專利名稱：煤矸石生態(tài)化利用聯(lián)產(chǎn)氧化鋁\白炭黑\低灰碳的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用煤矸石提取氧化鋁及其副產(chǎn)品的方法，特別是一種煤矸石生態(tài)化利用聯(lián)產(chǎn)氧化鋁\白炭黑\低灰碳的方法。
背景技術(shù)：
煤矸石簡稱矸石，是在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量低、堅硬的黑色巖石，在煤炭生產(chǎn)過程中成為廢棄物。煤矸石是我國目前年排放量和累計堆放量最大的工業(yè)廢棄物。在煤炭生產(chǎn)過程中，煤矸石的排放量約占煤炭產(chǎn)量的10％，我國每年煤矸石的排放量約為2億噸左右，約占全國工業(yè)固體廢棄物總量的40％。全國現(xiàn)在仍有煤矸石山1500多座，累計堆存34億噸，占地20萬畝。煤矸石的主要礦物成分是高嶺土、石英、蒙脫石、長石、伊利石、石灰石、硫化鐵、氧化鋁等。不同地區(qū)的煤矸石的礦物成分的含量相差也很懸殊。因此，開展煤矸石的綜合利用，“化害為利，變廢為寶”，保護環(huán)境已成為我國的一項長期經(jīng)濟政策。
目前報道的以煤矸石為原料提取氧化鋁的方法有酸法、堿法、混鹽法、電鋁水泥法四類。前三中方法的文獻報道多是以煤系高嶺巖為原料，此種原料中氧化鋁含量可以高達36％-40％，第四種方法是利用煤矸石發(fā)電后，用粉煤灰作原料的堿石灰燒結(jié)法工藝。
中國知識產(chǎn)權(quán)局1993年6月2日公開的發(fā)明名稱為《用煤矸石生產(chǎn)硫酸鋁的方法》，公開號為1072657A的專利申請，它是將矸石粉碎成粉狀，不經(jīng)焙燒，直接同濃度為40-70％(重量)的硫酸在反應(yīng)器中混合、攪拌，通蒸氣升溫使反應(yīng)器壓力為3.5-8千克/平方厘米，反應(yīng)4-6小時，經(jīng)沉降去渣，濃縮結(jié)晶，得白色塊狀固體。所得產(chǎn)品質(zhì)量符合HC1-32-77精制一級標(biāo)準(zhǔn)。該發(fā)明煤矸石不需焙燒，工藝簡單，節(jié)省能源，環(huán)境污染較小，很適合中小企業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)生產(chǎn)。但該方法適合優(yōu)質(zhì)煤矸石(煤系高嶺石)，即含碳、鐵很低，而氧化鋁含量較高的煤矸石，對其它儲量很大的劣質(zhì)煤矸石來講，該法的氧化鋁回收率不高，最主要的是該方法沒有實現(xiàn)酸液的循環(huán)利用，對環(huán)境會產(chǎn)生污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述缺陷，提供一種綜合利用煤矸石的工藝方法，將煤矸石中的氧化鋁、氧化硅、碳份等物質(zhì)高效提取、分離，同時，能耗和原料消耗可大幅度降低，基本實現(xiàn)提取過程中液、氣、渣的循環(huán)利用的煤矸石生態(tài)化利用聯(lián)產(chǎn)氧化鋁\白炭黑\低灰碳的方法。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種煤矸石生態(tài)化利用聯(lián)產(chǎn)氧化鋁\白炭黑\低灰碳的方法，其生產(chǎn)工藝是1)粉碎將煤矸石粉碎至80-300目；2)浸提粉碎后的煤矸石放入反應(yīng)器中，加入硫酸，煤矸石重量與硫酸溶液體積比為1∶2.0-6倍，加入硫酸溶液的濃度為8-12摩爾/升，同時加入重量為煤矸石的0.08-10％的提取激活劑，加熱至微沸狀態(tài)，保持1-3小時；3)過濾然后加入1-3倍的溫度在70-90℃的熱水，趁熱過濾得含鋁離子的濾液和一次殘渣；4)形成礬鹽及濃縮向濾液中按摩爾比為Al2(SO4)3∶M2SO4＝1∶0.4-0.6的配比加入另一種硫酸鹽，反應(yīng)溫度70-90℃，攪拌使硫酸鹽全部溶解，然后將液體濃縮到原體積的1/3-2/3進行冷卻結(jié)晶。再過濾，得粗品，二次結(jié)晶即得高純度明礬晶體，該明礬晶體可以生產(chǎn)氧化鋁。
5)所得母液調(diào)整濃度后進入上述浸提中循環(huán)使用；6)在一次殘渣中加入百分濃度為20-30％的堿溶液，加熱煮沸，保持0.5-2小時，然后過濾，得硅酸鹽溶液。該硅酸鹽溶液可以回收二氧化硅，制備白炭黑等產(chǎn)品，二次濾渣為煤基碳。
上述提取激活劑為氟化鉀、氟化鈉、氟化銨、氟化鈣以及氟硅酸鹽的單一成分或復(fù)合成分。
上述加入的另一種硫酸鹽M2SO4為銨鹽、鈉鹽、鉀鹽當(dāng)中的一種或兩種、三種任意比例混合而成的鹽。
以所得礬為中間體可以用于制備氧化鋁的進一步轉(zhuǎn)化并可回收硫酸鹽或硫酸。
本發(fā)明的特點是1、本發(fā)明技術(shù)簡潔、適應(yīng)各種不同成分的煤矸石，且煤矸石原料來源廣泛。
2、本發(fā)明一方面解決了煤矸石造成的環(huán)境污染和占用土地的問題，另一方面變廢為寶，為電解鋁企業(yè)提供原料，解決了目前電解鋁行業(yè)氧化鋁原料短缺的問題。
3、本發(fā)明工藝氧化鋁的提取率。回收率高，容易獲得優(yōu)質(zhì)鋁鹽，可以與現(xiàn)有成熟的制備氧化鋁、氧化硅技術(shù)相結(jié)合，從為而實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)的綜合利用新模式提供了關(guān)鍵技術(shù)。
3、能耗低，工藝過程中的液、氣、渣的均可循環(huán)利用。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1稱取25克180目的煤矸石細粉，該矸石氧化鋁含量為27.58％，二氧化硅為34.96％，固定碳34％，余量為其它雜質(zhì)，加入100ML濃度為12摩爾/升的硫酸溶液，加入螢石2.5克，加熱至微沸狀態(tài)，保持2小時。然后加入100毫升的80℃熱水，攪拌10分鐘，趁熱過濾得含鋁離子的濾液和一次殘渣。一次殘渣用40毫升熱水洗滌2-3次，合并濾液，在強烈攪拌下再加入9克硫酸銨，攪拌使硫酸銨完全部溶解，然后加熱濃縮至液體體積約150毫升，冷卻至室溫，結(jié)晶并分離得銨明礬42克，母液留做循環(huán)酸液進入下次提取使用。一次殘渣中加入50ML25％的燒堿溶液，加熱煮沸，保持1小時，然后過濾，得硅酸鈉溶液。該硅酸鈉溶液用酸調(diào)制可得硅溶膠，硅溶膠脫水可得白炭黑產(chǎn)品。提取氧化硅后的二次殘渣為煤基碳，可完全回收作為普通碳利用。
在上述的條件下做母液循環(huán)實驗，其它條件不變，只是瑩石的加入量減少到1-2克，硫酸的加入量減少30-35％，將循環(huán)進行10次。循環(huán)使用的酸提取液獲得氨明礬結(jié)晶，共獲氨明礬670克。經(jīng)分析，一次結(jié)晶所得氨明礬平均鐵含量為0.02％(以Fe2O3計)，二次重結(jié)晶后鐵、硅含量均未檢出，重結(jié)晶的收率在92％以上，且結(jié)晶母液可循環(huán)套用。經(jīng)分析，氧化鋁平均提取率為80％，氧化硅提取率為95％，得到灰份小于30％的煤炭。
實施例2將上述煤矸石換為含碳量小于5％的煤系高嶺石25克，該矸石氧化鋁含量為35.6％，二氧化硅為41.6％，固定碳3.5％，余量為其它雜質(zhì)，加入氟化銨2克，其它工藝參數(shù)基本不變，只是將酸提取氧化鋁的濃度調(diào)整為9摩爾/升；一次殘渣中提取氧化硅時加入燒堿溶液的量增加為60ML。結(jié)果表明氧化鋁提取率為88％，氧化硅提取鋁為98％，回收得到灰份小于15％的煤炭。
實施例3在實施例1中，將加入的硫酸銨換為硫酸鉀，其它工藝不變。分析表明，氧化鋁提取率為81％，氧化硅平均提取率為94％，回收得灰份小于30％的煤炭。
實施例4在實施例2中，將加入的氟化銨2克變?yōu)?.02克的氟化鉀，其它工藝不變。分析表明，氧化鋁提取率為80％，氧化硅平均提取率為93％，回收得到灰份小于15％的煤炭。
實施例5在實施例1中，將加入的2.5克螢石變?yōu)?.1克的氟化鈉及0.05克的氟化鉀，其它工藝不變。分析表明，氧化鋁提取率為80％，氧化硅平均提取率為93％，回收得灰份小于30％的煤炭。
實施例6在實施例1中，將加入的2.5克螢石變?yōu)?.08克的氟化鈉，其它工藝不變。分析表明，氧化鋁提取率為85％，氧化硅平均提取率為95％，回收得灰份小于30％的煤炭。
實施例7在實施例1中，將加入的2.5克螢石變?yōu)橛?.08克的氟化鈉、1克氟化銨、1克螢石組成的復(fù)合氟鹽，其它工藝不變。分析表明，氧化鋁提取率為86％，氧化硅平均提取率為94％，回收得灰份小于30％的煤炭。
權(quán)利要求
1.一種煤矸石生態(tài)化利用聯(lián)產(chǎn)氧化鋁\白炭黑\低灰碳的方法，其生產(chǎn)工藝是1)粉碎將煤矸石粉碎至80-300目；2)浸提粉碎后的煤矸石放入反應(yīng)器中，加入硫酸，煤矸石重量與硫酸溶液體積比為1∶2.06倍，加入硫酸溶液的濃度為8-12摩爾/升，同時加入重量為煤矸石的0.08-10％的提取激活劑，加熱至微沸狀態(tài)，保持1-3小時；3)過濾然后加入1-3倍的溫度在70-90℃的熱水，趁熱過濾得含鋁離子的濾液和一次殘渣；4)形成礬鹽及濃縮向濾液中按摩爾比為Al2(SO4)3∶M2SO4＝1∶0.4-0.6的配比加入另一種硫酸鹽，反應(yīng)溫度70-90℃，攪拌使硫酸鹽全部溶解，然后將液體濃縮到原體積的1/3-2/3進行冷卻結(jié)晶。再過濾，得粗品，二次結(jié)晶即得高純度明礬晶體，該明礬晶體可以生產(chǎn)氧化鋁。5)所得母液調(diào)整濃度后進入上述浸提中循環(huán)使用；6)在一次殘渣中加入百分濃度為20-30％的堿溶液，加熱煮沸，保持0.5-2小時，然后過濾，得硅酸鹽溶液。該硅酸鹽溶液可以回收二氧化硅，制備白炭黑等產(chǎn)品，二次濾渣為煤基碳。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石生態(tài)化利用聯(lián)產(chǎn)氧化鋁\白碳黑\低灰碳的方法，其特征在于上述提取激活劑為氟化鉀、氟化鈉、氟化銨、氟化鈣以及氟硅酸鹽的單一成分或復(fù)合成分。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石生態(tài)化利用聯(lián)產(chǎn)氧化鋁\白碳黑\低灰碳的方法，其特征在于上述加入的另一種硫酸鹽M2SO4為銨鹽、鈉鹽、鉀鹽當(dāng)中的一種或兩種、三種任意比例混合而成的鹽。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤矸石生態(tài)化利用聯(lián)產(chǎn)氧化鋁\白碳黑\低灰碳的方法，其特征在于以所得礬為中間體可以用于制備氧化鋁的進一步轉(zhuǎn)化并可回收硫酸鹽或硫酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤矸石生態(tài)化利用聯(lián)產(chǎn)氧化鋁\白炭黑\低灰碳的方法。該方法是以SiO
文檔編號C01B33/113GK1903727SQ200510088308
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月26日
發(fā)明者劉萬毅 申請人:寧夏大學(xué)