專利名稱：一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法
技術領域：
本發明 屬于粉煤灰處理技術領域，具體涉及一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法。
背景技術：
粉煤灰是煤炭燃燒產生的一種固體廢棄物，占煤炭量的10-40%。目前我國火力發電廠和其它燃煤鍋爐每年排放的粉煤灰高達3. 3億噸，主要應用于建材生產、建筑工程、筑路、肥料生產、改良土壤和回填等。由于市場需求飽和以及粉煤灰活性等原因，我國粉煤灰每年均有1億噸的積存，截止2008年，我國粉煤灰累計堆積超過27億噸。巨量的粉煤灰的產生，既對空氣、土壤和水資源造成污染，又占用有限的空地(包括耕地)，嚴重影響人民的生活環境，因此對于煤炭的清潔利用，對粉煤灰的無害化處理成為我國能源戰略的重要內容之一。我國氧化鋁工業近年來發展迅速，2006年產量躍居世界第一位，2008年產量占世界總產量的27. 36%。氧化鋁目前主要由鋁土富礦通過拜耳法生產，然而我國鋁土礦資源僅占世界總儲量的3. 12%，且大部分品位較低，因此我國目前主要通過大量進口鋁土礦來維持氧化鋁工業的發展，鋁土礦進口量從2004年的88萬噸迅猛增長到2008年的2579萬噸。尋找鋁土礦的替代資源在我國勢在必行。我國粉煤灰中氧化鋁平均含量為27%，部分地區高達 50%，是十分重要的鋁資源。開發粉煤灰制備氧化鋁技術，不僅能夠有效解決粉煤灰的占用耕地和環境污染問題，也能夠解決我國氧化鋁生產原料匿乏的困境，具有極大的環境和經濟意義。利用粉煤灰作為鋁資源制備氧化鋁的工藝主要分為酸法和堿法，是將活化后的粉煤灰與酸或堿反應生成鋁鹽，然后經提純分離、干燥、高溫分解等步驟制得氧化鋁。目前的工藝和方法存在工藝流程長，設備復雜、經濟效益差等缺點，制約了大規模應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種工藝較為簡單、易于大規模工業化應用的利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法。本發明所采用的技術方案是
一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其特征在于 由以下步驟實現
步驟一對粉煤灰進行活化，所得固體在20-90°C、0. I-IMPa條件下經質量分數為 10%-85%的硫酸溶出，除渣，得到含硫酸鋁的溶液；
步驟二 在步驟一得到的含硫酸鋁的溶液中添加硫酸鉀固體，添加硫酸鉀固體與初始粉煤灰的質量比為ι 1-2. 5，在80-100°C溫度下，常壓反應0. 1-3小時，得到硫酸鋁鉀溶液后除雜；
步驟三將步驟二得到的溶液通過冷卻結晶或多效蒸發結晶的方法得到固體的十二水硫酸鋁鉀，經溫度為900-1300°C的焙燒后得到氧化鋁、硫酸鉀及三氧化硫，固相經洗滌、過
濾、干燥得到氧化鋁產品。步驟一中的活化指焙燒活化，焙燒溫度為500-800°C，焙燒時間為0. 1-6小時。步驟一中的活化指機械研磨活化，研磨后粒度為2-50 μ m。步驟一中的除渣采用立式板框壓濾機。步驟二中的除雜采用黃鐵礬法或陽離子交換樹脂法。步驟三中，冷卻結晶的溫度為從80-100°C降到20_40°C。本發明具有以下優點
采用本發明的方法從粉煤灰中提取氧化鋁，可通過節能的冷卻結晶方法得到硫酸鋁鉀固體，降低能耗；在結晶的同時能有效去除雜質，尤其是鐵離子，減少除雜系統投資；硫酸鉀及硫酸(以三氧化硫形式)能夠循環使用，工業化生產經濟效益高，易于工業化應用。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明進行詳細的說明。本發明的方法，基于以下化學原理
溶出反應:A1203 + 3H2S04 = Al2(SO4)3 + 3H20 溶液中反應=Al2(SO4)3 + K2SO4 = 2KA1 (SO4)2 分解反應:2KA1 (SO4)2 = K2SO4 + Al2O3 + 3S0s
本發明所述的一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，將粉煤灰在一定溫度下焙燒活化或進行機械研磨活化，所得固體經硫酸溶出后過濾去除固體殘渣，往溶液中添加硫酸鉀固體， 反應一段時間后得到硫酸鋁鉀溶液，并通過化學或樹脂吸附的方法去除溶液中的雜質，該溶液通過結晶的方法得到固體的十二水硫酸鋁鉀，十二水硫酸鋁鉀經焙燒后得到氧化鋁、 硫酸鉀固體及三氧化硫氣體，固相經洗滌、過濾得到氧化鋁產品。硫酸鉀進入液相，液相經濃縮及冷卻結晶得到硫酸鉀，氣相經吸收得到硫酸，繼續循環使用。粉煤灰絕大部分呈玻璃態，Al2O3為非活性體，活性差。要從粉煤灰中提取氧化鋁， 必須通過物理或化學的方法打開Al-Si鍵，即進行活化處理，使粉煤灰中的氧化鋁成為活性氧化鋁。利用本方法從粉煤灰中提取氧化鋁，氧化鋁的提取率大于89%，雜質鐵含量低于 0.025%ο實施例1:
本發明所述的一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，由以下步驟實現 步驟一對粉煤灰進行焙燒活化，焙燒溫度為500°C，焙燒時間為0. 1小時；所得固體在 20°C、0. IMI^a條件下經質量分數為10%的硫酸溶出，采用立式板框壓濾機除渣，得到含硫酸鋁的溶液；
步驟二 在步驟一得到的含硫酸鋁的溶液中添加硫酸鉀固體，添加硫酸鉀固體與粉煤灰的質量比為1 :1. 1，在80°C溫度下，常壓反應0. 1小時，得到硫酸鋁鉀溶液后，采用黃鐵礬法除雜；
步驟三將步驟二得到的溶液通過冷卻結晶得到固體的十二水硫酸鋁鉀，冷卻結晶溫度為從80°C降到20°C ；經溫度為900°C的焙燒后得到氧化鋁、硫酸鉀及三氧化硫，固相經洗滌、過濾、干燥得到氧 化鋁產品。實施例2:
本發明所述的一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，由以下步驟實現 步驟一對粉煤灰進行焙燒活化，焙燒溫度為650°C，焙燒時間為3小時；所得固體在 55°C、0. 5MPa條件下經質量分數為45%的硫酸溶出，采用立式板框壓濾機除渣，得到含硫酸鋁的溶液；
步驟二 在步驟一得到的含硫酸鋁的溶液中添加硫酸鉀固體，添加硫酸鉀固體與粉煤灰的質量比為1 1. 8，在90°C溫度下，常壓反應1. 5小時，得到硫酸鋁鉀溶液后，采用黃鐵礬法除雜；
步驟三將步驟二得到的溶液通過冷卻結晶得到固體的十二水硫酸鋁鉀，冷卻結晶溫度為從90°C降到30°C ；經溫度為1100°C的焙燒后得到氧化鋁、硫酸鉀及三氧化硫，固相經洗滌、過濾、干燥得到氧化鋁產品。實施例3:
本發明所述的一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，由以下步驟實現 步驟一對粉煤灰進行焙燒活化，焙燒溫度為1100°C，焙燒時間為6小時；所得固體在 900C、IMPa條件下經質量分數為85%的硫酸溶出，采用立式板框壓濾機除渣，得到含硫酸鋁的溶液；
步驟二 在步驟一得到的含硫酸鋁的溶液中添加硫酸鉀固體，添加硫酸鉀固體與粉煤灰的質量比為1 -.2. 5，在100°C溫度下，常壓反應3小時，得到硫酸鋁鉀溶液后，采用黃鐵礬法除雜；
步驟三將步驟二得到的溶液通過冷卻結晶得到固體的十二水硫酸鋁鉀，冷卻結晶溫度為從100°C降到40°C ；經溫度為1300°C的焙燒后得到氧化鋁、硫酸鉀及三氧化硫，固相經洗滌、過濾、干燥得到氧化鋁產品。實施例4
本發明所述的一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，由以下步驟實現 本發明所述的一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，由以下步驟實現 步驟一對粉煤灰進行機械研磨活化，研磨后粒度為2μπι;所得固體在20°C、0. IMPa條件下經質量分數為10%的硫酸溶出，采用立式板框壓濾機除渣，得到含硫酸鋁的溶液；
步驟二 在步驟一得到的含硫酸鋁的溶液中添加硫酸鉀固體，添加硫酸鉀固體與粉煤灰的質量比為1 1，在80°C溫度下，常壓反應0. 1小時，得到硫酸鋁鉀溶液后，采用陽離子交換樹脂法除雜；
步驟三將步驟二得到的溶液通過多效蒸發結晶的方法得到固體的十二水硫酸鋁鉀； 經溫度為900°C焙燒后得到氧化鋁、硫酸鉀及三氧化硫，固相經洗滌、過濾、干燥得到氧化鋁
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廣 BFI ο實施例5:
本發明所述的一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，由以下步驟實現 步驟一對粉煤灰進行機械研磨活化，研磨后粒度為25 μ m ；所得固體在55°C、0. 5MPa 條件下經質量分數為45%的硫酸溶出，采用立式板框壓濾機除渣，得到含硫酸鋁的溶液； 步驟二 在步驟一得到的含硫酸鋁的溶液中添加硫酸鉀固體，添加硫酸鉀固體與粉煤灰的質量比為1 8，在90°C溫度下，常壓反應1.5小時，得到硫酸鋁鉀溶液后，采用陽離子交換樹脂法除雜；
步驟三將步驟二得到的溶液通過多效蒸發結晶的方法得到固體的十二水硫酸鋁鉀； 經溫度為1100°C的焙燒后得到氧化鋁、硫酸鉀及三氧化硫，固相經洗滌、過濾、干燥得到氧化招廣品。
實施例6
本發明所述的一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，由以下步驟實現
步驟一對粉煤灰進行機械研磨活化，研磨后粒度為50 μ m ；所得固體在90°C、lMPa條件下經質量分數為85%的硫酸溶出，采用立式板框壓濾機除渣，得到含硫酸鋁的溶液；
步驟二 在步驟一得到的含硫酸鋁的溶液中添加硫酸鉀固體，添加硫酸鉀固體與粉煤灰的質量比為1 :2. 5，在100°C溫度下，常壓反應3小時，得到硫酸鋁鉀溶液后，采用陽離子交換樹脂法除雜；
步驟三將步驟二得到的溶液通過多效蒸發結晶的方法得到固體的十二水硫酸鋁鉀； 經溫度為1300°C的焙燒后得到氧化鋁、硫酸鉀及三氧化硫，固相經洗滌、過濾、干燥得到氧化招廣品。
權利要求
1.一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其特征在于 由以下步驟實現步驟一對粉煤灰進行活化，所得固體在20-90°C、0. I-IMI^a條件下經質量分數為 10%-85%的硫酸溶出，除渣，得到含硫酸鋁的溶液；步驟二 在步驟一得到的含硫酸鋁的溶液中添加硫酸鉀固體，添加硫酸鉀固體與初始粉煤灰的質量比為1 :1. 1-2. 5，在80-100°C溫度下，常壓反應0. 1-3小時，得到硫酸鋁鉀溶液后除雜；步驟三將步驟二得到的溶液通過冷卻結晶或多效蒸發結晶的方法得到固體的十二水硫酸鋁鉀，經溫度為900-1300°C的焙燒后得到氧化鋁、硫酸鉀及三氧化硫，固相經洗滌、過濾、干燥得到氧化鋁產品。
2.根據權利要求1所述的一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其特征在于步驟一中的活化指焙燒活化，焙燒溫度為500-800°C，焙燒時間為0. 1-6小時。
3.根據權利要求1所述的一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其特征在于步驟一中的活化指機械研磨活化，研磨后粒度為2-50 μ m。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其特征在于步驟一中的除渣采用立式板框壓濾機。
5.根據權利要求4所述的一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其特征在于步驟二中的除雜采用黃鐵礬法或陽離子交換樹脂法。
6.根據權利要求5所述的一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，其特征在于步驟三中，冷卻結晶的溫度為從80-100°C降到20-40°C。
全文摘要
本發明涉及一種利用硫酸鉀從粉煤灰中提取氧化鋁的方法。從粉煤灰中提取氧化鋁常用的堿法工藝流程長，設備復雜、經濟效益差，制約大規模應用。本發明將粉煤灰焙燒活化或進行機械研磨活化后，所得固體經硫酸溶出后過濾去除固體殘渣，往溶液中添加硫酸鉀固體，反應一段時間后得到硫酸鋁鉀溶液，并通過化學或樹脂吸附的方法去除溶液中的雜質，該溶液通過結晶的方法得到固體的十二水硫酸鋁鉀，十二水硫酸鋁鉀經焙燒后得到氧化鋁、硫酸鉀固體及三氧化硫氣體，固相經洗滌、過濾得到氧化鋁產品。本發明通過冷卻結晶方法得到硫酸鋁鉀固體，降低能耗；在結晶的同時能有效去除雜質,減少除雜系統投資；硫酸鉀及硫酸能夠循環使用，工業化生產經濟效益高。
文檔編號C01F7/30GK102432052SQ20111028803
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者楊鵬, 梁愷, 王輝, 趙仕哲, 郭坤, 郭新峰 申請人:華東理工大學工程設計研究院有限公司, 西安航天華威化工生物工程有限公司