[发明专利]一种粉煤灰、煤矸石的耦合活化方法

说明书

本发明公开了一种粉煤灰、煤矸石的耦合活化方法，包括如下步骤：1）将粉煤灰、煤矸石超细研磨活化，然后与含钾化合物按比例混合均匀，使配料中钾、铝摩尔比为0.5:1~2:1；2）将混合物在700~1000℃下发生热‑化学耦合活化反应，冷却制得烧结熟料；3）将烧结熟料与硫酸溶液按照质量比为1:1~1:20混合，在80~150℃下酸浸反应1~5h，趁热过滤，得到含铝滤液和滤渣，将滤液自然冷却，充分静置后过滤，分离可得到铝钾盐。采用本发明技术，可实现粉煤灰、煤矸石的高效活化，氧化铝溶出率达到93%以上，为粉煤灰、煤矸石提取氧化铝技术的开发提供基础。

技术领域

本发明涉及粉煤灰和煤矸石的综合利用，具体涉及一种粉煤灰、煤矸石的耦合活化方法。

背景技术

粉煤灰和煤矸石分别是煤炭燃烧和气化以及煤炭开采过程产生的大宗固体废弃物，年产生总量达到13亿吨左右，由于利用率仅70%，每年仍有近4亿吨堆存，产生大量的环境污染。粉煤灰/煤矸石含有丰富的氧化铝和二氧化硅，从其中提取氧化铝和二氧化硅制备高附加值铝、硅产品成为其高值化利用的重要方向。但由于粉煤灰主要以莫来石、黄长石、方钠石和尖晶石铁酸盐等铝硅铁玻璃体的形式存在，煤矸石主要以高岭石和石英等为主，结构均非常稳定，反应活性很差，采用常用的酸/碱浸出很难实现氧化铝的高效溶出，开发高效的活化技术，对提高粉煤灰/煤矸石的活性，以进一步提高其氧化铝的溶出率非常重要。

粉煤灰/煤矸石的活化主要有热活化和机械活化。王苗等在《科技创新与生产力》（2012年第1期92页）发表的“粉煤灰活化提取铝铁的研究”，将粉煤灰在500~900℃煅烧后，然后用20%的盐酸在100℃浸取其中的氧化铝，氧化铝的溶出率仅5%左右。崔莉等人在《环境工程学报》（2007年第1卷第11期，99页）发表的“煤矸石中氧化铝溶出的实验研究”，将煤矸石在650℃下煅烧，用20%的盐酸浸取氧化铝，氧化铝的溶出率只有71.49%。秦晋国、翟玉春研发的“一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法”（专利申请号200510048274.9）将粉煤灰在300~760℃焙烧后，用60%~98%的H₂SO₄在160~330℃浸取，氧化铝的溶出率达到85%以上。从文献可以看出，单独采用热活化的方法，氧化铝的溶出率较低，只有采用高的酸浓度才能提高氧化铝提取率，但酸耗量大，酸浓度高也给操作带来困难。高孟华等在《中国矿业》（2008年第21期72页）发表的“机械球磨对煤矸石反应活性的影响”将煤矸石机械研磨10h后，煤矸石中Al₂O₃的提取率达到88.17%。但仅机械研磨耗时长，效果差。马昱昭发明的“一种从粉煤灰中提取高纯度氧化铝及硅胶的方法”（专利申请号201010013749.1），可将粉煤灰中95%以上的Al₂O₃提取出来，但形成的含铝、钠的浸取液难以处理，铝从浸取液中的分离难，对铝的进一步转化利用造成影响，且产生的含钠废液难以处理。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术的不足，提供一种粉煤灰、煤矸石的耦合活化方法，在提高粉煤灰、煤矸石中氧化铝提取率的基础上，能够实现浸取液中铝的分离。

为实现上述目的，本发明所设计的粉煤灰、煤矸石的耦合活化方法，包括如下步骤：

1）将粉煤灰、煤矸石超细研磨活化，然后与含钾化合物按比例混合均匀，使配料中钾、铝摩尔比为0.5:1~2:1；

2）将步骤1）中制得的混合物在700~1000℃下发生热-化学耦合活化反应，冷却制得烧结熟料；

3）将步骤2）中制得的烧结熟料与硫酸溶液按照质量比为1:1~1:20混合，在80~150℃下酸浸反应1~5h，趁热过滤，得到含铝滤液和滤渣，将滤液自然冷却，充分静置后过滤，分离可得到铝钾盐。

作为优选方案，所述步骤1）中的粉煤灰为燃煤锅炉或煤气化炉形成的飞灰、底灰、锅炉渣等灰渣，煤矸石为采掘矸和洗矸。