專利名稱：一種利用煤矸石生產(chǎn)氯化鋁、氯化硅和氯化鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于資源回收與利用領(lǐng)域，具體涉及一種利用煤矸石生產(chǎn)氯化鋁、氯化硅和氯化鐵的方法。
背景技術(shù)：
煤矸石是煤礦開采、洗選及加工過程中產(chǎn)生的廢渣，包括巖石巷道掘進時產(chǎn)生的掘進矸石，采煤過程中從頂板、底板和夾在煤層中的巖石夾層里開采出來的矸石，以及洗煤廠生產(chǎn)過程中排出的矸石，是我國目前排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一。我國目前的煤矸石綜合利用率很低，煤矸石的大量堆放，侵占了良田，阻塞了河道，而且嚴重影響了生態(tài)環(huán)境。此外，煤矸石中含有一定的可燃物，在適宜的條件下發(fā)生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和煙塵等有害氣體污染大氣環(huán)境，影響居民的身體健康，使周圍樹木落葉，莊稼減產(chǎn)。煤矸石山受雨水沖刷，常使附近河流的河床淤積，河水受到污染；煤矸石還污染大氣和地下水質(zhì)，危害了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。因此對煤矸石進行資源化利用，不僅可以減少對環(huán)境的污染，節(jié)約土地，還可以改善煤礦業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，取得一定的社會和經(jīng)濟效益。煤矸石的化學(xué)組分隨成煤地質(zhì)年代、環(huán)境、地殼運動狀況和開采加工方式的不同而有較大的波動范圍，但不同的煤矸石中SiO2和Al2O3的含量都很高。以往的關(guān)于煤矸石中鋁資源的利用包括采用煤矸石制備氫氧化鋁(專利號為94113062. 2的中國專利)、氧化鋁(專利號為200810051316. 8的中國專利)、氯化鋁(專利號為85107358的中國專利)、硫酸鋁(專利號為201110209467. 3的中國專利)等；而關(guān)于煤矸石中硅資源的利用多體現(xiàn)在建筑材料的生產(chǎn)上；煤矸石中鐵資源用于生產(chǎn)含鐵絮凝劑(專利號為201010131669. 6的中國專利)、凈水劑(專利號為200910147845. 2的中國專利)以及合金(專利號為200910089248.9的中國專利)等，然而，上述關(guān)于煤矸石利用的專利大多專注于一到兩種元素的利用，致使煤矸石中的碳資源得不到充分的利用。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種利用煤矸石生產(chǎn)氯化鋁、氯化硅和氯化鐵的方法，目的是充分利用煤矸石中的碳資源、鋁資源、硅資源和鐵資源，為煤矸石的利用拓展新的思路。實現(xiàn)本發(fā)明的目的的技術(shù)方案按照以下步驟進行
(I)選用煤矸石為原料，將理論添加量I. 2-1. 5倍的碳質(zhì)還原劑與煤矸石混合配料形成混合物,并將混合物破碎至< 160目；
(2 )將破碎后的混合物置于氯化爐中，于800-1000 V條件下向爐中通入氯氣，氯氣流量為 O. 1-0. 15m3/s ；
得到的爐渣直接排出，得到的爐氣送入除塵器中除塵處理，并控制除塵器中的溫度彡 500 0C ；
(4)將除塵處理后的氣體依次于370-420°C、200-250°C和O — 4°C進行冷凝，依次得到粗的AlCl3^FeCl3和SiCl4液體，對粗的AlCl3^FeCl3和SiCl4進行蒸餾，得到純AlCl3FeCl3和SiCl4產(chǎn)品。所述的純AlCl3產(chǎn)品進行熔鹽電解得到鋁，陽極生成的Cl2返回煤矸石的氯化過程；得到的SiCl4產(chǎn)品用于制備高純硅。所述的碳質(zhì)還原劑是工業(yè)用木炭、石油焦、煙煤或藍炭。所述的碳質(zhì)還原劑的理論添加量是根據(jù)煤砰石原料中SiO2、A1203、Fe203、MgO、CaO、TiO2、K2O和Na2O組分加碳氯化反應(yīng)所需C量，減去煤矸石原料本身的含C量計算得到的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點和有益效果是
本發(fā)明的煤矸石進行加碳氯化發(fā)生的主要由以下反應(yīng)(碳氧化合物以CO2表示)
SiO2 +2C12 + C =SiCl4 + CO2(I)2A1203+ 6C12 + 3C=4A1C13+ 3C02(2)2Fe203+ 6C12 + 3C=4FeCl3+ 3C02(3)2Mg0 +4C12 + C =2MgCl2 +CO2(4)；2Ca0 +4C12 + C =2CaCl2 +CO2(5)；TiO2 +2C12 + C =TiCl4 + CO2(6)2K20 +2C12 + C =4KC1 + CO2(7)；2Na20 ■卜 2C12 + C =:4NaCl +CO2(8)。從以上反應(yīng)可以看出，本發(fā)明的技術(shù)方案全面利用了煤矸石中的所有元素，得到的AlCl3產(chǎn)品進行熔鹽電解得到鋁，陽極生成的Cl2返回煤矸石的氯化過程；得到的SiCl4產(chǎn)品用于制備高純硅，與現(xiàn)有技術(shù)相比，實現(xiàn)了煤矸石資源的全面利用，提高了產(chǎn)品的附加值，并且技術(shù)方案簡單易行，極具推廣價值。


圖I是本發(fā)明利用煤矸石生產(chǎn)氯化鋁、氯化硅和氯化鐵的工藝流程圖2是本發(fā)明實施例I得到的AlCl3的XRD圖3是本發(fā)明實施例I得到的FeCl3的Raman光譜圖4是本發(fā)明實施例2得到的AlCl3的XRD圖5是本發(fā)明實施例2得到的FeCl3的Raman光譜圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施實例進一步的說明。本發(fā)明實施例中原料采用的是某煤礦產(chǎn)出的煤矸石，其組成成分如表I所示。表I煤矸石組成成分
權(quán)利要求
1.一種利用煤矸石生產(chǎn)氯化鋁、氯化硅和氯化鐵的方法，其特征在于按照以下步驟進行 (I)選用煤矸石為原料，將理論添加量I. 2-1. 5倍的碳質(zhì)還原劑與煤矸石混合配料形成混合物,并將混合物破碎至< 160目； (2 )將破碎后的混合物置于氯化爐中，于800-1000 V條件下向爐中通入氯氣，氯氣流量為 O. 1-0. 15m3/s ； 得到的爐渣直接排出，得到的爐氣送入除塵器中除塵處理，并控制除塵器中的溫度≥ 500 0C ； (4)將除塵處理后的氣體依次于370-420°C、200-250°C和O — 4°C進行冷凝，依次得到粗的AlCl3、FeCl3和SiCl4液體，對粗的AlCl3、FeCl3和SiCl4進行蒸餾，得到純AlCl3iFeCl3和SiCl4產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用煤矸石生產(chǎn)氯化鋁、氯化硅和氯化鐵的方法，其特征在于所述的純AlCl3產(chǎn)品進行熔鹽電解得到鋁，陽極生成的Cl2返回煤矸石的氯化過程；得到的SiCl4產(chǎn)品用于制備高純硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用煤矸石生產(chǎn)氯化鋁、氯化硅和氯化鐵的方法，其特征在于所述的碳質(zhì)還原劑是工業(yè)用木炭、石油焦、煙煤或藍炭。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用煤矸石生產(chǎn)氯化鋁、氯化硅和氯化鐵的方法，其特征在于所述的碳質(zhì)還原劑的理論添加量是根據(jù)煤砰石原料中SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、TiO2、K2O和Na2O組分加碳氯化反應(yīng)所需C量，減去煤矸石原料本身的含C量計算得到的。
全文摘要
本發(fā)明屬于資源回收與利用領(lǐng)域，具體涉及一種利用煤矸石生產(chǎn)氯化鋁、氯化硅和氯化鐵的方法。本發(fā)明方法是將理論添加量1.2-1.5倍的碳質(zhì)還原劑與煤矸石混合配料形成混合物，并將混合物破碎至≤160目，將破碎后的混合物置于氯化爐中，向爐中通入氯氣，得到的爐氣送入除塵器中除塵處理，將塵后的氣體依次于370-420℃、200-250℃和0—4℃進行冷凝，依次得到粗的AlCl3、FeCl3和SiCl4液體，對粗的AlCl3、FeCl3和SiCl4進行蒸餾，得到純AlCl3、FeCl3和SiCl4產(chǎn)品。本發(fā)明方法實現(xiàn)了煤矸石資源的全面利用，提高了產(chǎn)品的附加值，并且技術(shù)方案簡單易行，極具推廣價值。
文檔編號C01F7/56GK102923747SQ20121049156
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者王兆文, 胡憲偉, 高炳亮, 石忠寧, 于江玉 申請人:東北大學(xué)