本发明专利技术公开了属于粉煤灰资源化利用技术领域的一种从粉煤灰生产高纯氧化铝和硅酸盐的工艺方法。本工艺方法回收粉煤灰中的氧化铝、部分氧化硅、以及放射性粉煤灰中的铀、钍等元素，从而实现粉煤灰资源化利用及固体废物大幅度减量化，尾渣量不到原粉煤灰重量的四分之一，且本发明专利技术所生产的氧化铝和硅酸盐纯度高。本发明专利技术的工艺流程很容易工业化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于粉煤灰资源化利用
，具体涉及。
技术介绍
粉煤灰的主要成分为三氧化二铝和二氧化硅，两者的含量占其重量的85%以上，因此是较大的硅和铝的来源。2010年我国全年粉煤灰产生量约5亿吨，按30%含量计算，该年我国所产生的粉煤灰中氧化铝含量约为I. 5亿吨。而2010年我国氧化铝的总产量才2994万吨，全世界(包括我国)总产量才8628万吨。此外，某些来源的粉煤灰含有较高浓度的氧化铁以及镓、锗等稀散、稀缺金属元素，我国西南地区的坑口电厂以及浙江的某些石煤 电厂产生的粉煤灰中还含有较高浓度的铀或钍。虽然我国很多地区将粉煤灰用于建材，但每年仍有超过I. 5亿吨新灰存留，放射性超标的粉煤灰目前还没有消耗的途径。存留的粉煤灰有严重的环境污染风险。总的说来，一方面，由于产生量大，粉煤灰成为我过大宗工业废物的最大单一来源；另一方面，粉煤灰资源丰富，目前处置粉煤灰的方式是一种严重的资源浪费，因为根据粉煤灰的组成不同，可以用来制取白炭黑、氧化铝、铁矿粉、镓、锗等产品，形成新的循环经济产业链，其中最重要的产品是氧化铝。但粉煤灰中的氧化铝以莫来石等矿相存在，难以回收。目前公开的粉煤灰资源化利用技术，基本上可以总结为以下几类(1).石灰石烧结法即用石灰石为添加剂，和粉煤灰一起焙烧，然后用水或者氢氧化钠溶液将氧化铝浸出，例如中国专利CN201110287177. 0 (公开日期2012-02-15) ; (2) 碱石灰烧结法即同时用石灰石和碳酸钠为添加剂，和粉煤灰一起焙烧，然后用水或者氢氧化钠溶液将氧化铝浸出，例如中国专利CN201010573688. 4 (公开日期2011-03-30) ； (3)两步碱溶法即先在较低温度下用氢氧化钠溶液脱去一部分硅，然后在高温下用浓氢氧化钠溶液溶出铝，如中国专利CN101966999A (公开日期2011-02-09) ; (4)预脱硅-碱石灰烧结法，即先用氢氧化钠溶液于100 140度预脱硅,然后用碳酸钠-石灰石烧结,用水溶出铝,如中国专利CN101284668 (公开日期2008-10-15) ; (5)硫酸铵法，即用硫酸铵为焙烧添加剂，然后用水溶出铝；(6).酸浸法将粉煤灰用机械法等作一定的处理，用硫酸或者盐酸在高温高压等条件下直接浸出三氧化二铝，例如中国专利CN102101689A (公开日期2011-06-22)、中国专利 CN102101686A (公开日期 2011-06-22)。已经公开的方法均存在各自的优缺点，如石灰石烧结法和碱石灰烧结法都存在大幅度增加固体废物量，石灰石烧结法和碱石灰烧结法每生产I吨氧化铝(约消耗2. 5吨粉煤灰)，产生9吨废渣，预脱硅-碱石灰烧结法产生4吨的废渣；此外，还存在焙烧温度高，能耗高等缺点。其它方法，虽然有固体废渣相对较少的优点，但都只针对粉煤灰中的铝，而把其它有用资源排到废渣里去了，形成了严重的资源浪费。由于在粉煤灰中氧化铝以莫来石矿相存在，且根据我们自己的实验结果，机械研磨等处理不能使莫来石发生相变，因此，已经公开的酸法，不论用硫酸还是盐酸，对氧化铝的浸出率都可能较低。此外，公开的酸法方法大多使用高温高压，在此类条件下操作浓酸会有很大的危险性，对容器的要求也很高。综上所述，现在已经公开的、资源化利用粉煤灰的专利技术，都存在各自的缺点，如能耗高、操作条件苛刻，流程复杂，综合成本高等问题，而且都存在尾渣的处理和二次污染等问题，此外，皆不适用于含铀、钍的放射性粉煤灰。
技术实现思路
本专利技术的目的为克服目前技术的不足，提供。，包括步骤如下(I)焙烧将粉煤灰和碳酸钠球磨后混合均匀，用混合物质量的0 45%的水调制成浆，浆料于600 1000° C下焙烧I 6小时；冷却至室温后，用水洗涤除去未反应的碳酸钠以降低酸耗并回收碳酸钠；过滤，滤饼用酸浸取；(2)酸浸将焙烧后的熟料和硫酸混合，搅拌下浸出氧化铝，浸出时间为30 min 6小时，浸出温度为20 95° C，过滤，余渣用水洗涤，洗涤后的水和滤液合并；(3)浓缩和结晶合并后的溶液在加热条件下浓缩，然后向溶液中加入硫酸铵；冷却，过滤，冷水洗涤硫酸铝铵，收集硫酸铝铵晶体并与室温 100°C下干燥，过滤后的母液和洗涤液合并，蒸发后，硫酸铵回用；(4)生产氧化铝将硫酸铝铵晶体在200 900°C区间下分段加热，经过脱水、脱氨和脱硫过程，得到氧化铝；过程中生成的氨气和三氧化硫，用水吸收后又生成硫酸铵，用于步骤(3)中结晶硫酸铝铵；(5)萃取分离用含质量浓度为I 5%的叔胺-煤油溶液萃取分离上述步骤(3)中母液中的铀、钍、铁或钛金属离子，分步反萃，得到铀、钍、铁或钛的化合物；(6)回收硅步骤(2)中硫酸浸取后的余渣，用质量浓度为10 30%的氢氧化钠，于120 180°C下碱溶非晶态氧化硅；浸取时间为I 5小时；脱硅液经碳分以后，可以制备白炭黑。步骤(I)中所述的碳酸钠的添加量为浆料中Na2O-Al2O3-SiO2三元体系中Na2O的质量浓度大于或等于20%。步骤(2)中所述的硫酸的浓度为I 10 mol/L，粉煤灰与硫酸的质量比为1:1. 3 7。步骤(3)中所述的硫酸铵的加入量为200克 700克/升。步骤(5)只在原料为放射性粉煤灰时进行，为非放射性粉煤灰时省去。步骤(6)中氢氧化钠和余渣的质量比为2 6 : I。本专利技术的有益效果为(I)焙烧温度较低，节约能源；(2)配料过程简单；(3)缩短了浸出时间段，但提高了浸出效率(氧化铝总体回收率大于96% (保守值))；(4)溶出液硅量指数高，无需进一步脱硅；(5)氧化铝产品纯度高，达到冶金级水平；(6)多种产品联产，对粉煤灰中氧化铝的含量无特别要求；(7)可用于含铀、钍的放射性粉煤灰资源化；(8)尾渣量少，固体废物大幅度减量。附图说明图I为粉煤灰资源化利用工艺流程图。具体实施例方式下面将结合图I工艺流程和具体实施例进一步说明本专利技术的工艺方法。 实施例I从高铝粉煤灰中提取氧化铝和二氧化硅来自内蒙一处火电厂的高铝粉煤灰，其样品化学组成如表I所示。表I高铝粉煤灰样品化学组成 雨芬 IAlaO, ISiOa I总氧化铁|TiOa ICaO |烧失重|总和 否量(%)丨48.45 丨34.99 |l. 92 |l. 54 丨3. 64 |l. 31 丨91.85采用图I所示工艺流程，取球磨至-200目的高铝粉煤灰20克，加入球磨至-200目的碳酸钠7. 2克(Na2O-Al2O3-SiO2三元体系中Na2O质量百分数为20%)，机械混合均匀，加入5. 4 mL水调成浆状，然后转移至一 50 mL刚玉坩埚中，于900°C焙烧3小时。取出，冷却至室温后，用50mL水洗漆。滤洛用100 mL 4M硫酸浸取I小时。过滤。滤饼用IOOmL水洗涤。洗涤液过滤后和滤液合并。在加热的条件下将浸出溶液浓缩至IOOmL,然后加入40克硫酸铵并加热溶解。冷却至室温，过滤，硫酸铝铵晶体用冰水洗涤，于80° C鼓风干燥至恒重，称重得硫酸铝铵晶体(NH4Al (SO4)2 12H20) 72. 33克，单次结晶过程铝回收率84. 0%。通过重量法分析其中硫酸根的含量，推算出硫酸铝铵晶体的纯度为99. 4%。取8克硫酸浸取后的余渣，放置于一个IOOmL高压反应釜中，加入本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种从粉煤灰生产高纯氧化铝和硅酸盐的工艺方法，其特征在于，包括步骤如下 (1)焙烧将粉煤灰和碳酸钠球磨后混合均匀，用混合物质量的O 45%的水调制成浆，浆料于600 1000° C下焙烧I 6小时；冷却至室温后，用水洗涤除去未反应的碳酸钠以降低酸耗并回收碳酸钠；过滤，滤饼用酸浸取； (2)酸浸将焙烧后的熟料和硫酸混合，搅拌下浸出氧化铝，浸出时间为30min 6小时，浸出温度为20 95° C，过滤，余渣用水洗涤，洗涤后的水和滤液合并； (3)浓缩和结晶合并后的溶液在加热条件下浓缩，然后向溶液中加入硫酸铵；冷却，过滤，冷水洗涤硫酸铝铵，收集硫酸铝铵晶体并与室温 100°C下干燥，过滤后的母液和洗涤液合并，蒸发后，硫酸铵回用； (4)生产氧化铝将硫酸铝铵晶体在200 900°C区间下分段加热，经过脱水、脱氨和脱硫过程，得到氧化铝；过程中生成的氨气和三氧化硫，用水吸收后又生成硫酸铵，用于步骤(3)中结晶硫酸铝铵； (5)萃取分离用含质量浓度为I 5%的叔胺-煤油溶液萃取分离上述步骤(3)中母液中的铀、钍、铁或钛金属离子，分步反萃，得到铀、钍、铁或钛的化...
【专利技术属性】
技术研发人员：王毅，梁振凯，徐辉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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