[发明专利]一种从粉煤灰中联产片钠铝石和水化硅酸钙的方法

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种从粉煤灰中提取、联产氧化铝和水化硅酸钙的方法。

背景技术

粉煤灰是目前世界上排放量和堆存量最大的工业固体废弃物之一，也是水泥、建材、化工等行业广泛应用的原材料之一。干燥的粉煤灰通常为灰色或灰白色，含水的粉煤灰呈灰黑色，主要氧化物组成为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、K₂O、Na₂O、MnO、SO₃等，其中SiO₂和Al₂O₃的含量占70％以上。粉煤灰的应用可分为低中高三个层次，低层次的应用是指用于筑路、土壤改良、矿井回填等方面；中等层次的应用是指用做建筑材料等方面，如用于生产免烧砖和硅酸盐水泥砌块、制作加气混凝土和陶粒、在砂浆中代替部分水泥或砂子改善浆料的流动性能、作为生产水泥的原料代替黏土、生产水泥的混合材和轻质材板；高层次的应用是指提取利用粉煤灰中的有价金属、提取金属和漂珠、生产陶瓷和分子筛、作为塑料工业和冶金工业上的填充材料等。

利用粉煤灰提取氧化铝，是全球粉煤灰资源综合利用的热点问题，主要工艺有酸法、碱法和酸碱联合法等工艺。酸法提取可以回收多种金属，但是耗酸量大、铝铁分离工序复杂、对设备腐蚀严重、生产成本比较高、产生难处理的废水及残渣对环境危害大；碱法提取方法简单、产品指标好，得到的氧化铝纯度和溶出率比较高，缺点是能耗大，需要消耗大量的纯碱，产生的大量灰渣用作制造水泥的成本比较高，并且对设备的腐蚀严重，投资高；酸碱联合法工艺的产品指标好，但是过程中涉及酸碱中和反应，对酸和碱的消耗大，药剂难以循环利用，并且工艺流程复杂，成本较高。总之，现有的粉煤灰提取氧化铝工艺的主要问题是生产成本高，所产生的废渣和废液难以利用，在环境保护压力和氧化铝市场供需平衡的情况下，没有核心竞争力。

例如，公开号为CN104787790A的中国专利文献公开了一种从煤系固体废物中提取氧化铝和氧化硅的方法，将粉煤灰或煤矸石粉用一定量的浓硫酸拌合均匀后，在120～500℃温度下进行酸解、固化后，与适量煤粉或煤矸石粉或煤气或硫磺等还原剂一起在900～1200℃温度下快速还原焙烧，所得的还原焙砂用低温低碱浸出硅，然后高温高碱浸出铝，含硅浸出液可用于生产白炭黑或活性硅酸钙，含铝浸出液经净化、种分、煅烧生产氧化铝。本发明利用浓硫酸高温反应强化了粉煤灰、煤矸石中铝硅酸盐矿物的分解，然后经高温快速还原焙烧，既实现了硫酸铝的分解脱硫，又提高了二氧化硅的碱浸出活性，从而实现分步浸出硅和铝。

再如，公开号为CN102249253A一种高铝粉煤灰生产氧化铝联产活性硅酸钙的方法，步骤包括：高铝粉煤灰首先与氢氧化钠溶液反应进行预脱硅，得到液相的脱硅液和固相的脱硅粉煤灰；向脱硅液中加入石灰乳进行苛化反应，固相为活性硅酸钙，经压滤和闪蒸干燥得到成品；脱硅粉煤灰中加入石灰石和碳酸钠溶液调配成合格生料浆，然后将合格生料浆焙烧成熟料，熟料溶出的液相为铝酸钠粗液；铝酸钠粗液经一二段深度脱硅、碳分、种分、焙烧等工序后便可得到符合要求的冶金级氧化铝。该制备方法的预脱硅和深度脱硅过程工艺复杂，熟料烧结过程能耗大，设备投资和生产成本高，难以推广应用。

发明内容

为解决现有技术存在工艺复杂、铝溶出液的铝硅比偏低等问题，本发明提供了一种从粉煤灰中提取、联产片钠铝石和水化硅酸钙的方法；旨在缩短制备工艺的前提下提升铝/硅分离效果。

现有从粉煤灰中联产硅酸钙和铝制品的方法中，大多先进行脱硅处理，随后再分别处理，苛化制得硅酸钙和铝制品，该类处理方式工艺复杂、投资高、制得的硅酸钙的活性较差，难以推广应用。鉴于此，本发明人试图在现有技术的基础上缩短工艺流程，进行一步反应脱硅直接制得水化硅酸钙和铝产品，但一直难于克服Si/Al的分离纯度不高及铝硅比偏低等问题，硅/铝分离制得的铝酸钠溶出液纯度不高。通过进一步研究发现，调控反应过程的温度、压力、碱度等在特定的协同范围内，方可达到意想不到的Si/Al分离效果，故提供以下技术方案：

一种从粉煤灰中联产片钠铝石和水化硅酸钙的方法，包括以下步骤：