[发明专利]一种从煤系固体废物中提取氧化铝和氧化硅的方法

说明书

技术领域

本发明属于煤系固体废物的综合利用，具体是涉及一种从粉煤灰、煤矸石等煤系固体废物中提取氧化铝和氧化硅的方法，尤其是通过对煤系固体废物进行硫酸转化、高温还原、碱浸，从煤系固体废物提取氧化铝和氧化硅。

背景技术

煤系固体废物主要指煤炭采选和利用过程产出的煤矸石、粉煤灰等，该类固废中主要成分为氧化铝和氧化硅，由于缺乏清洁、经济的利用方案，目前除粉煤灰少量被用于建材生产外，大多堆存，从该型固废中高效经济地提取有用组分，不仅可以解决因粉煤灰、煤矸石等大量堆存而产生的生态环境污染问题，又可为电解铝生产提供重要原料。现有的氧化铝生产都采用碱法工艺，但由于粉煤灰、煤矸石中的铝硅比很低，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，传统的氧化铝生产工艺难以适应。

采用烧结法从粉煤灰、煤矸石等煤系固体废物提取氧化铝是目前研究最多的方法，其类似于传统的铝土矿烧结工艺，通过与石灰石或碱石灰进行烧结，将硅转变成硅酸钙，从而在熟料溶出时硅以硅酸钙沉淀进入赤泥，实现铝硅的分离，碱法工艺技术成熟，工业上易于实现，氧化铝产品质量好，但由于原料中铝硅比低，导致烧结能耗高，成本高，赤泥产出量大。如CN1644506A公开了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。烧结前先对粉煤灰或煤矸石进行碱浸预脱硅处理，提高铝硅比，从而减少烧结量和赤泥产出量，同时可以生产白炭黑、硅灰石等高价值硅产品。如CN101284668A公开了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，但由于煤系固废中可碱溶的活性硅比例较少，经过预脱硅后物料的铝硅比仍然较低，后续的烧结物料量大，高温预脱硅及烧结的能耗高，赤泥产出量依然很大。酸碱联合工艺可以实现酸法与碱法工艺的优势互补，是粉煤灰提取氧化铝的技术发展方向。CN104445313A公开了一种从粉煤灰中酸碱联合提取氧化铝的方法，将粉煤灰与适量浓硫酸混合均匀、熟化后，在还原剂作用下于500-900℃还原焙烧脱硫，然后用含氢氧化钠的溶液浸出铝，而硅则进入浸出渣中，从而实现铝和硅的分离，取消了高耗能的烧结工序，且流程属于减量化过程；但由于该法中硅与其它杂质一起进入渣中，硅的综合回收利用困难，且由于焙砂中少量的活性硅在碱浸铝时也进入浸出液，含铝浸出液后续仍需要脱硅工序。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有粉煤灰、煤矸石等煤系固体废物提取氧化铝技术中的不足，提供一种采用硫酸转化-高温还原-两段碱浸的工艺从粉煤灰、煤矸石等煤系固体废物中提取氧化铝，具体是通过硫酸转化将矿物中的铝矿物与硅矿物解离，通过高温还原实现硫酸铝分解与硫酸的再生循环，同时通过高温作用改变氧化铝和二氧化硅的碱浸活性，然后分别通过低温碱浸硅和高温碱浸铝，而实现硅和铝的分别浸出，既避免了酸法生产氧化铝工艺的氧化铝产品质量差、铝盐浓缩结晶与脱水能耗高的问题，又克服了碱法生产氧化铝工艺的铝硅分离难、烧结量大、能耗高、赤泥量大等问题，实现酸法与碱法工艺的优势互补。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下。

一种从煤系固体废物中提取氧化铝和氧化硅的方法，包括下述步骤：

(1)硫酸酸解：将粉煤灰或煤矸石粉用浓硫酸拌合均匀后，在120～500℃温度下进行酸解、固化；

(2)高温还原焙烧：将酸解、固化后的粉煤灰或煤矸石粉在950～1200℃温度下与还原剂一起进行还原焙烧0.1～30min，得到还原焙砂和含硫烟气，含硫烟气收集后制酸返回步骤(1)酸解循环使用，所述还原剂为煤粉、煤矸石粉、煤气、天然气、硫磺或石油焦等低值含碳燃料中的一种或一种以上的混合物，还原剂的配入量根据粉煤灰中的氧化铝含量及粉煤灰中的残炭量调节；