取AlO和非晶态SiO₂的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

从粉煤灰或煤矸石中提取AlO和非晶态SiO₂的方法，包括以下顺序和步骤：

a、将粉煤灰或经700-1600℃煅烧0.5-3.0小时后的煤矸石粉碎至小于200目；

b、按照粉煤灰或煤矸石中氧化铝含量计算所需要的碱金属硫酸盐或碱金属硫酸氢盐的量，按照焦硫酸盐或硫酸氢盐中所含三氧化硫与粉煤灰或煤矸石中所含氧化铝的摩尔比，即三氧化硫/氧化铝的摩尔比为1.0～6.0进行配比，经混合均匀，在300～450℃条件下焙烧1～6小时；

c、向上述反应生成的物料中加入水，液固比为5～20L/kg，在60℃以上浸泡搅拌20～90分钟，趁热进行固液分离，得含有铝、铁、钠、钾的硫酸盐混合溶液和非晶态SiO₂；

d、对含有铝、铁、钠、钾的硫酸盐混合溶液进行除铁，得精制硫酸铝、钠、钾盐溶液，经蒸发浓缩获得混合的硫酸铝、钠、钾盐晶体；