專利名稱：低溫酸溶浸取粉煤灰中氧化鋁的方法
技術領域：
本發明涉及煤炭固體廢棄物資源化利用技術方法，特別是從粉煤灰中酸溶浸取氧化鋁的工藝。
背景技術：
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我國是世界上火力發電最大的國家，也是粉煤灰排放量最大的國家。近年來，我國電力工業發展迅速，火電發電總量也迅速增加。因而，粉煤灰的排放量也在逐年增加。目前，我國粉煤灰累計堆存量已近20億噸。我國的粉煤灰綜合利用工作，長期以來一直受到國家的高度重視，特別是粉煤灰的高附加值利用已越來越受到相關學者的關注。許多研究人員對粉煤灰，特別是高鋁粉煤灰進行了提取氧化鋁制備冶金及氧化鋁、聚合氯化鋁鐵凈水劑等研究。采用方法有堿法和酸法兩類，以不同的堿(氧化鈣、碳酸鈉、氧化鈣)和酸(硫酸、鹽酸)等作為活化劑或浸取劑采用煅燒、溶解等方法實現粉煤灰中有用組分氧化鋁和氧化硅等提取。堿活化燒結法產生的硅鈣渣，只能用做水泥原料，每生產I噸的氧化鋁要產生10噸的硅鈣渣，而我國的建材市場消化不了如此多的硅鈣渣，又會造成新的堆積。且燒結法只提取了粉煤灰中的氧化鋁，其二氧化硅的利用價值低，沒有達到精細綜合利用(劉瑛瑛等，粉煤灰精細利用——提取氧化鋁研究進展.輕金屬，2006年第5期，P20-23)。所以，眾多研究人員尋求利用酸法提取粉煤灰中的氧化鋁。白光輝等，西安建筑科技大學，“粉煤灰硫酸法提鋁的新工藝參數研究”，試驗獲得了反應的較優條件為酸灰比I : 1.2，溫度2401，反應時間601^11，溶洗用水量為4倍體積，得到的硫酸鋁的提取率可達80%以上。李來時等，東北大學，“硫酸浸取法提取粉煤灰中氧化鋁”，得出了最佳酸浸工藝條件經活化的粉煤灰在適當的攪拌條件下，用濃硫酸在330°C溫度下，浸出40-90min，Al203的浸出率可達85%以上，最高可達92. 3%。袁春華，內蒙古科技大學，“粉煤灰活化法提取高純硅、鋁的工藝研究”，試驗結果表明，最佳焙燒時間2h，焙燒溫度為9001，酸浸時浸出溫度為2001，硫酸濃度1611101/1，液固比為0.9 1，粉煤灰硅鋁平均提取率可達到82. 38%以上。范艷青等，北京礦冶研究總院，“粉煤灰硫酸化焙燒提取氧化鋁的研究”，確定最佳工藝條件粉煤灰粒度為-400目占95%以上，焙燒溫度320°C，時間2h，酸礦比I : 1.6，在此條件下粉煤灰中氧化鋁浸出率可達87%。吳成友等，中國科學院青海鹽湖研究所，“利用粉煤灰制備高純硫酸鋁工藝研究”，認為當粉煤灰的粒度達到20um，硫酸溶液濃度為50% -60%，反應溫度200_240°C時，Al2O3提取率可達80%。硫酸鋁粗產品經過醇水體積比約為2 I的乙醇水溶液除雜2次后，其中Fe含量小于O. 005%,獲得了高純硫酸鋁。王文靜等，山東科技大學，“酸法提取粉煤灰中氧化鋁的條件選擇”，結論用9mol/L的硫酸進行反應，采用氟化氨作為助溶劑，可以加強反應的程度，提高氧化鋁的提取率，節省提取成本。CN102101686A, 2011-06-22公開了“一種粉煤灰生產超高純度氧化鋁及其綜合利用的工藝方法”發明專利，其中硫酸浸提鋁過程將經過浮選碳、磁選鐵之后的粉煤灰殘液與濃硫酸配成硫酸濃度為30% -95%的混合溶液，控制粉煤灰與混合溶液的固液比為I : 1-1 : 15，在耐酸反應設備中進行加熱加壓反應I 6h，反應的溫度為200-240°C ;反應降溫后，按照粉煤灰與水的質量比為I : 10-1 20加水，加熱煮沸后，抽濾得到濾餅，并用粉煤灰與水的質量比為I : 1-1 2的水洗滌，得到PH值為1-3的硫酸鋁粗液。CN102020300A，2011-04-20公開了“粉煤灰生產冶金級氧化鋁的方法”發明專利，硫酸浸提氧化鋁條件在粉煤灰殘液中加入濃硫酸，在耐酸反應設備中加熱加壓反應l_6h，反應的溫度為 200-240°C，壓力為 O. 1-0. 5MPa。CN102020299A, 2011-04-20 公開了“粉煤灰生產工業活性氧化鋁的方法”發明專利，其中酸溶反應條件與CN102020300A —致。CN102020303A，2011-04-20公開了 “粉煤灰生產超高純度硫酸鋁的方法”發明專利，其中酸溶反應條件與CN102020300A —致。CN1095698A，1994-11-30公開了“以粉煤灰為原料生產硫酸鋁的方法”發明專利，提鋁條件為硫酸濃度為50-60%，浸飽12 24小時，在100°C加熱2_4小時，但未說明氧化鋁提取率。CN1792802A，2006-6-28公開了“一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法”發明專利，首先需要將粉煤灰在300-760°C焙燒活化，然后用60% -90%的硫酸在160°C _330°C反應1-1. 5小時。同樣沒有提及氧化鋁的提取率。CN101575112A，2009-11-11公開了 “一種粉煤灰制備硫酸鋁的方法”，首先需要將粉煤灰進行機械活化，然后在120°C _230°C條件下進行酸溶形成堿式硫酸鋁。該方法未說明氧化鋁的提取率，且堿式硫酸鋁的形成條件很難控制。CN101987735A，2011-03-23公開了 “一種自煤氣化粉煤灰中低溫提取氧化鋁的方法”發明專利，反應溫度較低，但只針對煤氣化粉煤灰上述成果存在的問題酸浸取法提取氧化鋁需要添加氟化物做助溶劑，在助溶的過程中會產生HF等有害氣體，不但會污染環境，而且會造成對操作人員的安全隱患；而不加助溶劑時酸溶溫度高于200°C，酸法工業化設備有待解決(劉瑛瑛等，粉煤灰精細利用一提取氧化鋁研究進展.輕金屬，2006年第5期，P20-23)。幾個專利中凡是酸溶溫度涵蓋低于200°C的又都未提及氧化鋁的溶出率，說明其氧化鋁的提取率可能較低。
發明內容
本發明的目的就在于針對上述現有技術的不足，提供一種低溫酸溶浸取粉煤灰中氧化鋁的方法。本發明是以硫酸為浸取劑在密閉體系下加熱溶解粉煤灰中的氧化鋁，這樣既可以避免硫酸的外溢或揮發又可以產生自生壓力，有助于酸溶反應。其特點為降低了反應溫度(160-190°C )，硫酸用量為粉煤灰中氧化鋁及其它陽離子氧化物耗酸理論值的I 1-1.5 1(摩爾比)，反應時間6-8h，無需助溶劑，即可以使粉煤灰中氧化鋁溶出率大于 90%。本發明的目的是通過以下技術方案實現的以一定濃度的硫酸與粉煤灰均勻混合，在有攪拌的條件下在密閉體系下加熱進行化學反應，使粉煤灰中含鋁莫來石結構破壞形成硫酸鋁。然后進行渣液分離、洗滌獲得硫酸鋁溶液，可用于生產硫酸鋁或氧化鋁。其步驟為(I)取一定量經粉磨后粒度小于200目的粉煤灰放入反應釜中；(2)以液固比2 1-6 1(升千克)的比例加入水并與粉煤灰混合均勻；(3)按粉煤灰中氧化鋁及其它陽離子氧化物耗酸理論值的I : 1-3 1(摩爾比)的比例加入98%濃硫酸并混合均勻；(4)攪拌，在密閉條件下加熱至160_190°C，壓力為O. 15-0. 4MPa，并在此條件下反應 6-8h ；(5)固液分離、清水洗滌至濾渣接近中性，獲得硫酸鋁溶液。由硫酸鋁溶液轉化為氧化鋁是公知技術，不再累述。有益效果無需助溶劑，采用硫酸在密閉體系中進行反應大大降低了反應溫度(低于200°C )，節省了能源，簡化了工藝過程，降低了生產成本，提高了回收率，氧化鋁的溶出率占粉煤灰中氧化鋁含量的90%以上。
具體實施例方式下面結合實施例作進一步詳細說明按如下順序和步驟實現粉煤灰中氧化鋁的浸取(I)取一定量經粉磨后粒度小于200目的粉煤灰放入反應釜中；(2)以液固比2 1-6 1(升千克)的比例加入水并與粉煤灰混合均勻；(3)以粉煤灰中氧化鋁及其它陽離子氧化物耗酸理論值的I : 1-3 1(摩爾比)的比例加入98%濃硫酸并混合均勻；(4)攪拌，在密閉條件下加熱至160_190°C，壓力為O. 15-0. 4MPa，并在此條件下反應 6-8h ；(5)固液分離、清水洗滌至濾渣接近中性，獲得硫酸鋁溶液。如粉煤灰的化學組成為Al2O3 49.98 %, SiO2 40.95 %, TiO2 I. 17 %, CaOO. 33 %, MgOO. 48 %, Fe2O3
I.01%, FeO O. 4%, K2O O. 03%, Na2O O. 48%, SO3 O. 13%礦物組成以莫來石為主，含少量石英、石膏、赤鐵礦和非晶態物質。粉煤灰經粉磨后粒度小于200目。每IOOg粉煤灰的理論耗酸量為98%的硫酸I. 54mol (84. 2638mL)。實施例I(I)取IOOg粉煤灰放入反應釜中；(2)加入220mL水并混合均勻；(3)加入88mL 98%濃硫酸并混合均勻；(4)攪拌，在密閉條件下加熱至190°C，壓力為O. 33MPa，并在此條件下反應6h ；(5)固液分離、清水洗滌至濾渣接近中性，獲得硫酸鋁溶液。由硫酸鋁轉化為氧化鋁是公知技術。該條件下氧化鋁溶出率為91. 24%。實施例2(I)取IOOg粉煤灰放入反應釜中；(2)加入250mL水并混合均勻；(3)加入140mL 98%濃硫酸并混合均勻；(4)攪拌，在密閉條件下加熱至180°C，壓力為O. 28MPa，并在此條件下反應4h ；(5)固液分離、清水洗滌至濾渣接近中性，獲得硫酸鋁溶液。
該條件下氧化鋁溶出率為92. 18%。實施例3(I)取IOOg粉煤灰放入反應釜中；(2)加入380mL水并混合均勻；(3)加入160mL 98%濃硫酸并混合均勻；(4)攪拌，在密閉條件下加熱至170°C，壓力為O. 19MPa，并在此條件下反應7h ；(5)固液分離、清水洗滌至濾渣接近中性，獲得硫酸鋁溶液。該條件下氧化鋁溶出率為90. 56%。實施例4(I)取IOOg粉煤灰放入反應釜中；(2)加入550mL水并混合均勻；(3)加入240mL 98%濃硫酸并混合均勻；(4)攪拌，在密閉條件下加熱至160°C，壓力為O. 16MPa，并在此條件下反應8h ；
(5)固液分離、清水洗滌至濾渣接近中性，獲得硫酸鋁溶液。該條件下氧化鋁溶出率為92. 76%。
權利要求
1.ー種低溫酸溶浸取粉煤灰中氧化鋁的方法，其特征在干，以硫酸為浸取劑在低于200°C的反應溫度下使粉煤灰中氧化鋁的浸取率大于90%。
2.按照權利要求I所述低溫酸溶粉煤灰中氧化鋁的方法，其特征在于，包括以下順序和步驟 a.取一定量經粉磨后粒度小于200目的粉煤灰放入反應爸中； b.以液固比2 1-6 1L/Kg的比例加入水并與粉煤灰混合均勻； c.按粉煤灰中氧化鋁及其它陽離子氧化物耗酸理論值的I: 1-3 I摩爾比的比例加入98%濃硫酸并混合均勻； d.攪拌，在密閉條件下加熱至160-190°C，壓カ為0.15-0. 4MPa，并在此條件下反應6-8h ； e.固液分離，用清水洗滌至濾渣接近中性，獲得硫酸鋁溶液。
硫酸鋁溶液轉化為氧化鋁是公開技木，不再累述。
全文摘要
本發明涉及一種以硫酸為浸取劑低溫加熱浸取粉煤灰中氧化鋁的方法，其步驟為將粉煤灰磨至小于200目后放入反應釜中；以一定的液固比加水并與粉煤灰混合均勻；按粉煤灰中氧化鋁及其它陽離子氧化物耗酸理論值加入98％濃硫酸并混合均勻；攪拌，在密閉條件下加熱至160-190℃，壓力為0.15-0.4MPa，并在此條件下反應6-8h；固液分離、洗滌至濾渣接近中性，獲得硫酸鋁溶液。本發明改變了高溫煅燒或高溫酸溶方法，無需助溶劑，在酸不嚴重過量的條件下于密閉體系中在較低的溫度下進行反應，使氧化鋁的浸取率大于90％。反應溫度的降低使得反應釜內襯材料易于實現，利于工業化生產。同時，可降低能耗，節省能源，降低成本，有利于粉煤灰的資源化利用。
文檔編號C01F7/74GK102659155SQ201210124278
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者孫彥斌, 張培萍, 徐少南, 李楠, 李芳菲, 楊殿范, 蔣引珊, 薛兵, 高錢, 魏存弟 申請人:吉林大學