粉煤灰硫酸混合还原焙烧分步提取硅产品和氧化铝的方法技术

本发明专利技术公开了粉煤灰硫酸混合还原焙烧分步提取硅产品和氧化铝的方法，属于粉煤灰综合利用领域。将粉煤灰与碳基固体还原剂、浓硫酸按一定比例混合配料后，直接送入焙烧设备中完成还原焙烧，然后将还原焙砂经低温碱浸提取硅，得到硅溶液和高铝渣，再将高铝渣高温碱浸提取氧化铝，硅溶液可按照常规方法处理得到硅产品。酸解和还原焙烧一步完成，避免回转窑结圈，简化了流程，减少投资，节约能耗，实现硫酸铝高效分解、焙砂氧化铝与氧化硅反应活性调控的协同。

Extraction of silicon products and alumina by mixed reduction roasting with fly ash

The invention discloses a method for extracting silicon products and alumina by mixed reduction roasting of fly ash and sulphuric acid, which belongs to the field of comprehensive utilization of fly ash. Fly ash and carbon based solid reducing agent and concentrated sulfuric acid according to a certain proportion, mixing the materials, directly into the complete reduction roasting roasting equipment, then reduced calcine by low-temperature alkaline leaching extraction of silicon, silicon solution and high aluminum slag, aluminum slag and the extracting alumina high temperature alkali leaching, silicon solution can be obtained according to the conventional method of silicon products. Acid hydrolysis and reduction roasting can be accomplished in one step to avoid ring formation, simplify process, reduce investment and save energy consumption, and achieve synergistic decomposition of aluminum sulfate and calcined alumina and silica.

【技术实现步骤摘要】
粉煤灰硫酸混合还原焙烧分步提取硅产品和氧化铝的方法
本专利技术属于粉煤灰综合利用领域，具体涉及一种从粉煤灰中提取氧化铝和硅产品的方法，尤其是通过粉煤灰与硫酸进行混合还原焙烧、低温碱浸硅、高温碱浸铝等步骤，从粉煤灰中提取氧化铝和硅产品。
技术介绍
粉煤灰主要成分为氧化铝和氧化硅，特别是一些地区粉煤灰含氧化铝可达40％以上，是一种潜在的氧化铝资源，但由于粉煤灰中氧化硅含量也很高，也达40％以上，传统的铝土矿生产氧化铝工艺难以经济处理粉煤灰。因此，如何比较经济的分离铝硅，特别是在进入碱法生产氧化铝前优先脱除或提取氧化硅，对粉煤灰提取氧化铝至关重要。用氢氧化钠溶液直接浸出粉煤灰中氧化硅，工艺简单，但由于粉煤灰中铝多以莫来石等稳定的化合物形式存在，直接碱浸只能脱除非晶态的二氧化硅，硅的总脱除率低，通常只有40％～50％。CN101284668A公开的一种从高铝粉煤灰中提取氧化铝的方法，将高铝粉煤灰用浓度15％～30％的氢氧化钠溶液加压浸出，使部分硅溶出，含硅浸出液用于生产白炭黑，预脱硅后的粉煤灰与石灰石粉、碳酸钠溶液混合后烧结，然后浸出铝，但由于煤系固废中可碱溶的活性硅比例较少，经过预脱硅后物料的铝硅比仍然较低，后续的烧结物料量大，高温预脱硅及烧结的能耗高，赤泥产出量依然很大。CN101125656A公开的一种从粉煤灰中先提硅后提铝的方法，采用氢氧化钠浓度大于40％的浓碱溶液浸出粉煤灰，可以提高硅的预脱除率，然后碱法烧结提取氧化铝。由于直接碱浸的脱硅率低，脱硅后粉煤灰的铝硅比仅有2左右，导致后续烧结时仍需配入大量石灰，能耗、物耗高，赤泥产出量大。本专利技术的专利技术人在CN104803403A中公开了一种从煤系固体废物预脱硅提取氧化铝的酸碱联合工艺，将粉煤灰用一定量的浓硫酸拌合均匀，先在120℃～500℃温度下进行酸解、固化预处理，然后将酸解后的粉煤灰在不添加还原剂的条件下，在900℃～1200℃温度下进行流态化焙烧得到焙砂，所得焙砂经常压低温碱浸预脱硅得到高铝渣，然后采用加压高温碱浸从高铝渣中提取氧化铝。该法硅的浸出率高，可达70％以上，但由于酸解固化与焙烧分开作业，需要先将酸解料粉碎，再升温到烧成温度焙烧，不能实现真正的连续化作业，能耗增加。同时由于熟化料致密，容易导致炉窑结圈，需要停工加以清理并且清理难度较大。此外由于采用非还原气氛焙烧，硫酸铝分解时氧化铝容易向α氧化铝转变，而使后续的碱浸提取氧化铝变得困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有粉煤灰提取氧化铝技术中的不足，特别是为了解决粉煤灰酸碱联合提取氧化铝工艺中存在的不足，提供一种粉煤灰硫酸混合还原焙烧分步提取硅产品和氧化铝的方法。本专利技术的专利技术人，经过反复试验探索发现，将粉煤灰酸碱联合提取氧化铝工艺中的酸解、固化预处理和焙烧，由分开的两个步骤合并为一步完成，既简化了流程，取消了酸解料降温、粉碎等步骤，实现真正的连续化作业，提高了生产效率；又可以借助还原剂，使得酸解料疏松，避免酸解过程炉窑结圈；完美解决了现有粉煤灰酸碱联合提取氧化铝工艺中存在的生产过程不连续、酸解料致密导致炉窑结圈的技术问题，同时由于采用还原焙烧，解决了酸解料中硫酸铝高效分解、焙砂中氧化铝与氧化硅反应活性调控难的难题。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。粉煤灰硫酸混合还原焙烧分步提取氧化硅和氧化铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将粉煤灰、浓硫酸和还原剂按比例混合后进行焙烧，得到还原焙砂；(2)将还原焙砂采用低温碱浸提取硅，得到含硅浸出液和高铝渣；(3)将高铝渣采用高温碱浸提取铝，得到铝酸钠溶液和浸出残渣；(4)将含硅浸出液按照常规方法处理得到硅产品；(5)将铝酸钠溶液按照常规方法处理得到氧化铝。进一步地，所述的还原剂为碳基固体还原剂。进一步地，所述碳基固体还原剂为煤、焦炭、木炭或石油焦中的一种或多种，优选固定碳含量不低于50％的煤粉。进一步地，所述浓硫酸的质量浓度≥80％。进一步地，步骤(1)所述的按比例混合，是指粉煤灰中氧化铝与浓硫酸中的硫酸摩尔比为1:2.5～1:5，氧化铝与还原剂所含碳的摩尔比为1:1.5～1:5。进一步地，步骤(1)中焙烧的烧成温度为850℃～1200℃。进一步地，步骤(1)中焙烧的设备采用回转窑，烧成温度900～1100℃，控制回转窑中物料的升温速度，保证物料在100℃～250℃段的停留时间≥30min，优选在120℃～200℃段的停留时间≥30min。进一步地，步骤(2)中所述低温碱浸提取硅，是将还原焙砂用Na2O浓度50～150g/L的氢氧化钠溶液浸出硅，浸出固液质量比1：3～1：25，浸出温度50～100℃，浸出时间30～240min。进一步地，步骤(3)中所述高温碱浸提取铝，是将高铝渣用Na2O浓度150～300g/L的氢氧化钠溶液浸出铝，浸出固液质量比1：3～1：20，石灰添加量为高铝渣质量的0～15％，浸出温度150～300℃，浸出时间15～120min。本专利技术的实施中，允许粉煤灰中含一定的水分，但应控制粉煤灰中的水分含量，其水分允许含量以混合配料后的硫酸质量浓度不低于70％为限。还原焙烧得到的烟气用于制酸生产硫酸供循环使用。低温碱浸得到的含硅溶液可进一步生产硅产品，例如白炭黑等；高温碱浸得到的铝酸钠溶液经种分或碳分法生产冶金级氧化铝，种分母液可返回循环使用。本专利技术提供的粉煤灰硫酸混合还原焙烧分步提取硅产品和氧化铝的方法，将粉煤灰与碳基固体还原剂、浓硫酸按一定比例混合配料后，直接送入焙烧设备中完成焙烧，酸解和焙烧在同一设备内完成，在酸解和焙烧之间，无熟料粉碎-细磨、熟料与还原剂混合配料等中间工序，一步得到还原焙砂，简化了流程，节约能耗，减少投资；且在粉煤灰、碳基固体还原剂、浓硫酸的混合料中，由于碳基固体还原剂的配入，可使酸解、焙烧料疏松，从而避免回转窑结圈，利于回转窑作业；同时，由于采用还原焙烧，在提高硫酸铝分解效率的同时，解决了焙砂中氧化铝与氧化硅反应活性调控的难题，从而提高氧化硅和氧化铝的分步提取率；硅脱除率高达80％左右，得到铝硅比7以上的高铝渣。附图说明图1为本专利技术的方法的原则流程图。具体实施方式以下结合图1对本专利技术做出进一步说明。本专利技术的粉煤灰硫酸混合还原焙烧分步提取硅产品和氧化铝的方法，将粉煤灰、浓硫酸和还原剂按比例混合后焙烧，得到还原焙砂；将还原焙砂采用低温碱浸提取硅，得到含硅浸出液和高铝渣；将高铝渣采用高温碱浸提取铝，得到铝酸钠溶液和浸出残渣；将铝酸钠溶液按照常规方法处理得到氧化铝。在实施时，采用的浓硫酸为质量浓度≥80％的硫酸，还原剂为煤、焦炭、木炭或石油焦等碳基固体还原剂，还原剂中的碳含量不低于50％。粉煤灰、浓硫酸和还原剂的混合料配比中，粉煤灰中氧化铝与浓硫酸中的硫酸摩尔比为1:2.5～1:5，氧化铝与还原剂所含碳的摩尔比为1:1.5～1:5。焙烧设备采用回转窑，控制回转窑中物料的升温速度，烧成温度850℃～1200℃，并控制物料在100℃～250℃段的停留时间≥30min，优选在120℃～200℃段的停留时间≥30min。还原焙砂采用Na2O浓度50～150g/L的氢氧化钠溶液浸出硅，浸出固液质量比1：3～1：25，浸出温度50～100℃，浸出时间30～240min。浸硅后得到的高铝渣，用Na2O浓度150～300本文档来自技高网...

【技术保护点】
粉煤灰硫酸混合还原焙烧分步提取硅产品和氧化铝的方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)将粉煤灰、浓硫酸和还原剂按比例混合后进行焙烧，得到还原焙砂；(2)将还原焙砂采用低温碱浸提取硅，得到含硅浸出液和高铝渣；(3)将高铝渣采用高温碱浸提取铝，得到铝酸钠溶液和浸出残渣；(4)将含硅浸出液按照常规方法处理得到硅产品；(5)将铝酸钠溶液按照常规方法处理得到氧化铝。

【技术特征摘要】
1.粉煤灰硫酸混合还原焙烧分步提取硅产品和氧化铝的方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)将粉煤灰、浓硫酸和还原剂按比例混合后进行焙烧，得到还原焙砂；(2)将还原焙砂采用低温碱浸提取硅，得到含硅浸出液和高铝渣；(3)将高铝渣采用高温碱浸提取铝，得到铝酸钠溶液和浸出残渣；(4)将含硅浸出液按照常规方法处理得到硅产品；(5)将铝酸钠溶液按照常规方法处理得到氧化铝。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的还原剂为碳基固体还原剂。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碳基固体还原剂为煤、焦炭、木炭或石油焦中的一种或多种，优选固定碳含量不低于50％的煤粉。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浓硫酸的质量浓度≥80％。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的按比例混合，是指粉煤灰中氧化铝与浓硫酸中的硫酸摩尔比为1:2.5～1:5，氧化铝与还原剂所含碳的摩尔比为1:1.5～1:5。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，允许粉煤灰中...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋训雄，李达，汪胜东，赵峰，冯林永，刘巍，范艳青，蒋伟，张登高，
申请(专利权)人：北京矿冶研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11