一种从煤粉炉粉煤灰中提取高纯氧化铝的方法技术

本发明专利技术公开了一种从粉煤灰中提取高纯氧化铝及白泥的方法，该方法包括：煤粉炉粉煤灰的细碎；三氧化二铝的酸提取；三氧化二铝与白泥(氧化硅)的固液分离；氯化铝晶体的析出与纯化(钙、铁、镁等杂质的去除)；结晶氯化铝的煅烧；煅烧阶段及氯化铝晶体的析出与纯化阶段盐酸及氯化氢气体的回收利用等工艺环节。本发明专利技术制备的氧化铝和白泥，均为高附加值产品，粉煤灰中氧化铝的提取率在85％以上，白泥可用来制备分子筛、塑料填充剂，将粉煤灰“吃干榨尽”，且工艺流程短，物料循环利用、能耗低，无二次污染，是循环经济。

Method for extracting high-purity aluminium oxide from pulverized coal furnace fly ash

The invention discloses a method for extracting high-purity alumina and white mud from fly ash, the method comprises: crushing pulverized coal fly ash; acid extraction three two aluminum oxide; two aluminum oxide and three white mud (silica) solid-liquid separation and purification; crystal aluminum chloride (precipitated calcium removal iron, magnesium, and other impurities); calcined aluminium chloride; precipitation calcination stage and aluminum chloride crystals and purification stage of hydrochloric acid and hydrogen chloride gas utilization process. The preparation of alumina and white mud, are high value-added products, alumina in fly ash extraction rate of 85%, the white mud can be used for preparing molecular sieve, plastic filler, fly ash will eat dry pressing to do, and the process is short, the use of recycled materials, low energy consumption, no two pollution is the circular economy.

【技术实现步骤摘要】
一种从煤粉炉粉煤灰中提取高纯氧化铝的方法
本专利技术属于固体废弃物回收利用—循环经济
，具体涉及一种从煤粉炉粉煤灰中提取高纯氧化铝的方法。
技术介绍
近年来，金属铝及铝合金已成为世界上仅次于钢铁的第二重要金属，其主要的矿物来源为铝土矿，世界铝土矿资源分布集中且及不均匀(其中几内亚、澳大利亚、牙买加、巴西的总和就占据了世界总储量的70％)。我国是世界上第一大原铝消费国，而我国优质铝土矿资源匮乏，进口依赖度已达50％，这使得我国在铝行业价格方面十分被动，其将影响整个国民经济的安全。因此有必要提高我国铝土矿开采技术或寻找铝土矿替代资源。粉煤灰是燃煤电厂排放的固体废弃物残渣。目前，粉煤灰总堆存量已达30亿吨，这不仅占用了大量的土地资源，而且还严重污染着环境。粉煤灰中硅、铝是其主要成分，特别是准格尔煤田电厂粉煤灰中氧化铝含量达50％左右，氧化硅在40％左右，因此，粉煤灰是一种潜在的铝土矿替代资源。随着国家对环保的要求越来越高及国家相关法律法规强制性及鼓励性的政策的影响，近20年来，又掀起一股粉煤灰提取氧化铝的热潮。我公司(神华准能资源综合开发有限公司)于2011年成功建成且投产运行了年产4000吨氧化铝的工业化中试厂，所采用的“一步酸溶法”提取循环流化床中氧化铝工艺技术属于国际首创，该技术已于2012年被授予专利权(专利号：ZL2011101038619)，其具有流程短、工艺技术条件宽泛、可循环利用、成本低、环保等优点，解决了循环流化床粉煤灰提取氧化铝的利用难题。煤粉炉工作时燃烧温度大约为1300℃，所得粉煤灰主要以莫来石刚玉相存在，该种粉煤灰氧化铝活性差，提取难度大。虽有不少工艺技术路线提出，但终因其成本高、产渣量大等原因，煤粉炉粉煤灰提取氧化铝一直处于实验室研究阶段。目前，煤粉炉粉煤灰的排放量是循环流化床粉煤灰的9倍左右，因此，只有实现煤粉炉粉煤灰的综合利用，才是粉煤灰真正意义上的综合利用。由此可见，研究一种工艺简单、技术宽泛、成本低的从煤粉炉粉煤灰提取氧化铝的方法，才能重塑世界铝资源格局，加大中国铝资源的筹码。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中氧化铝及白泥提取率低、能耗高、工艺复杂、残渣量大的技术问题，而提供一种工艺简单、能耗低的从煤粉炉粉煤灰中提取高纯氧化铝及白泥的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)研磨粉煤灰和任选的分散剂，至粒径为8μm以下，优选4μm以下，更优选2μm以下；优选所述分散剂为聚丙烯分散剂或聚丙烯醇分散剂，更优选聚丙烯醇分散剂；所述分散剂与粉煤灰的质量比为1:800～1:1200；(2)将研磨后的粉煤灰分散于盐酸中，在密闭搅拌条件下浸取后过滤，得到氯化铝粗液；(3)向步骤(2)所得粗液中通入氯化氢气体至过饱和，析出粗结晶氯化铝，过滤所述粗结晶，并用浓盐酸洗涤，得到精制结晶氯化铝；优选将步骤(3)所得滤液和洗涤液除杂，优选通过膜过滤或者树脂除杂，得到回收盐酸A；(4)将步骤(3)所得精制结晶氯化铝焙烧，得到高纯氧化铝干粉；优选将焙烧过程中产生的氯化氢气体进行回收，得到回收盐酸B。优选地，将步骤(3)所得回收盐酸A和/或步骤(4)所得回收盐酸B循环用于步骤(2)的酸浸取工序，或者低温蒸发制取氯化氢气体用于步骤(3)。进一步地，步骤(2)中，所述盐酸质量浓度为20-36％，优选25-35％；所述粉煤灰质量与盐酸体积的固液比为1g:3ml～1g:25ml，优选1g:7ml～1g:12ml；所述浸取温度为110-180℃，优选130-170℃，浸取时间为1-3h，优选1-2h。优选地，在步骤(3)中，在通入氯化氢气体过程中，所述粗液的温度不超过50℃，用盐酸洗涤的次数为1-3次。优选地，步骤(4)中的焙烧温度为700-1200℃，焙烧时间为1-3h。优选地，步骤(3)前还可以包括：将步骤(2)所得粗液蒸发至近饱和或过饱和的步骤。优选地，将步骤(3)中向步骤(2)所得粗液通入氯化氢气体至溶液过饱和的步骤替换为：向步骤(2)所得粗液中通入氯化氢气体，当溶液的酸度达到7-12mol/L时，停止通气并过滤，得到一部分精制结晶氯化铝，然后向滤液中继续通入氯化氢气体，至过饱和，过滤所得粗结晶氯化铝，用浓盐酸洗涤上述粗结晶氯化铝1-3次，得到另一部份精制结晶氯化铝。优选地，步骤(2)中可以将浸取用盐酸更换为浓硫酸，浸取后过滤并以水洗涤，得到硫酸铝粗液；优选所述粉煤灰与浓硫酸的固液比为1:3～1:12；所述浸取温度为110-300℃，浸取时间为1-3h。优选地，将步骤(2)所得滤渣进行洗涤，得到可用于制作分子筛、免烧砖或者塑料填充剂的白泥，所述白泥的主要成分为氧化硅。优选地，可用煤矸石、低品位铝土矿、赤泥、霞石矿和黏土矿中的一种或多种替代步骤(1)所述的粉煤灰。本专利技术所述高纯氧化铝是指纯度高于99.86％的氧化铝，其化学品氧化铝分类及牌号命名为YST619-2007。步骤(1)中，由于煤粉炉粉煤灰主要物相为莫来石刚玉相，活性低。本专利技术所述研磨粉煤灰原料的作用在于破坏莫来石及玻璃体表面的致密结构，提高粉煤灰中氧化铝的活性。本专利技术所称“任选的”指包含或者不包含的情况，例如“任选的分散剂”指包含分散剂，或者不包含分散剂。本专利技术加入“分散剂”的目的在于防止粉煤灰原料团聚。本专利技术所称近饱和是指溶液开始有晶膜出现的状态，或者指通过测试确定氯化铝浓度为350-400g/L时溶液的状态。步骤(2)酸浸过程中所发生得主要的化学反应如下：Al2O3+6HCl→2AlCl3+3H2OFe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2OAl6Si2O13+18HCl→6AlCl3+(2-n)H2SiO3+(7+n)H2O+n·SiO2Al2O3+3H2SO4(浓)→Al2(SO4)3+3H2OFe2O3+3H2SO4(浓)→Fe2(SO4)3+3H2OAl6Si2O13+9H2SO4→3Al2(SO4)3+2SiO2+9H2O在该阶段，氧化铝的溶出率(R)计算公式为：或在步骤(3)中，所得氯化铝的结晶率(J)计算公式为：在步骤(4)中，氧化铝煅烧主要发生的化学方程式为：2AlCl3·6H2O→Al2O3+6HCl↑+9H2O↑氧化铝提取率(T)的计算公式为：本专利技术中Al含量测定可依照以下方法进行：方法1：氟化钾置换EDTA容量法；方法2：电感耦合等离子体发射(icp-OES)法；方法3：X射线荧光光谱分析(XRF)法；具体请参照国标GB/T14506.4-2010及GB/T6609。本专利技术去除杂离子的原理在于金属盐在盐酸体系下随盐酸浓度的升高溶解度变化规律不同。其中氯化铝随盐酸浓度的升高溶解度急剧下降，而氯化铁、氯化钙、氯化镁等杂质盐随浓度的增加溶解度降低的不明显，从而使得仅有高纯氯化铝结晶从体系中析出。此外，煤矸石、低品位铝土矿、赤泥、霞石矿和黏土矿和粉煤灰极为相似，它们的主要成分都是氧化铝和二氧化硅，均为硅酸盐矿物，且其铝的活性都比煤粉炉粉煤灰强。因此本专利技术的技术方案也可应用于上述矿物原料。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术活化简单，通过氯化氢气析(盐析)达到除杂结晶工艺一步到位，不需要额外的除杂工序，减少设备投资、流程更短，操作更方便；提取的氧化铝纯度高，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从煤粉炉粉煤灰中提取高纯氧化铝及白泥的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)研磨粉煤灰和任选的分散剂，至粒径为8μm以下，优选4μm以下，更优选2μm以下；优选所述分散剂为聚丙烯分散剂或聚丙烯醇分散剂，更优选聚丙烯醇分散剂；所述分散剂与粉煤灰的质量比为1:800～1:1200；(2)将研磨后的粉煤灰分散于盐酸中，在密闭搅拌条件下浸取后过滤，得到氯化铝粗液；(3)向步骤(2)所得粗液中通入氯化氢气体至过饱和，析出粗结晶氯化铝，过滤所述粗结晶，并用浓盐酸洗涤，得到精制结晶氯化铝；优选将步骤(3)所得滤液和洗涤液除杂，优选通过膜过滤或者树脂除杂，得到回收盐酸A；(4)将步骤(3)所得精制结晶氯化铝焙烧，得到高纯氧化铝干粉；优选将焙烧过程中产生的氯化氢气体进行回收，得到回收盐酸B。

【技术特征摘要】
1.一种从煤粉炉粉煤灰中提取高纯氧化铝及白泥的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)研磨粉煤灰和任选的分散剂，至粒径为8μm以下，优选4μm以下，更优选2μm以下；优选所述分散剂为聚丙烯分散剂或聚丙烯醇分散剂，更优选聚丙烯醇分散剂；所述分散剂与粉煤灰的质量比为1:800～1:1200；(2)将研磨后的粉煤灰分散于盐酸中，在密闭搅拌条件下浸取后过滤，得到氯化铝粗液；(3)向步骤(2)所得粗液中通入氯化氢气体至过饱和，析出粗结晶氯化铝，过滤所述粗结晶，并用浓盐酸洗涤，得到精制结晶氯化铝；优选将步骤(3)所得滤液和洗涤液除杂，优选通过膜过滤或者树脂除杂，得到回收盐酸A；(4)将步骤(3)所得精制结晶氯化铝焙烧，得到高纯氧化铝干粉；优选将焙烧过程中产生的氯化氢气体进行回收，得到回收盐酸B。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将步骤(3)所得回收盐酸A和/或步骤(4)所得回收盐酸B循环用于步骤(2)的酸浸取工序，或者低温蒸发制取氯化氢气体用于步骤(3)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(2)中，所述盐酸质量浓度为20-36％，优选25-35％；所述粉煤灰质量与盐酸体积的固液比为1g:3ml～1g:25ml，优选1g:7ml～1g:12ml；所述浸取温度为110-180℃，优选130-170℃，浸取时间为1-3h，优选1-2h。4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭昭华，张小东，王永旺，徐靓，陈东，图亚，白健，许立军，王丽萍，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，神华准能资源综合开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11