一種從煤系固體廢物中提取氧化鋁和氧化硅的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于煤系固體廢物的綜合利用，具體是涉及一種從粉煤灰、煤矸石等煤系固體廢物中提取氧化鋁和氧化硅的方法，尤其是通過對煤系固體廢物進行硫酸轉(zhuǎn)化、高溫還原、堿浸，從煤系固體廢物提取氧化鋁和氧化硅。
【背景技術(shù)】
[0002]煤系固體廢物主要指煤炭采選和利用過程產(chǎn)出的煤矸石、粉煤灰等，該類固廢中主要成分為氧化鋁和氧化硅，由于缺乏清潔、經(jīng)濟的利用方案，目前除粉煤灰少量被用于建材生產(chǎn)外，大多堆存，從該型固廢中高效經(jīng)濟地提取有用組分，不僅可以解決因粉煤灰、煤矸石等大量堆存而產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境污染問題，又可為電解鋁生產(chǎn)提供重要原料?，F(xiàn)有的氧化鋁生產(chǎn)都采用堿法工藝，但由于粉煤灰、煤矸石中的鋁硅比很低，氧化硅含量可高達40?50%，甚至更高，Al2O3與S12的質(zhì)量比值一般小于1，傳統(tǒng)的氧化鋁生產(chǎn)工藝難以適應。
[0003]采用燒結(jié)法從粉煤灰、煤矸石等煤系固體廢物提取氧化鋁是目前研宄最多的方法，其類似于傳統(tǒng)的鋁土礦燒結(jié)工藝，通過與石灰石或堿石灰進行燒結(jié)，將硅轉(zhuǎn)變成硅酸鈣，從而在熟料溶出時硅以硅酸鈣沉淀進入赤泥，實現(xiàn)鋁硅的分離，堿法工藝技術(shù)成熟，工業(yè)上易于實現(xiàn)，氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量好，但由于原料中鋁硅比低，導致燒結(jié)能耗高，成本高，赤泥產(chǎn)出量大。如CN1644506A公開了一種利用粉煤灰生產(chǎn)氧化銷方法，將粉煤灰與石灰石粉按一定比例混合磨礦后干法燒結(jié)，然后用堿溶出熟料提取氧化鋁，浸出渣用于生產(chǎn)水泥，由于粉煤灰含硅高，直接燒結(jié)需要配入大量石灰石粉，粉煤灰與石灰石粉質(zhì)量配比達30:70，燒結(jié)能耗高，且提取氧化鋁后的會產(chǎn)生大量硅鈣渣，每處理I噸粉煤灰會新產(chǎn)生3-5噸，甚至更多的硅鈣渣，如何消納處置新增渣面臨更大困難。燒結(jié)前先對粉煤灰或煤矸石進行堿浸預脫硅處理，提高鋁硅比，從而減少燒結(jié)量和赤泥產(chǎn)出量，同時可以生產(chǎn)白炭黑、硅灰石等高價值硅產(chǎn)品。如CN101284668A公開了一種從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁的方法，將高鋁粉煤灰與氫氧化鈉溶液進行加壓浸出，使部分硅溶出，含硅浸出液用于生產(chǎn)白炭黑，預脫硅后的粉煤灰與石灰石粉、碳酸鈉溶液混合后燒結(jié)，然后浸出鋁，但由于煤系固廢中可堿溶的活性硅比例較少，經(jīng)過預脫硅后物料的鋁硅比仍然較低，后續(xù)的燒結(jié)物料量大，高溫預脫硅及燒結(jié)的能耗高，赤泥產(chǎn)出量依然很大。酸堿聯(lián)合工藝可以實現(xiàn)酸法與堿法工藝的優(yōu)勢互補，是粉煤灰提取氧化鋁的技術(shù)發(fā)展方向。CN104445313A公開了一種從粉煤灰中酸堿聯(lián)合提取氧化鋁的方法，將粉煤灰與適量濃硫酸混合均勻、熟化后，在還原劑作用下于500-90(TC還原焙燒脫硫，然后用含氫氧化鈉的溶液浸出鋁，而硅則進入浸出渣中，從而實現(xiàn)鋁和硅的分離，取消了高耗能的燒結(jié)工序，且流程屬于減量化過程；但由于該法中硅與其它雜質(zhì)一起進入渣中，硅的綜合回收利用困難，且由于焙砂中少量的活性硅在堿浸鋁時也進入浸出液，含鋁浸出液后續(xù)仍需要脫硅工序。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有粉煤灰、煤矸石等煤系固體廢物提取氧化鋁技術(shù)中的不足，提供一種采用硫酸轉(zhuǎn)化-高溫還原-兩段堿浸的工藝從粉煤灰、煤矸石等煤系固體廢物中提取氧化鋁，具體是通過硫酸轉(zhuǎn)化將礦物中的鋁礦物與硅礦物解離，通過高溫還原實現(xiàn)硫酸鋁分解與硫酸的再生循環(huán)，同時通過高溫作用改變氧化鋁和二氧化硅的堿浸活性，然后分別通過低溫堿浸硅和高溫堿浸鋁，而實現(xiàn)硅和鋁的分別浸出，既避免了酸法生產(chǎn)氧化鋁工藝的氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量差、鋁鹽濃縮結(jié)晶與脫水能耗高的問題，又克服了堿法生產(chǎn)氧化鋁工藝的鋁硅分離難、燒結(jié)量大、能耗高、赤泥量大等問題，實現(xiàn)酸法與堿法工藝的優(yōu)勢互補。
[0005]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0006]一種從煤系固體廢物中提取氧化鋁和氧化硅的方法，包括下述步驟:
[0007](I)硫酸酸解:將粉煤灰或煤矸石粉用濃硫酸拌合均勻后，在120?500°C溫度下進行酸解、固化；
[0008](2)高溫還原焙燒:將酸解、固化后的粉煤灰或煤矸石粉在950?1200°C溫度下與還原劑一起進行還原焙燒0.1?30min，得到還原焙砂和含硫煙氣，含硫煙氣收集后制酸返回步驟(I)酸解循環(huán)使用，所述還原劑為煤粉、煤矸石粉、煤氣、天然氣、硫磺或石油焦等低值含碳燃料中的一種或一種以上的混合物，還原劑的配入量根據(jù)粉煤灰中的氧化鋁含量及粉煤灰中的殘?zhí)苛空{(diào)節(jié)；
[0009](3)低溫堿浸提娃:還原焙砂用Na2O濃度50?150g/L的氫氧化鈉溶液浸出娃，浸出固液質(zhì)量與體積比1:3?1:20，浸出溫度50?100°C，優(yōu)選80?95°C，浸出時間30?240min。過濾得到含硅浸出液和高鋁渣，含硅浸出液可用于生產(chǎn)白炭黑或活性硅酸鈣；
[0010](4)高溫堿浸提鋁:步驟(3)得到的高鋁渣用Na2O濃度150?300g/L的氫氧化鈉溶液浸出鋁，浸出固液質(zhì)量與體積比1:3?1:20，配料分子比akl?2，石灰添加量為高鋁渣質(zhì)量的O?15%，浸出溫度150?300°C，浸出時間15?120min。浸出后過濾，得到的鋁酸鈉溶液經(jīng)凈化、種分、煅燒生產(chǎn)氧化鋁。
[0011]本發(fā)明除另有說明的以外，比例、百分比、濃度均以質(zhì)量為基準。
[0012]本發(fā)明的一種從煤系固體廢物中提取氧化鋁和氧化硅的方法，步驟(I)中濃硫酸總加入量按H2SO4與粉煤灰中Al 203摩爾數(shù)比3:1?5:1加入，優(yōu)選3.5:1?4.5:1，硫酸質(zhì)量濃度多85%。
[0013]本發(fā)明的一種從煤系固體廢物中提取氧化鋁和氧化硅的方法，步驟(I)的酸解、固化溫度為150?350°C，時間I?4h。
[0014]本發(fā)明的一種從煤系固體廢物中提取氧化鋁和氧化硅的方法，步驟(2)所述的高溫還原焙燒為快速流態(tài)化焙燒，焙燒爐為循環(huán)流態(tài)化焙燒爐、氣態(tài)懸浮焙燒爐或流態(tài)化閃速焙燒爐中的一種，焙燒溫度950?1050°C，焙燒時間0.1?1min。
[0015]本發(fā)明的一種從煤系固體廢物中提取氧化鋁和氧化硅的方法，步驟(2)所得到的還原焙砂在進入步驟(3)的低溫堿浸提硅前，先將還原焙砂在氧化氣氛下氧化焙燒預處理，然后進行步驟(3)的低溫堿浸提硅，氧化焙燒溫度500?800°C。
[0016]本發(fā)明中所述的硫酸酸解、固化，是利用濃硫酸的高溫反應活性，將粉煤灰、煤矸石中的鋁硅酸鹽形式的鋁轉(zhuǎn)化成生成硫酸鋁，從而破壞原料中的礦物結(jié)構(gòu)，使鋁礦物與硅礦物解離，反應原理如下式(I)。
[0017]Al2O3.nSi02+3H2S04= Al 2 (SO4) 3+nSi02+3H20(I)
[0018]本發(fā)明中所述的還原焙燒，是將酸解后的物料直接用還原劑進行還原焙燒，將硫酸酸解過程形成的硫酸鋁直接分解成氧化鋁和二氧化硫，避免了酸法處理提取氧化鋁工藝中高耗能的濃縮結(jié)晶硫酸鋁和結(jié)晶硫酸鋁脫水與焙燒分解作業(yè)，由于采用高溫還原焙燒，將原料中的硅礦物轉(zhuǎn)變成易于低溫堿浸的無定型二氧化硅，從而可以通過兩段浸出分別提取氧化硅和氧化鋁提供，即低溫堿浸硅和高溫堿浸鋁。還原焙燒和堿浸提取硅的反應原理分別如式⑵、⑶。
[0019]Al2 (SO4) 3+3/2C = Al203+3S02(g)+3/2C02(g)(2)
[0020]2Na0H+Si02= Na2S13(3)
[0021]由于在高溫還原氣氛下，少部分二氧化硫會被還原成單質(zhì)硫，影響后續(xù)鋁酸鈉溶液質(zhì)量，因此，在進堿浸前增加氧化焙燒工序，以除去還原焙砂中的單質(zhì)硫，其反應原理如式⑷、(5)。
[0022]C+S02=S+C02(4)
[0023]S+02= SO2(5)
[0024]本發(fā)明的一種從煤系固體廢物中提取氧化鋁和氧化硅的方法，利用濃硫酸高溫反應強化了粉煤灰、煤矸石中鋁硅酸鹽礦物的分解，然后經(jīng)高溫快速還原焙燒，既實現(xiàn)了硫酸鋁的分解脫硫，又提高了二氧化硅的堿浸出活性，從而實現(xiàn)分步浸出硅和鋁。
【附圖說明】
[0025]附圖為本發(fā)明的方法的原則流程圖。
【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做出進一步說明。
[0027]將粉煤灰或煤矸石粉用一定量的濃硫酸拌合均勻后，在120?500°C溫度下進行酸解、固化，然后與適量煤粉或煤矸石粉或煤氣或硫磺等還原劑一起在950?1200°C溫度下還原焙燒0.1?30min，得到還原焙砂和含硫煙氣，含硫煙氣收集后制酸返回酸解