[发明专利]高铝粉煤灰生产氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉煤灰的综合利用，具体是涉及高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，尤其是采用酸碱联合工艺提取氧化铝。

背景技术

煤炭燃烧过程产生大量粉煤灰，除少部分用于水泥建材生产原料而得到部分利用外，大部分粉煤灰堆存，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。

由于粉煤灰中的铝硅比很低，传统的氧化铝生产工艺难以适应处理粉煤灰，需要研究开发适合粉煤灰特点的工艺技术，目前国内外研究的粉煤灰生产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CN1644506A公开的一种利用粉煤灰生产氧化铝方法，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，烧结能耗高，且提取氧化铝后的会产生大量硅钙渣，每处理1吨粉煤灰会新产生3-5吨，甚至更多的硅钙渣，如何消纳处置新增渣面临更大困难。

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氧化铝的方法，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。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，白炭黑、硅灰石产品面临的市场销售与竞争压力非常大。

粉煤灰酸法生产氧化铝由于不需要添加造渣剂，提取氧化铝后的残渣量少，符合减量化综合利用工业固废的要求，且可以获得较高的氧化铝回收率。但由于酸法处理产出的浸出液需要浓缩结晶，且得到铝中间产物含结晶水较高，后续脱水能耗高，导致酸法氧化铝的总能耗高。同时由于酸法处理的浸出选择性差，铁、钙、镁、钛等杂质大量溶出，浓缩结晶产出的铝盐纯度不高，后续需进一步拜耳法处理，虽然采用粉煤灰原灰磁选预脱铁和酸浸液化学净化可以提高产品纯度，但成本高。CN1792802A公开的一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法，其工艺过程是将研磨至200～400目的粉煤灰，先在300～760℃下焙烧活化1～1.5h，然后于160～300℃下用60～98％浓度的硫酸浸出，浸出好的矿浆过滤以分离余酸，余酸返回浸出循环，再用水从滤渣中浸出铝，然后经浓缩结晶、干燥脱水、焙解，得到γ-Al₂O₃，采用该方法，铝的浸出回收率可达85％，但该方法工艺复杂，不仅需要预焙烧活化，而且浸出在高温浓酸的条件下进行，能耗高，大量酸在系统内进行无效循环，浸出、过滤、物料输送设备的材质难解决，操作困难。CN1923695A公开的一种由粉煤灰制取氧化铝的方法，先将粉煤灰细磨并于200-760℃焙烧活化，再与适量浓硫酸拌合均匀后在200-400℃下烧成，然后水浸提取氧化铝，同样可以获得较高的铝浸出率。CN101811711A公开了一种采用盐酸浸出由粉煤灰中提取氧化铝的方法，其过程是将粉煤灰与盐酸混合后于140-160℃下浸出铝，然后固液分离、浓缩结晶、氯化铝煅烧得到活性初氧化铝，由初氧化铝经拜耳法处理生产氧化铝。

综上，碱法工艺虽然氧化铝产品质量好，且与传统的铝土矿生产氧化铝工艺接近，易于工艺实现，但存在副产硅产品市场风险高、烧结能耗大、新增渣量大等问题，严重制约了碱法的工业应用。酸法工艺虽然实现了减量化利用煤系固废，但传统酸法的铝盐结晶与脱水能耗高、铝产品质量差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有粉煤灰提取氧化铝技术中的不足，提供一种采用酸碱联合法从粉煤灰中提取氧化铝的方法，目的是通过酸碱联合工艺，解决粉煤灰酸法处理工艺中铝盐浓缩结晶与热解能耗高、氧化铝产品纯度低的问题，同时避开粉煤灰碱法处理烧结物料量大、能耗高、浸出渣量大等缺陷。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下。

高铝粉煤灰生产氧化铝的方法，包括下述步骤：