一種粉煤灰堿浸燒結水熱法生產硅灰石及氧化鋁的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于粉煤灰固體廢物綜合利用及礦物加工技術領域，特別涉及一種粉煤灰堿浸燒結水熱法生產硅灰石及氧化鋁的方法。
【背景技術】
[0002]在我國內蒙古中西部、山西北部等地區的部分煤田中蘊藏豐富的高鋁煤炭資源，遠景儲量近1000億噸，折合高鋁粉煤灰量約150億噸，相當于我國目前鋁土礦保有儲量的8倍以上，并且部分粉煤灰中的氧化鋁含量可達到40~50%，這種粉煤灰一般稱作高鋁粉煤灰。粉煤灰從電廠發電角度是主要固廢物，但由于高鋁煤炭燃燒產生的高鋁粉煤灰中的氧化鋁含量可達35~45%，有的甚至高達50%以上，硅含量一般在35%以上。高鋁粉煤灰是寶貴的含硅原料和含鋁原料，具有較高的經濟開發價值。
[0003]目前高鋁煤炭主要作為火力發電的燃料燃燒，上述地區積存的高鋁粉煤灰固體廢物早已超過I億噸，而且每年還在以約2500萬噸的規模增長。2010年，如準格爾煤田生產的I億噸煤炭產量中，除4000萬噸用于蒙西地區的16座火力發電廠，年產出高鋁粉煤灰1270萬噸，其它6000萬噸高鋁煤炭被運到區外分散燃燒。高鋁煤炭大量地分散燃燒、混燒摻燒，降低了高鋁粉煤灰的氧化鋁含量，損害了鋁元素高端化利用價值，同時也損害了硅元素的高端化利用價值，給集中開發利用帶來困難。近年來，盡管我國綜合利用粉煤灰技術開發取得了很大的進展，但總體上看，綜合利用粉煤灰主要受技術進步制約，受地域、經濟以及市場環境影響。國內現有的粉煤灰綜合利用與國外發電廠的粉煤灰綜合利用方式大致相同，一般用作水泥原料、鋪路或制作砌塊、磚等，但大多主要以灰場堆放為主，屬于簡單的初級利用。這大幅度降低了高鋁粉煤灰中氧化鋁和硅元素的的附加值，等于間接地浪費了鋁資源和硅資源。同時，高鋁粉煤灰的大量堆放既浪費土地資源又浪費水資源，還污染環境，粉煤灰的深度綜合利用面臨的形勢仍十分嚴峻。
[0004]鋁是現代節能、環保、綠色金屬材料，我國已是世界最大的鋁和氧化鋁生產國；2013年我國金屬鋁年產量已達2194萬噸，在國際占比大于47% ;2013年我國氧化鋁在國際占比大于42% ；2014年氧化鋁建設產能6470萬噸，運行產能超過5340萬噸。然而，我國鋁土礦資源相當匱乏，鋁土礦儲量僅占世界總儲量的5%左右，且多為難處理的低品位一水硬鋁石型鋁土礦，加上近年來國外鋁土礦的限購政策，鋁土礦資源問題已經成為我國氧化鋁及鋁工業可持續發展的最大瓶頸。
[0005]傳統工藝生產硅灰石一般通過硅灰石原礦選礦制得，也有用石灰石燒制生石灰和硅石粉水熱合成的，這兩種方法對資源和環境影響很大。
[0006]現有用高鋁粉煤灰生產氫氧化鋁或氧化鋁的各種工藝均產生大量的硅鈣渣或硅渣，這些硅鈣渣或硅渣的大規模合理利用已成為各種粉煤灰生產氧化鋁工藝發展的巨大瓶頸。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種粉煤灰堿浸燒結水熱法生產硅灰石及氧化鋁的方法，通過將高鋁粉煤灰先提取硅，然后堿浸生產氧化鋁，再制備硅灰石，在充分利用高鋁粉煤灰的同時，降低環境污染，并降低硅灰石等產品的生產成本。
[0008]本發明的粉煤灰堿浸燒結水熱法生產硅灰石及氧化鋁的方法主要包括以下步驟:
1、化學選礦:將粉煤灰放入裝有化學選礦溶劑的配料槽進行配料，化學選礦溶劑含Na2O 30~120g/L，含S12S 5g/L ;配料比例按化學選礦溶劑與粉煤灰重量比為3~9 ;然后經化學選礦處理，反應溫度70~120°C、反應時間30~600 min ;獲得的化學選礦漿液經過水平帶式過濾機進行連續分離及洗滌，獲得洗滌濾渣和粗制硅酸鈉溶液；將洗滌濾渣再次洗滌后制成水重量含量在30~45%的粉煤灰精礦；
2、堿浸生產氧化鋁:將粉煤灰精礦用鋁酸鈉溶液浸出，所述的鋁酸鈉溶液的中Na2O濃度為180~245g/L，Na2CHK2O與Al2O3的摩爾比為2.5-3.2，粉煤灰精礦與鋁酸鈉溶液的混合比例按全部物料中Na2CHK2O與Al2O3的摩爾比為1.53-1.6，浸出溫度為255~280°C，反應時間為30~120min ;浸出完成后經多級閃蒸回收余熱后降到常壓狀態，獲得堿浸漿液；向堿浸漿液中添加稀釋溶液獲得稀釋堿浸渣漿液，稀釋溶液的加入量按稀釋堿浸渣漿液中Na2O濃度為130~165g/L控制；然后將稀釋堿浸渣漿液進行常壓脫硅反應，獲得常壓脫硅漿液；用水平膠帶式過濾機進行多次反向洗滌分離，獲得分離溶液、堿浸渣洗滌液和粉煤灰堿浸渣洗滌料；分離溶液經過自動葉濾機精制，獲得固體浮游物小于15mg/L的精制鋁酸鈉溶液；精制鋁酸鈉溶液采用加氫氧化鋁晶種梯度降溫分解生產砂狀氫氧化鋁及氧化鋁，此過程中產生的分解母液進行蒸發處理，獲得Na2O濃度為180~245 g/L的鋁酸鈉溶液，然后循環使用；堿浸渣洗滌液中Na2Ok濃度為50~70g/L ；
3、制備生料漿:將粉煤灰堿浸渣洗滌料、石灰石和無煙煤混合后配制成生料漿:配制比例按生料漿中主CaO與S12的摩爾比為1.95-2.05，副CaO與T1 2的摩爾比為1，主CaO與副CaO之和為生料漿中的全部CaO ；Na20和K2O的總摩爾數為總堿摩爾數，Al2O3和Fe 203的總摩爾數為總銷鐵摩爾數，總堿摩爾數與總銷鐵摩爾數的比值為0.85-1.1，生料楽中水的重量含量為35~45%，并且生料漿的固體部分中粒度多300 μ m的物料占全部固體部分物料< 5% ;當總堿摩爾數不足時加入工業碳酸鈉調節；
4、燒結制備熟料:將生料漿用出口壓力達2.0-5.0MPa的料漿泵經噴槍噴入法送入熟料燒結窯進行燒結，燒結溫度為1040~1350°C，燒結時間為10~60 min，燒結完成后冷卻至常溫篩分破碎至粒度< 15 _，獲得燒結粉料作為熟料；
5、熟料溶出及分離洗滌:準備熟料溶出調整液，熟料溶出調整液中Al2O3濃度為45~70g/L，全部熟料溶出調整液與熟料的重量比為3~6 ；將熟料送入棒磨機或球磨機的同時，加入熟料重量0.6-2倍的熟料溶出調整液，進行濕法磨礦溶出；其余的熟料溶出調整液加入到棒磨機或球磨機配套的分級機內；控制溶出溫度為68~78°C，溶出時間為10~30min ;溶出后獲得的溶出漿液的固體含量為100~300g/L ;溶出漿液經沉降或過濾分離，獲得固相和液相；將固相進行洗滌處理，獲得水重量含量在30~45%的硅酸二鈣洗滌料；液相為含硅鋁酸鈉的熟料溶出液，含Al2O3 80~140g/L，含S12 3~7g/L ;將含硅鋁酸鈉的熟料溶出液或步驟2中的堿浸渣洗滌液作為步驟4中的稀釋溶液；
6、制備硬硅鈣石前驅體原始漿料:將硅酸二鈣洗滌料與硅酸鈉溶液進行配料，配料比按Ca與Si的摩爾比為0.85-1.05，然后與重量為其3~20倍的水混合并攪拌均勻，獲得硬硅鈣石前驅體原始漿料；所述的硅酸鈉溶液的Na2O濃度為30~120g/L，S12濃度為15~60g/L ；
7、水熱合成制備硬硅鈣石前驅體:將硬硅鈣石前驅體原始漿料用蒸汽套管預熱器或列管預熱器間接預熱至80~120°C，進行水熱合成反應，反應時間30~300min ;當水熱合成反應溫度>105°C時，反應完成后經閃蒸降壓、過濾分離洗滌獲得固相和含硅氫氧化鈉溶液；當水熱合成反應溫度< 105°C時，直接進行過濾分離獲得固相和含硅氫氧化鈉溶液；將固相洗滌后獲得硬