[发明专利]利用煤系固体废物生产氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明属于煤系固体废物综合利用，具体涉及利用粉煤灰、煤矸石等煤系固体废物生产氧化铝的方法，尤其是采用酸碱联合工艺生产氧化铝。

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，一些非铝土矿型的含铝矿物用于生产氧化铝的可行性引起重视。

另一方面，由于我国煤炭生产和消费量巨大，在其生产和消费过程产出大量的煤矸石、粉煤灰等煤系固废，这些煤系固废的处置与综合利用已成为煤炭、电力行业亟需解决的环境问题。煤矸石、粉煤灰普遍含有较高的铝，是十分重要的潜在氧化铝原料，但由于煤矸石、粉煤灰中，氧化硅含量可高达40～50％，甚至更高，Al₂O₃与SiO₂的质量比值一般小于1，选矿又无法富集，传统的铝土矿生产氧化铝工艺无法经济处理，需要研究开发适合煤系固体废物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。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，如采用粉煤灰为原料时，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。

对原料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。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。