[发明专利]一种等离子球磨加振动流态化煅烧活化煤矸石提取硅铝的方法

说明书

本发明属于煤矸石活化提取硅铝元素技术领域，具体涉及一种等离子球磨加振动流态化煅烧活化煤矸石提取硅铝的方法，首先对煤矸石和固体碱的混合物进行等离子球磨处理，达到充分混合和细化煤矸石的目的，同时能够实现对煤矸石的机械预活化，之后以向煤矸石固态粉体中通入空气实现固体流态化的方式对煤矸石进行煅烧，能够在相较于传统静态煅烧温度更低的温度下实现煤矸石的活化，有效减少煤矸石活化过程中的能源消耗，过滤分离得到硅铝混合溶液。在低于传统静态煅烧活化温度下实现的活化效果能够达到传统静态活化水平，氧化铝和氧化硅的溶出率比较理想。

技术领域

本发明属于煤矸石活化提取硅铝元素技术领域，具体涉及一种等离子球磨加振动流态化煅烧活化煤矸石提取硅铝的方法，进一步的为一种等离子球磨预活化与振动流态化煅烧活化相结合的活化煤矸石并提取其中硅铝元素的方法。

背景技术

煤矸石是挖煤与采煤过程中产生的固体废弃物，煤矸石的排放量占原煤产量的10~30%。煤矸石作为固体废弃物被大量堆放在野外，不仅占用土地资源，还造成环境的污染和资源的浪费，每年治理煤矸石所产生的费用不容小觑。

煤矸石的主要矿物成分为高岭石，高岭石是由硅氧四面体和铝氧八面体组成的具有层状结构的矿物，含有大量的氧化硅和氧化铝，是一种理想的硅源和铝源，采用合适的方式回收煤矸石中的硅铝资源将有助于缓解煤矸石堆积造成的环境问题，同时获得良好的经济效益。由于煤矸石中的高岭石相化学性质稳定，一般难以提取其中的硅铝成分，因此需要采取一定的方式对煤矸石进行活化，将高岭石相转变为偏高岭石相，从而较容易地提取其中的硅和铝元素。

煤矸石的活化方法中使用最多的是热活化。通过加热的方式能够破坏高岭石的结构，从而达到活化煤矸石的目的。秦华等在《硅酸盐通报》（2017年第36卷第3期）发表的“以煤矸石为铝源制备镁铝层状双金属氢氧化物”，将破碎至200目的煤矸石在马弗炉中700℃煅烧2 h，然后加入助溶剂/样品质量比为2：10的氟化钠作助溶剂，以4 mol/L的硫酸在100℃下浸取150 min，氧化铝的浸出率为0.937。

范剑明在《无机盐工业》（2019年第51卷第11期）发表的“高铝煤矸石铝硅分级提取实验研究”，将煤矸石在马弗炉中750℃下保温1 h，然后用20%的盐酸在90℃下固液质量比为1：6浸取2.5 h，氧化铝的浸取率为82.95%。滤渣以固液比为1：10溶解于20%的氢氧化钠溶液中，在95℃下反应2.0 h，氧化硅的浸取率为69.74%。通过这两个例子可以看出，虽然热活化能够较好的达到活化效果，但传统的静态热活化通常需要将煤矸石加热到700℃以上才能破坏其中的高岭石结构，因此能耗巨大，不符合节能环保的理念，同时使得成本较高。

如果能够采用合适的方式对煤矸石进行预处理，之后再相对较低的温度下进行煅烧，实现煤矸石的活化，则能够很大程度地减少能源消耗，获得良好的经济效益。

发明内容

为解决上述的问题，本发明提供了一种等离子球磨加振动流态化煅烧活化煤矸石提取硅铝的方法，通过结合等离子球磨和流态化煅烧技术在比静态煅烧活化温度更低的温度下实现对煤矸石的活化并提取其中的硅铝元素。

本发明由如下技术方案实现的：一种等离子球磨加振动流态化煅烧活化煤矸石提取硅铝的方法，步骤如下：

（1）将煤矸石破碎成粒径为0.001~1 mm的细颗粒；

（2）将步骤（1）所得细颗粒与固体碱混合，惰性气氛下进行等离子球磨，获得预活化的混合粉体；其中球磨参数为：振动电机转速800~1200 rpm，放电电压6~10 kV，放电频率20~40 kHz，球磨时间1~10 h，球料比20：1~50：1；

（3）升高流态化煅烧炉内的温度至350~500℃，达到设定温度后将步骤（2）所得混合粉体加入到流态化煅烧炉内，同时以1~15 cm/s的速度通入空气，振动台以10~50 Hz的频率加振，加料的同时开始计时，煅烧30 min~3 h；