[发明专利]一种无焙烧、强化酸浸煤矸石生产冶金级氧化铝和白炭黑的方法

说明书

一种无焙烧、强化酸浸煤矸石生产冶金级氧化铝和白炭黑的方法。该方法不进行原料的焙烧活化，采用升温、加压强化盐酸酸浸煤矸石粉，酸浸溶液用于生产冶金级氧化铝，酸浸硅渣用于生产白炭黑。该方法主要步骤包括煤矸石机械粉碎与湿法球磨，草酸除铁，强化酸浸，树脂吸附除杂，喷雾造粒，一步热解和氯化氢吸收，得到冶金级的氧化铝产品，吸收氯化氢得到的盐酸循环利用于煤矸石的强化酸浸；酸浸硅渣经过硫酸洗涤、硅渣碱溶、稀酸沉硅、分离与干燥，得到高纯白炭黑产品。该方法生产成本较低、产品价值高、容易实现规模化生产，是高价值利用煤矸石资源的合理工艺。

技术领域

本发明属于无机化工技术领域，涉及一种无焙烧、强化盐酸酸浸煤矸石粉料生产冶金级氧化铝和白炭黑的方法。

技术背景

我国是煤炭生产和消费大国，我国每年在煤炭开采和加工过程中废弃的煤矸石超过2亿吨，累积有50多亿吨，是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一。废弃的煤矸石挤占大量的土地，严重污染了环境。如何规模化处理和高价值利用煤矸石，一直是困扰相关地区、相关企业的重大问题。我国是氧化铝和金属铝生产大国，近几年，我国每年生产冶金级氧化铝接近七千万吨，金属铝年产量超三千万吨，但是，我国铝土矿，特别是优质铝土矿资源不足，每年需要大量进口。煤矸石中主要组成是高岭石和煤炭，此外还含有少量的铁、钙、镁、硫、磷等和微量稀有元素。其中，高岭石(Al₂O₃·2SiO₂·H₂O)理论上含有42.5％三氧化二铝、50％的二氧化硅和7.5％的结晶水。因此，煤矸石可以作为生产冶金级的氧化铝产品的基础原料。

目前，拜耳法是生产冶金级氧化铝的主要方法。但是，拜耳法只适合铝硅比较大的优质铝土矿原料。对于硅含量较大的含铝矿物提取氧化铝的过程，若采取拜耳法，则会消耗较多的氢氧化钠。从制备技术和过程成本等方面考虑，酸法比较适合硅含量较大的含铝矿物提取氧化铝过程。

一般地，用盐酸、硫酸等无机强酸酸浸含铝矿物，将铝元素浸取到溶液中，然后通过不同的工艺生产氧化铝，都统称酸法生产氧化铝。专利CN200610017139.2将酸浸法与拜耳法结合起来，提出了一种利用循环流化床粉煤灰制备氧化铝的方法。常压下，粉煤灰与盐酸或者硫酸在100±10℃下酸浸，实现硅铝分离；酸浸液浓缩结晶得到粗氯化铝或者硫酸铝晶体；含铁的铝盐晶体热解制备粗氧化铝，同时，氯化氢制备盐酸循环利用；结合拜耳法生产冶金级氧化铝工艺，将粗氧化铝与强碱溶液作用生成铝酸钠，实现铁铝分离；由铝酸钠溶液制备氢氧化铝沉淀；氢氧化铝高温热分解得到纯度大于98％的氧化铝。专利CN201110103861.9提出了一种利用流化床粉煤灰制备冶金级氧化铝的方法。粉煤灰经过粉碎后湿法磁选除铁、盐酸酸浸、树脂除铁、浓缩结晶、晶体氯化铝热解工艺制备出纯度大于99％的冶金级氧化铝。专利CN201710197423.0提出了一种酸法提取煤粉炉粉煤灰中氧化铝的工艺方法。粉煤灰与硫酸铵混合煅烧活化，盐酸酸浸，然后向酸浸液中通入氯化氢气体，析出氯化铝晶体，氯化铝晶体高温煅烧后得到一级冶金级氧化铝。

综上所述，以含铝矿物作为原料酸法工艺生产冶金级氧化铝大致包括盐酸或者硫酸酸浸矿物、制备氯化铝或者硫酸铝固体物料、高温热解固体物料得到氧化铝。然而，矿物组分杂质，除杂技术各不相同；氯化铝或者硫酸铝固体颗粒制备工艺又包括蒸发浓缩结晶、或者通入气体盐析结晶；高温热解工艺和相应装置也不尽相同。因此，形成了多种工艺迥异的冶金氧化铝制备方法。