[发明专利]一种从粉煤灰中酸碱联合提取氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉煤灰的综合利用，具体是涉及一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法，尤其是采用酸碱联合工艺提取氧化铝。

背景技术

随着现代化工业的快速发展，资源匮乏日趋成为摆在人们面前的主要社会问题之一。生产氧化铝的原料主要是铝土矿，传统的冶炼方法是碱法生产氧化铝，矿石中的氧化硅是碱法生产中的主要有害元素，要求铝土矿中铝硅比A/S(矿石中Al₂O₃与SiO₂的质量比值)大于3。碱法分为拜耳法、烧结法和联合法，其中拜耳法适于处理含Al₂O₃高、SiO₂低的富矿，一般要求Al₂O₃＞65％，A/S＞7，世界上90％以上的氧化铝由拜耳法生产；烧结法适合处理A/S为3～5的原料；联合法适合处理A/S为5～7的原料。但随着铝消费量的增加，矿石开采量增加，铝土矿资源逐年减少，矿石铝品位不断下降，开采成本不断提高，从某些高硅低铝的非传统氧化铝原料中提取氧化铝受到重视，特别是从粉煤灰中提取氧化铝不仅可以拓展氧化铝来源，同时可以解决粉煤灰堆存产生的环境问题。

中国是煤炭生产和消费大国，煤炭产量及消费均已达到37亿吨左右，其中一半以上用于火力发电，燃烧过程产生大量粉煤灰，产出的粉煤灰除少部分用于水泥建材生产原料而得到部分利用外，大部分堆存，不仅占用大量土地资源，而且对环境污染严重。我国粉煤灰富含铝，氧化铝平均含量27％，华东、华北地区粉煤灰的氧化铝含量普遍超过30％，部分地区的粉煤灰中铝含量更是高达40-60％，是一种十分重要的潜在铝土矿接替资源。根据粉煤灰的组成不同，可以用来制取白炭黑、氧化铝、铁矿粉、镓、锗等产品，形成新的循环经济产业链，其中最重要的产品是氧化铝。

由于粉煤灰中的铝硅比很低，且无法选矿富集，传统处理铝土矿的氧化铝生产工艺难以移植来处理粉煤灰，需要研究开发适合粉煤灰铝资源特点的工艺技术，目前国内外研究开发的粉煤灰提取氧化铝方法大致分为碱法和酸法两大类。

碱法包括直接烧结法和预脱硅-烧结法等。直接烧结法类似于铝土矿烧结法生产氧化铝工艺，包括烧结、熟料自粉化、浸出、碳分、锻烧等主要工序，如CN 1644506A公开的利用粉煤灰和石灰石联合生产氧化铝和水泥的方法，将粉煤灰与石灰石粉按一定比例混合磨矿后干法烧结，然后用碱溶出熟料提取氧化铝，浸出渣用于生产水泥。由于粉煤灰含硅高，直接烧结需要配入大量石灰石粉，粉煤灰与石灰石粉质量配比达30:70。由于直接烧结法大量添加石灰或石灰石粉，浸出时会产生大量硅钙渣，每生产1吨氧化铝要产生8-10吨左右的硅钙渣，如果周边没有足够的建材市场消纳能力，势必会造成新的、堆放量更大且为强碱性的废弃物排放，形成更加难处理的固废环境问题，同时由于高温烧结的物料量大，导致烧结能耗高。

对粉煤灰进行碱浸预脱硅处理可以减少烧结物料量，从而降低烧结能耗和减少浸出渣量，同时预脱硅得到的含硅溶液可以生产白炭黑、硅灰石等高值硅产品。如CN101284668A公开的一种从高铝粉煤灰中提取二氧化硅、氧化铝及氧化镓的方法，将高铝粉煤灰与氢氧化钠溶液在高压反应釜内进行加压浸出，使部分硅溶出，含硅浸出液用于生产白炭黑，预脱硅后的粉煤灰与石灰石粉、碳酸钠溶液混合后烧结，然后浸出铝。为了进一步提高预脱硅的硅脱除率，CN100491247C公开的一种利用粉煤灰生产二氧化硅和氧化铝的方法，在用氢氧化钠溶液浸出预脱硅前对粉煤灰进行预焙烧，或用硫酸或氢氧化钠溶液进行浸泡，以便提高粉煤灰中硅的溶出活性，从而提高硅的预脱除率。采用预脱硅技术可以提高粉煤灰的铝硅比，降低烧结量，从而降低氧化铝生产能耗，并副产白炭黑、硅灰石等硅产品，但对于大规模的粉煤灰综合利用，巨大的白炭黑、硅灰石产品面临的市场销售与竞争压力非常大。