[发明专利]一种煤矸石、粉煤灰制备高分子比冰晶石的方法

说明书

技术领域

本申请属工业固废综合利用技术领域，具体涉及煤矸石或粉煤灰中铝、硅、铁元素的综合利用，制备高分子比冰晶石的方法。

背景技术

煤矸石及粉煤灰是我国排放量最大的工业固体废弃物，其大量积累与堆放不仅占用大量耕地，而且严重污染环境。但是，煤矸石和粉煤灰中含有丰富的铝、硅、铁等有价元素，采用湿法冶金工艺对其进行资源化综合利用具有十分可观的前景。近年来，国家出台了一系列有关煤矸石及粉煤灰综合利用的优惠政策，对煤矸石及粉煤灰进行资源化综合利用也是目前研究和投资的热点。

从已报道的情况看，煤矸石的主要综合利用途径有：用于发电、生产建筑材料、用于填埋、筑基修路、充填采空区等。近几年来，对煤矸石进行精细化综合利用，利用煤矸石中的硅、铝、铁等有价资源制备硅、铝化合物及提取其它稀有金属等受到各界重视。粉煤灰的主要综合利用途径有：用于生产农肥、水泥制造、商砼、加气混凝土、制砖、板材制造、漂珠提取、陶粒制造、分子筛制造、白炭黑及氧化铝的生产等。

夏举佩等对高铁低铝煤矸石中铝、铁分离工艺进行了研究，提出了采用先还原再进行分离的思路。结果表明：对Fe³⁺已还原的酸浸液在90℃、pH=4.5时可制备氢氧化铝，向分离氢氧化铝后的溶液中通入空气，在90℃条件下氧化，可制备水合氧化铁，将水合氧化铁煅烧制得氧化铁红。但沉铝过程需在氮气保护下进行，而且以碱性较强的氢氧化钠为沉铝剂，将氢氧化钠直接加入到还原后铝、铁混合溶液中。由于沉铝过程需以氮气进行保护，工业化过程操作难度大，成本高。同时，以氢氧化钠为沉铝剂，受碱液浓度、滴加速度、搅拌速度的影响会造成反应体系局部碱性过强，这将不可避免的造成氢氧化亚铁的共沉淀，导致铝沉淀过程铁带损的上升，增加铝、铁分离的难度，难以制备出合格的铝、铁化合物。此外，分离铝、铁后所产生的废水为硫酸钠溶液，回收难度大，价值不高。

专利CN1174168A提出了用煤矸石生产活性白炭黑的方法，第一步生产硅酸钠，工艺过程为:粉碎煤矸石与纯碱混料，混料比为1:50，经过高温冶溶、水萃、浸溶及缩得硅酸钠，第二步生产活性白炭黑，工艺过程为：制备水玻璃溶液→送入反应器→陈化器→反应器→过滤洗涤→干燥→得成品活性白炭黑。本专利所提出的由煤矸石制备硅酸钠的方法为干法工艺，能耗高，所制得的白炭黑为普通沉淀法白炭黑，目前市场严重过剩，销售前景不佳，而且未能提出煤矸石中铝、铁资源的综合利用方法。

专利CN1903727A提出了一种煤矸石生态化利用联产氧化铝、白炭黑、低灰碳的方法。该方法是以SiO₂、Al₂O₃为主的含量各不同的煤矸石、采煤高岭石等矿物为原料，经过粉碎后用硫酸溶液加热提取、分离，获得硫酸铝酸溶液。在提取、分离时加入少许氟化物为激活剂，在向该溶液中加入硫酸盐作为共结晶剂，经浓缩、结晶等，可以得到优级矾盐晶体，同时酸性母液循环利用进入下次提取，残渣经碱液提取氧化硅得硅酸盐和回收碳。但该工艺的未能提出由硅酸盐溶液进一步制备白炭黑的方法，而且在矾盐晶体的制备过程需加入另外一种或多种硫酸盐，所制得矾盐晶体硫酸铝铵或硫酸铝钾，产品附加值较低，同时也没有提出由矾盐进一步制备氧化铝的方法。此外，虽然所得分解残渣为煤基碳，但铁及其他有价元素的去向不明。

专利CN102515280A提出了一种利用高铁煤矸石活化渣酸浸液分离铝铁的方法。该方法是通过煤矸的粉磨、煅烧、酸浸，酸浸液经中和游离酸调整PH为1~2，中和液在加热状态下首先用10~25%的碳酸钠溶液调整pH值为2.5-3.0，加入氧化剂将反应体系中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后继续调整pH值为3.7-3.8，反应结束经过滤收得水合氧化铁。继续向分离水合氧化铁后的溶液中加碳酸钠溶液，调pH值6-6.5，过滤分离出氢氧化铝，按所述步骤实现煤矸石中铝与铁的分离。但是，Fe³⁺沉淀的pH值为1.5-3.5，Al³⁺沉淀的pH值为3.3-5.2，因此，依照专利所述工艺条件，铁沉淀的pH值与铝沉淀的pH值有大面积交叉重合，在沉淀铁的同时，铝会产生大量的共沉淀，铝、铁难以分离。