[发明专利]一种利用流化床粉煤灰制备冶金级氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产冶金级氧化铝的工艺，具体涉及一种以循环流化床粉煤灰为原料，经联合除杂一步酸溶法直接生产冶金级氧化铝的工艺。

背景技术

粉煤灰是燃煤电厂排出的废弃物，我国是以煤炭为主要能源的国家，每年从电厂排放的粉煤灰高达上亿吨，粉煤灰的排放不仅侵占大量土地，而且严重污染环境，如何处理和利用粉煤灰成为一个十分重要的问题。另一方面，粉煤灰中含有多种可以利用的组分，研究表明，循环流化床灰中通常含有30-50％的氧化铝，在铝土矿资源日益贫乏的今天，从粉煤灰中提取氧化铝是使粉煤灰变废为宝、综合利用的有效途径，具有很好的社会效益和经济效益。

粉煤灰根据煅烧条件的不同可分为煤粉炉粉煤灰和循环流化床粉煤灰。煤粉炉粉煤灰是经过高温(1400-1600℃)燃烧生成的，其中的氧化铝组分呈玻璃态或高温含铝矿物莫来石晶体、刚玉晶体的矿物形式而存在，稳定性非常高；而循环流化床灰燃烧温度在850℃左右，较传统的煤粉炉灰燃烧温度大大降低。燃烧温度的不同决定了循环流化床灰与传统的煤粉炉粉煤灰在物相组成上的本质差异：其主要物相组成为无定形偏高岭石，其中的二氧化硅、氧化铝及氧化铁等均具有很好的活性。

目前，从粉煤灰中提取氧化铝的方法大致可分为碱法和酸法两大类。其中碱法又可以分为石灰石(碱石灰)烧结法和碳酸钠烧结法。

石灰石(碱石灰)烧结法是将粉煤灰与石灰石(碱石灰)混合后，在高温(1320-1400℃)煅烧活化，在此过程中，粉煤灰中的氧化铝与二氧化硅分别与石灰石反应生成铝酸钙和硅酸二钙。煅烧后的产物用碳酸钠溶液浸取、过滤后，铝酸钙以偏铝酸钠的形式进入溶液，经脱硅、碳分(或种分)后得到氢氧化铝，最后煅烧得到氧化铝产品；而过滤后硅酸二钙形成硅钙渣，可以用作生产水泥的原料。如专利CN101070173A、CN101306826A、CN101049935A、CN10284668A、CN101302021A、CN101125656A、CN101041449A、CN1030217A、CN1644506A、CN101028936A、CN1548374A、CN101085679A、CN1539735A都采用石灰石(碱石灰)烧结法或改进的石灰石烧结法工艺。石灰石烧结法使用的烧结原料为廉价的石灰石，使氧化铝的生产成本相对降低。但该法存在很多缺陷：首先，在提取氧化铝的同时，会产生大量的硅钙渣，每生产1吨氧化铝要产生8～10吨左右的硅钙渣，如果建材市场不能完全消化这些硅钙渣的话，势必会造成新的、堆放量更大的废弃物排放，且二氧化硅成分没有得到高附加值利用；其次，石灰石烧结法需要高温煅烧，属高能耗方法，其工艺过程及设备的要求也较高；第三，碱溶过程中由于渣量过大，使碱的回收率降低，造成成本上升。

碳酸钠烧结法是将粉煤灰与碳酸钠在高温(750-1450℃)下煅烧。在煅烧过程中粉煤灰中的氧化铝和氧化硅同时被活化，因此需要进一步酸化(通过碳酸化反应或与硫酸/盐酸反应)对硅铝进行分离，由于采用了先碱后酸的工艺，此方法也被称为混合法，如专利CN101041450A、CN101200298A、CN101172634A、CN101254933A均采用碳酸钠烧结法工艺。与石灰石烧结法相比，碳酸钠烧结法产生的残渣量较小，粉煤灰中的二氧化硅成分得到了高附加值应用。但是，由于需要在高温下煅烧，且煅烧后需要进一步与酸反应以实现硅铝分离，因此能耗较高，工艺过程较复杂。

以上所述石灰石烧结法和碳酸钠烧结法均需将粉煤灰与石灰石/碳酸钠在高温反应活化，这种方法适合于反应活性较差的煤粉炉粉煤灰。对于活性较高的循环流化床粉煤灰，可不经活化直接将粉煤灰与酸反应。

酸法是将粉煤灰直接与酸溶液反应，得到铝盐溶液，然后将铝盐煅烧分解制备氧化铝。如专利CN1923695A、CN1920067A、CN101045543A、CN101397146A、CN1792802A、CN1927716A均采用酸法从粉煤灰中提取氧化铝。粉煤灰与酸的反应通常在低于300℃下的温度进行，与石灰石烧结法和碳酸钠烧结法的高温煅烧相比，能耗大大降低。此外由于二氧化硅不与酸反应，完全留在固相渣中，且酸法不会引入钙、钠等杂质，理论上能够获得纯度较高的氧化铝。但酸法的缺陷是在酸溶的过程中，粉煤灰中的可溶杂质如铁等会进入溶液，使得酸法制备的氧化铝产品中含有较多铁等杂质，难以去除。其中一种解决办法是将酸法得到的氧化铝用碱溶解，使铝转变为可溶的偏铝酸钠进入溶液，而铁等杂质形成氢氧化物沉淀，经固液分离除铁。这种先酸溶后碱溶的方法使生产工艺复杂化，也增加了生产成本。

发明内容