[发明专利]处理飞灰的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年3月29日提交的US 61/617,422和2012年9月26日提交的US 61/706,028的优先权。这些文献在此通过引用全部并入。

技术领域

本公开涉及在用于处理工业废料的方法的领域中的改进。例如，其涉及处理飞灰的方法。例如，这些方法可以有效地从飞灰中提取诸如氧化铝和各种金属氧化物、二氧化硅和稀土等的各种材料。

发明背景

飞灰是燃烧中产生的残留物之一。其包含与烟道气一起上升的细颗粒。未上升的灰被称为底灰。飞灰物质当悬浮在废气中时可以固结并且通过静电除尘器或过滤袋来收集。因为颗粒当悬浮在废气中时固结，因此飞灰颗粒通常形状为球形的，并且尺寸范围为0.5μm-100μm。飞灰可以包含：二氧化硅(SiO₂)(其可以两种形式存在：非结晶的，其为圆形且光滑的；和结晶的，其为锋利、尖锐且有害的)；氧化铝(Al₂O₃)和氧化铁(Fe₂O₃)。飞灰也可以包含氧化钙(CaO)。飞灰也可为高度异质的。其可以包含带有各种可鉴别的玻璃质颗粒的混合物。

例如，飞灰可指在煤燃烧期间产生的灰。根据被燃烧的煤的来源和组成，飞灰的组分显著不同。

过去，飞灰通常释放到大气中，但是在近几十年里强制执行的污染控制设备现在要求在释放之前将其捕获。在烟道气到达燃煤发电厂的烟囱之前，通常通过静电除尘器或其他颗粒过滤仪器来捕获飞灰，并且在这种情况下飞灰连同与从炉底部去除的底灰共同被称为煤灰。例如，在美国，飞灰通常储存在燃煤发电厂或置于垃圾填埋场中。大约43％被回收^[3]，常用于补充混凝土生产中的波特兰水泥。然而，一些研究者对此表达了健康关注。

过去，由煤燃烧产生的飞灰简单地夹带在烟道气中并且分散于大气中。这引起了环境和健康关注，促使法律已将飞灰排放减小到小于所产生的灰的1％。在世界各地，燃煤发电站所产生的飞灰中超过65％被处理在垃圾填埋场和灰池中。由于日益增加的垃圾填埋费用和当前对可持续发展的关注，近些年来飞灰的重复利用已变得越来越受关注。自2005年起，美国燃煤发电厂报道了生产71,100,000吨的飞灰，其中29,100,000吨被再用于各种应用中。如果约42,000,000吨的未使用的飞灰被回收，则会减少对大约27,500英亩(33,900,000m³)垃圾填埋空间的需求。

因此需要用于处理飞灰、重复利用飞灰和/或稳定飞灰价格的至少一种可替代的方法。

发明概述

根据一方面，提供了制备氧化铝和任选的其他产物的方法，该方法包括：

用HCl浸提含铝的物质以获得含有铝离子的浸提液和固体，并将所述固体与所述浸提液分离；

使所述浸提液与HCl反应以获得液体和含有AlCl₃形式的铝离子的沉淀物，并将所述沉淀物与所述液体分离；

在有效将AlCl₃转化为Al₂O₃的条件下加热所述沉淀物，并回收所产生的气态HCl；以及

通过使所产生的气态HCl与水接触而重复利用所述气态HCl以获得浓度高于HCl共沸混合物浓度(20.2重量％)的组合物并使所述组合物与另外量的含铝的物质反应以将其浸提。

根据另一方面，提供了制备氧化铝和任选的其他产物的方法，该方法包括：

用HCl浸提含铝的物质以获得含有铝离子的浸提液和固体，并将所述固体与所述浸提液分离；

使所述浸提液与HCl反应以获得液体和含有AlCl₃形式的铝离子的沉淀物，并将所述沉淀物与所述液体分离；

在有效将AlCl₃转化为Al₂O₃的条件下加热所述沉淀物并且回收所产生的气态HCl；以及

通过使所产生的气态HCl与水接触而重复利用所述气态HCl以获得浓度为约18重量％至约45重量％或约25重量％至约45重量％的组合物并使所述组合物与另外量的含铝的物质反应以将其浸提。

根据另一方面，提供了制备氧化铝和任选的其他产物的方法，该方法包括：

用HCl浸提含铝的物质以获得含有铝离子的浸提液和固体，并将所述固体与所述浸提液分离；