[发明专利]一种煤矸石烧渣制备无铁硫酸铝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矸石烧渣制备无铁硫酸铝的方法，属于煤系固体废弃物资源化利用技术领域。

背景技术

中国是一个以煤炭为主要能源的发展中国家，在一次能源消耗中，煤炭占70%以上，所占比重高出世界平均水平的一倍以上，并且在今后相当长的一段时期内，中国的能源结构仍是以煤炭为主。

煤矸石是采煤、洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是SiO₂、Al₂O₃，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。其排放量相当于当年煤炭产量的10％左右，是目前我国排放量最大的工矿业固体废弃物之一，目前已累计堆存45亿吨，占地约12万公顷。煤矸石的大量堆放，不仅侵占土地，影响生态环境，矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下会发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响矿区居民的身体健康。随着国家环保执法力度的不断加大，人们对环境质量要求的提高，解决煤矸石污染环境问题显得越来越突出。自60年代起，很多国家开始重视煤矸石的处理和利用，其利用途径概括起来主要有以下几种：（1）回收煤炭和黄铁矿，残余物用作建筑材料；（2）用于发电：主要用洗中煤和洗矸混烧发电，混合物发热量每kg约2000大卡，炉渣可生产炉渣砖和炉渣水泥；(3)制造建筑材料：代替粘土作为制砖原料，利用煤矸石本身的热值，节约煤炭；（4）代替粘土组分生产普通水泥，烧结轻骨料；（5）煤矸石还可用于生产低热值煤气，制造陶瓷，制作土壤改良剂，或用于铺路、井下充填、地面充填造地等。

煤矸石中氧化铝、氧化铁含量与煤的形成过程及周边地质结构有关，一般氧化铝含量在20%左右、氧化铁含量在8%左右，我国南方地区的氧化铝含量偏低，氧化铁偏高；北方如内蒙、山西等地氧化铝含量则高达40%左右，氧化铁则低至3%以下，是我国未来最为保贵的铝资源。

硫酸铝是一个被广泛运用的工业试剂，它会形成一系列的水合物，硫酸铝通常被作为絮凝剂，用于提纯饮用水及污水处理设备当中，也用于造纸、印染布工业。

以煤矸石为原料生产硫酸铝，目前已申请专利中，主要产品为含铁及低铁硫酸铝，未见以煤矸石制备无铁硫酸铝报道，无铁硫酸铝则采用硫酸与氢氧化铝或铝土矿反应生成。如专利CN1072657一种用煤矸石生产硫酸铝的方法，将煤矸石粉碎成粉状，不经焙烧，直接与浓度为40～70％（重量）的硫酸在反应器中混合，搅拌，通蒸汽升温使反应器压力为3.5～8kg／cm²，反应4～6小时，经沉降去渣，浓缩结晶，得白色块状固体，产品质量符合HC1－32－77精制一级标准；专利CN1048687一种用煤矸石生产硫酸铝的方法，将煤矸石进行焙烧，粉碎成粉状，按浓硫酸比煤矸石粉为1比2.5，浓硫酸稀释成16～18Be的稀酸加入煤矸石粉中，在120～140℃，2～2.5kg／cｍ²条件下反应1.2～2小时，经沉淀去渣，产品质量符合HG1－32－77粗制二级标准要求；专利CN1174172是一种用煤矸石生产硫酸铝的方法，经过对煤矸石破碎焙烧、出炉冷却、浸出、沉淀、过滤、中和、再过滤、浓缩、结晶等工艺过程制得产品硫酸铝；专利CN1915829是一种用煤矸石制取硫酸铝、硅酸钠及其衍生产品的方法，将煤矸石用颚式破碎机破碎，焙烧除掉有机物，用球磨机粉碎，使80％通过200目筛，将煤矸石粉置于反应釜中和浓度40％～60％的硫酸进行反应，生成硫酸铝溶液。但是上述方法都不能制得无铁硫酸铝。

下述专利是无铁硫酸铝的方法，如专利CN1168351A是一种无铁硫酸铝生产方法，采用氢氧化铝与硫酸一步反应而得；CN1850607A是以铝土矿为原料生产无铁硫酸铝的方法，将铝土矿粉碎、磁选除去游离铁源，然后与硫酸反应；加入中、高分子量多官能度的二硫代氨基甲酸盐固相反应除去铁离子，过滤，滤液即为无铁硫酸铝。上述制备无铁铝的原料以氢氧化铝或铝土矿为主，铝含量高，铝铁比大甚至铁含量极低，本发明则以煤矸石为原料，是一种固体废弃物的高附加值利用技术。

发明内容