專利名稱：一種從燃煤電廠粉煤灰中提取高純氧化鋁與硅膠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源、發(fā)電、冶金、化工綜合生產(chǎn)過(guò)程中所排放的固體廢棄物的綜合利
用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種從燃煤電廠粉煤灰中提取氧化鋁與硅膠的方法。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)的粉煤灰儲(chǔ)灰場(chǎng)大多未經(jīng)處理，露天堆放。粉煤灰中的20%是很容易吹 到空氣中的空心微珠，富含重金屬，只要風(fēng)力達(dá)到四級(jí)，粉煤灰就會(huì)揚(yáng)起，沉降范圍可達(dá)10 萬(wàn) 15萬(wàn)平方公里，從而污染周圍的土地。經(jīng)過(guò)風(fēng)化及大氣降水的淋溶作用，長(zhǎng)期堆放的 粉煤灰中的微量有毒重金屬元素(如鉛、鎘、汞、砷、鉻等)會(huì)滲入地下，導(dǎo)致土壤、地表水體 及淺層地下水的污染，影響土壤環(huán)境和水環(huán)境。 粉煤灰中的放射性物質(zhì)起源于原煤，其放射性核素含量因原煤產(chǎn)地、品種不同而 存在差異。由于某些煤層中(特別是劣質(zhì)煤)226鐳、232釷、40鉀等放射性核素含量較高， 燃燒后粉煤灰中的放射性元素也相對(duì)富集。因此，為實(shí)現(xiàn)固體廢物的減量化、無(wú)害化和資源 化，研究粉煤灰的綜合利用意義重大。 目前粉煤灰主要用于回填、筑路、建筑等方面，盡管用灰量較大，但經(jīng)濟(jì)效益并不 明顯。為了提高粉煤灰的利用價(jià)值，人們嘗試從粉煤灰中提取有價(jià)值的物質(zhì)成分。粉煤灰 中氧化鋁的含量?jī)H次于二氧化硅，列第二。尤其是含高鋁的粉煤灰中氧化鋁的含量更高，因 此也可以說(shuō)粉煤灰是一種鋁資源礦藏。面對(duì)地球礦產(chǎn)資源因長(zhǎng)期開(kāi)采而儲(chǔ)量日益減少的今 天，加強(qiáng)粉煤灰等工業(yè)廢渣的綜合利用，對(duì)解決礦產(chǎn)資源短缺，改善人類生存環(huán)境有重要意 義。 目前，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)粉煤灰中具有高附加值組分的提取與開(kāi)發(fā)利用非常重視， 尤其是從精細(xì)化工利用方面開(kāi)展的研究工作較早，并取得了比較滿意的成果。近年來(lái)，對(duì)粉 煤灰的綜合利用與處置受到國(guó)家、當(dāng)?shù)卣坝嘘P(guān)部門的高度關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種從電廠粉煤灰中提取高純度氧化鋁及硅膠的方法，所提
取的氧化鋁和硅膠產(chǎn)品附加值高，市場(chǎng)需求量大。 為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案 —種從電廠粉煤灰中提取高純度氧化鋁及硅膠的方法，其特征在于，包括下列步 驟 步驟1 :將燃煤與Na2C03以1 : 0. 001 1 : 0. 8的重量比混合，粉碎、磨細(xì)后入
爐燃燒，燃燒后排出的殘余固體物為高活性粉煤灰。 步驟2 :步驟1形成的高活性粉煤灰磨細(xì)至150 300目后，加入濃度為0 20% 的氫氧化鈉溶液，并使固液比為1 : 3 1 : 50，浸取溫度為10°C IO(TC，浸取時(shí)間為5 分鐘 90分鐘。浸取后過(guò)濾，分別得到濾液和濾渣。 步驟3 :將步驟2所得濾液濃縮至原體積的10% 50% ，置入碳分池中，常壓或加壓條件下通入(A進(jìn)行碳分。碳分溫度保持在2(TC 10(TC，濾液pH值4 IO作為碳分 終點(diǎn)。碳分后過(guò)濾，濾渣為H2Si03和Al (OH) 3混合物，濾液為Na2C03溶液。
步驟4 :將步驟3所得Na2C03溶液負(fù)壓蒸發(fā)結(jié)晶并烘干，即可回收碳酸鈉?；厥盏?碳酸鈉可直接用于步驟1?；?0)3溶液加熱負(fù)壓蒸發(fā)過(guò)程中，接冷擬裝置和儲(chǔ)罐即可回收蒸 餾水； 步驟5 :向步驟3所得的H2Si03和Al (OH) 3混合物，加入3mo1 lOmol的精制鹽
酸，固液比為i : i i : io，保持溫度io°c iocrc條件下反應(yīng)3分鐘 120分鐘后過(guò)
濾，得到A1C13精液和濾渣。濾渣陳化、洗滌得到純凈硅膠； 步驟6 :將步驟5所得AlCl3精液濃縮，得到AlCl3晶體。將A1C13晶體置于可排煙 熱解裝置中，在26(TC 120(TC條件下熱解0. 5小時(shí) 12小時(shí)，得到高純的氧化鋁，同時(shí)回 收鹽酸。 本發(fā)明的方法解決了我國(guó)燃煤電廠粉煤灰堆放占用土地、污染環(huán)境的問(wèn)題，工藝 過(guò)程中所使用的堿、酸和水均可回收并實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。本發(fā)明具有對(duì)氧化鋁提取率高、殘?jiān)?少、成本低、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。簡(jiǎn)化了粉煤灰焙燒活化及除鐵的工藝過(guò)程，大大的降低 了綜合利用成本，突破了粉煤灰提取氧化鋁除鐵成本高及產(chǎn)生大量濾渣的難題，并能夠獲 得高附加值的高純氧化鋁和硅膠。


圖1是從電廠粉煤灰中提取高純氧化鋁和硅膠的工藝流程圖，也是本發(fā)明的一個(gè) 實(shí)施例。 圖2是碳酸鈉和水的回收工藝流程圖。
圖3是第一階段鹽酸回收的工藝流程圖。
圖4是第二階段鹽酸回收的工藝流程圖。 以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，即從電廠粉煤灰中提取高純氧化鋁與硅膠的工藝流 程圖。具體包括下列步驟 步驟1 :將燃煤與Na2C03以1 : 0. 001 1 : 0. 8的重量比混合，粉碎、磨細(xì)到符 合燃煤電廠煤的入爐細(xì)度后入爐燃燒。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的煤粉進(jìn)入爐膛燃燒過(guò)程中受到所加助 劑Na2C03的影響，抑制了高溫礦物的形成，因此，入爐燃燒后形成的粉煤灰中的硅鋁物質(zhì)活 性高，可以直接被堿溶液溶出。 步驟2 :向步驟1形成的高活性粉煤灰中加入濃度為0 20%的氫氧化鈉溶液，并 使固液比為l : 3 1 : 50，然后使其在10°C 10(TC溫度條件下浸取，浸取時(shí)間3分鐘 90分鐘。浸取后，Na2Si03和NaA102被溶于水中，過(guò)濾得濾液和濾渣。 步驟3 :將步驟2所得濾液濃縮至原體積的10% 50% ，置入碳分池中，常壓或加 壓條件下通入(A進(jìn)行碳分。碳分溫度保持在2(TC 10(TC，濾液pH值4 IO作為碳分 終點(diǎn)。碳分過(guò)程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下
Na2Si03+C02+H20 — H2Si03 I +Na2C03<formula>formula see original document page 6</formula>
碳分后過(guò)濾，濾渣為H2Si03和Al (OH) 3混合物，濾液為Na2C03溶液。 步驟4 :將步驟3所得的Na2C03溶液負(fù)壓蒸發(fā)結(jié)晶并烘干，即可回收碳酸鈉(圖
2)?；厥盏奶妓徕c直接用于步驟l。 Na2C03溶液加熱負(fù)壓蒸發(fā)過(guò)程中，接冷凝裝置和儲(chǔ)罐即可回收蒸餾水(圖2)。 步驟5 :向步驟3所得的H2Si03和Al (OH) 3混合物，加入3mol lOmol的精制鹽
酸，固液比為i : i i : io，保持溫度io°c iocrc條件下反應(yīng)3分鐘 120分鐘后過(guò)
濾，得到的濾液為A1C13精液，所得濾渣陳化、洗滌得到純凈硅膠。
本步驟發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下
<formula>formula see original document page 6</formula>
步驟6 :將步驟5所得AlCl3精液濃縮，得到AlCl3結(jié)晶體。將八化13晶體置于可排 煙熱解裝置中，在260°C 120(TC條件下熱解0. 5小時(shí) 12小時(shí)，得到高純的氧化鋁。
熱解發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為
2A1C13 6H20 — A1203+6HC1個(gè)+3H20 通過(guò)以上步驟，可將粉煤灰中85%以上的A1A提取出來(lái)，并同時(shí)將85%以上的二 氧化硅以高純度硅膠的方式提取出來(lái)。 上述方法還包括鹽酸回收步驟，所述的鹽酸回收分為以下兩個(gè)階段 第一階段，將步驟5中鋁硅分離后的A1C13精液加熱負(fù)壓蒸發(fā)，接冷凝裝置、吸收
塔，回收鹽酸(圖3); 第二階段，將步驟6中A1C13晶體熱解過(guò)程分解出的氯化氫氣體，接冷凝裝置溶解 于水或第一階段回收的稀鹽酸中，從而形成濃度較大(3mol 8mol)的鹽酸(圖4)。
以下是發(fā)明人給出的實(shí)施例，需要說(shuō)明的是，這些實(shí)施例是一些較優(yōu)的實(shí)例，本發(fā)
明不限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1 : 1、將燃煤與化20)3按1 : 0. l的比例混合，粉碎、磨細(xì)到符合燃煤電廠煤的入爐細(xì) 度后入爐燃燒，所得殘余固體物為高活性粉煤灰。 2、將步驟1得到的高活性粉煤灰加入水，并使固液比為1 : 8、溫度8(TC條件下浸 取30分鐘后過(guò)濾，得到濾液與濾渣。 3、將步驟2所得濾液濃縮至原溶液體積的20%后，通入C02進(jìn)行碳分。碳分過(guò)程 中使溶液溫度保持在60°C ，使得溶液pH值到7后停止碳分并過(guò)濾，濾渣為H2Si03和Al (0H) 3 混合物，濾液為Na2C03溶液。 4、將步驟3得到的Na2C03溶液負(fù)壓蒸發(fā)，回收Na2C03。 Na2C03溶液負(fù)壓蒸發(fā)過(guò)程中 產(chǎn)生的蒸氣，接冷凝裝置和儲(chǔ)罐回收得到蒸餾水。 5、將步驟3得到的濾渣，加入3mol的精制鹽酸，在固液比1 : 3、溫度IO(TC條件 下反應(yīng)80分鐘過(guò)濾，分別得到A1C13精液和濾渣，濾渣陳化、洗滌后得到純凈硅膠；
6、將步驟5所得的A1C13精液濃縮至A1C13結(jié)晶體析出，并將其置于裝有酸回收系 統(tǒng)的熱解裝置中，在90(TC條件下熱解6小時(shí)，得到高純度氧化鋁，同時(shí)回收鹽酸。
鹽酸回收分為以下兩個(gè)階段
第一階段，將步驟5中鋁硅分離后的A1C13精液負(fù)壓蒸發(fā)，接冷凝裝置、吸收塔，回 收鹽酸； 第二階段，將步驟6中A1C13結(jié)晶熱解過(guò)程分解出的氯化氫氣體，接冷凝裝置溶解 于第一階段回收的稀鹽酸中，形成濃度3mol的鹽酸。
實(shí)施例2 : 1、將矸石電廠燃煤矸石化20)3按1 : i : i的比例混合，并粉碎、磨細(xì)到符合 入爐要求的細(xì)度后入爐燃燒，所得殘余固體物為高活性粉煤灰。 2、將步驟1得到的高活性粉煤灰中加入濃度為5%的氫氧化鈉溶液，并使固液比 為l : 5、溫度8(TC條件下浸取20分鐘后過(guò)濾，得到濾液與濾渣。 3、將步驟2所得濾液濃縮至原溶液體積的30%后，通入C02進(jìn)行碳分。碳分過(guò)程 中使溶液溫度保持在80°C ，使得溶液pH值到6后停止碳分并過(guò)濾，濾渣為H2Si03和Al (OH) 3 混合物，濾液為Na2C03溶液。 4、將步驟3得到的Na2C03溶液負(fù)壓蒸發(fā)，回收Na2C03。 Na2C03溶液負(fù)壓蒸發(fā)過(guò)程中 產(chǎn)生的蒸氣，接冷凝裝置和儲(chǔ)罐回收得到蒸餾水。 5、將步驟3得到的濾渣，加入5mol的精制鹽酸，固液比1 : 5、溫度9(TC條件下反
應(yīng)60分鐘。過(guò)濾得到A1C13精液和濾渣。濾渣陳化、洗滌后得到純凈硅膠； 6、將步驟5所得的A1C13精液濃縮至A1C13結(jié)晶體析出，并將其置于裝有酸回收系
統(tǒng)的熱解裝置中，在850°C條件下熱解8小時(shí)，得到高純度氧化鋁，同時(shí)回收鹽酸。 鹽酸回收分為以下兩個(gè)階段 第一階段，將步驟5中鋁硅分離后的A1C13精液負(fù)壓蒸發(fā)，接冷凝裝置、吸收塔，回 收鹽酸； 第二階段，將步驟6中A1C13結(jié)晶熱解過(guò)程分解出的氯化氫氣體，接冷凝裝置溶解 于第一階段回收的稀鹽酸中，形成濃度3. 5mo1的鹽酸。
實(shí)施例3 : 1、將燃煤與實(shí)施例1回收的Na2C03按1 : 0. 02的比例混合，并粉碎、磨細(xì)到符合
燃煤電廠入爐要求的細(xì)度后入爐燃燒，所得殘余固體物為高活性粉煤灰。 2、將步驟1得到的高活性粉煤灰中加入濃度為10%的氫氧化鈉溶液，并使固液比
為l : 15、溫度保持9(TC條件下浸取30分鐘后過(guò)濾，得到濾液與濾渣。 3、將步驟2所得濾液濃縮至原溶液體積的15%后，通入C02進(jìn)行碳分。碳分過(guò)程
中使溶液溫度保持在80°C ，使得溶液pH值到8后停止碳分并過(guò)濾，濾渣為H2Si03和Al (OH) 3
混合物，濾液為Na2C03溶液。 4、將步驟3得到的Na2C03溶液負(fù)壓蒸發(fā)，回收Na2C03。 Na2C03溶液負(fù)壓蒸發(fā)過(guò)程中 產(chǎn)生的蒸氣，接冷凝裝置和儲(chǔ)罐回收得到蒸餾水。 5、將步驟3得到的濾渣，加入4mol的精制鹽酸，固液比1 : 8、溫度95。C條件下反 應(yīng)40分鐘。過(guò)濾得到A1C13精液和濾渣。濾渣陳化、洗滌后得到純凈硅膠；
6、將步驟5所得的A1C13精液濃縮至A1C13結(jié)晶體析出，并將其置于裝有酸回收系 統(tǒng)的熱解裝置中，在IOO(TC條件下熱解4小時(shí)，得到高純度氧化鋁，同時(shí)回收鹽酸。
鹽酸回收分兩個(gè)階段 第一階段，將步驟5中鋁硅分離后的A1C13精液負(fù)壓蒸發(fā)，接冷凝裝置、吸收塔，回收鹽酸； 第二階段，將步驟6中A1C13結(jié)晶熱解過(guò)程分解出的氯化氫氣體，接冷凝裝置溶解 于第一階段回收的稀鹽酸中，形成濃度4mol的鹽酸。 上述實(shí)施例還可以例舉，根據(jù)申請(qǐng)人的實(shí)驗(yàn)證明，只要在本發(fā)明給出的技術(shù)方案 的參數(shù)范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員參照本發(fā)明的實(shí)施例均可以從粉煤灰中提取高純度氧化 鋁及硅膠。 本發(fā)明所說(shuō)的燃煤包括煤，還有不超過(guò)50%質(zhì)量比的煤矸石。
權(quán)利要求
一種從燃煤電廠粉煤灰中提取高純度氧化鋁及硅膠的方法，其特征在于，包括下列步驟步驟1將燃煤與Na2CO3以1∶0.001～1∶0.8的重量比混合，粉碎、磨細(xì)后入爐燃燒得到高活性粉煤灰。步驟2步驟1形成的高活性粉煤灰磨細(xì)至150～300目后，直接加入質(zhì)量百分比濃度為0～20％的氫氧化鈉溶液，并使固液質(zhì)量比為1∶3～1∶50，浸取溫度為10℃～100℃，浸取時(shí)間為3分鐘～90分鐘；浸取后過(guò)濾，分別得到濾液和濾渣；步驟3將步驟2所得濾液濃縮至原體積的10％～50％，置入碳分池中，常壓或加壓條件下通入CO2進(jìn)行碳分；碳分溫度保持在20℃～100℃，濾液pH值4～10作為碳分終點(diǎn)；碳分后過(guò)濾，濾渣為H2SiO3和Al(OH)3混合物，濾液為Na2CO3溶液；步驟4將步驟3所得Na2CO3溶液負(fù)壓蒸發(fā)結(jié)晶并烘干，回收碳酸鈉；回收的碳酸鈉直接用于步驟1；Na2CO3溶液加熱負(fù)壓蒸發(fā)過(guò)程中，接冷凝裝置和儲(chǔ)罐即可回收蒸餾水；步驟5向步驟3所得的H2SiO3和Al(OH)3混合物，加入3mol～10mol的精制鹽酸，并使固液質(zhì)量比為1∶1～1∶10，保持溫度10℃～100℃條件下反應(yīng)3分鐘～120分鐘后過(guò)濾，分別得到AlCl3精液和濾渣；濾渣陳化、洗滌得到純凈硅膠；步驟6將步驟5所得AlCl3精液濃縮，得到AlCl3晶體；將AlCl3晶體置于可排煙熱解裝置中，在260℃～1200℃條件下熱解0.5小時(shí)～12小時(shí)，得到高純的氧化鋁，同時(shí)回收鹽酸。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步還包括鹽酸回收步驟7，所述的鹽酸 回收步驟7分以下兩個(gè)階段第一階段，將步驟5中鋁硅分離后的A1C13精液加熱負(fù)壓蒸發(fā)，同時(shí)依次接冷凝裝置和 吸收塔，回收鹽酸；第二階段，將步驟6中A1C13晶體熱解過(guò)程分解出的氯化氫氣體，接冷凝裝置溶解于水 或第一階段回收的鹽酸中，從而形成濃度為3mol 8mo1的鹽酸。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的濃度為3mo1 8mo1的鹽酸在步驟5 中循環(huán)利用。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的回收的蒸餾水在步驟2中循環(huán)利用。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將燃煤與Na2C03以1 : 0. 001 1 : 0. 8的 重量比混合，粉碎、磨細(xì)后入爐燃燒。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1形成的高活性粉煤灰磨細(xì)至150 300目后，直接加入體積百分比濃度為0 20%的氫氧化鈉溶液，并使固液質(zhì)量比為 1 : 3 1 : 50，浸取溫度為10°C 10(TC，浸取時(shí)間為3分鐘 90分鐘。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，向步驟3所得的H2Si03和Al (0H)3混合物 中，加入3mo1 lOmol的鹽酸，并使固液質(zhì)量比為1 : 1 1 : 10，保持溫度10°C IO(TC 條件下反應(yīng)3分鐘 120分鐘。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5所得的濾渣陳化、洗滌得到純凈硅膠；
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1形成的高活性粉煤灰磨細(xì)至150 300目后，直接加入質(zhì)量百分比濃度為0 20%的氫氧化鈉溶液，并使固液質(zhì)量比為‘1 : 3 1 : 50，浸取溫度為10°C IO(TC，浸取時(shí)間為3分鐘 90分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種從燃煤電廠粉煤灰中提取氧化鋁與硅膠的新方法。該方法采取燃煤預(yù)處理和入爐燃燒、粉煤灰直接浸取、碳分、碳酸鈉及水回收、硅鋁分離、熱解、鹽酸回收等步驟，獲取高純度氧化鋁和硅膠。整個(gè)工藝過(guò)程中使用的堿、酸和水均可回收并實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。本發(fā)明可將粉煤灰中95％以上的Al2O3提取出來(lái)，并同時(shí)將90％以上的二氧化硅以高純度硅膠的方式提取出來(lái)。尤其是利用燃煤預(yù)處理過(guò)程，使得燃煤入爐燃燒之后對(duì)粉煤灰的活化處理得以省略，從而進(jìn)一步降低了能耗，使得粉煤灰提取氧化鋁和硅膠的成本進(jìn)一步降低。
文檔編號(hào)C01B33/14GK101792161SQ201010013748
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者馬昱昭 申請(qǐng)人:馬昱昭