[发明专利]一种利用煤矸石生产低铁硫酸铝和聚合硫酸铝铁的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种利用煤矸石生产低铁硫酸铝和聚合硫酸铝铁的方法，属于煤系固体废弃物资源化利用技术领域。

背景技术：

中国是一个以煤炭为主要能源的发展中国家，在一次能源消耗中，煤炭占70%以上，所占比重高出世界平均水平的一倍以上，并且在今后相当长的一段时期内，中国的能源结构仍是以煤炭为主。

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al₂O₃、SiO₂，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。其排放量相当于当年煤炭产量的10％左右，目前已累计堆存45亿吨，占地约12万公顷，是目前我国排放量最大的工矿业固体废弃物之一。煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，影响生态环境，矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响矿区居民的身体健康。 随着国家环保执法力度的不断加大，人们对环境质量要求的提高，解决煤矸石污染环境问题显得越来越突出，自60年代起，很多国家开始重视煤矸石的处理和利用，其利用途径概括起来主要有以下几种：（1）回收煤炭和黄铁矿，残余物用作建筑材料；（2）用于发电：主要用洗中煤和洗矸混烧发电，混合物发热量每kg约2000大卡，炉渣可生产炉渣砖和炉渣水泥；(3)制造建筑材料：代替粘土作为制砖原料，利用煤矸石本身的热值，节约煤炭；（4）代替粘土组分生产普通水泥，烧结轻骨料；（5）煤矸石还可用于生产低热值煤气，制造陶瓷，制作土壤改良剂，或用于铺路、井下充填、地面充填造地等。

硫酸铝是十分重要的基础工业原料，广泛用作净水剂、造纸施胶剂、食品添加剂、石油裂解催化剂等行业，影响其质量的主要因素是铁含量，目前我国硫酸铝的生产主要以铝土矿为主，常用的工艺是高温高压高酸量，该法生产的硫酸铝铁含量高，需要用化学沉淀、萃取等方法进行脱铁处理，生产流程长，同时会产生二次污染，高品质的硫酸铝则需采用铝粉、氢氧化铝或氧化铝与酸反应制备，成本较高。

如专利CN1412115 提供了一种用铝矾土和硫酸在加压反应釜内高温反应生成硫酸铝，该方法铝矾土粉为-150目，用夹套加热来控制反应液温度在150℃～165℃，硫酸浓度为20％～25％；专利CN1153141用铝矾士或铝矿粉或矾渣等含铝物质与硫酸在反应器中反应制取液体硫酸铝；专利CN1153141用铝矾士或铝矿粉或矾渣等含铝物质与硫酸在反应器反应制取液体硫酸铝，重量百分比35％～55％三氧化二铝的含铝物质与浓硫酸的重量百分比为98％～105％。但国内的铝土矿资源并不丰富，并且矿石类型主要以高硅、高铁、低铝硅比和一水硬铝石为主，与澳大利亚、几内亚、牙买加等国家易溶的三水铝石型铝土矿相比，加工成本没有优势，即使这样我国具有开采、利用价值的铝土矿资源在未来6～7年内面临枯竭。因此寻找新的氧化铝资源是中国铝业可持续发展的关键。煤系固废中含有的20%以上的氧化铝，是一种最具潜力的氧化铝资源。