專利名稱：綜合利用煤矸石生產(chǎn)氧化鋁和電解鋁的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化工和冶金工業(yè)領域，涉及綜合利用煤矸石生產(chǎn)氧化鋁和電解鋁的生產(chǎn)工藝。
背景技術：
目前世界上生產(chǎn)氧化鋁的方法基本上是采用鋁土富礦通過生產(chǎn)Al(OH)3中間步驟生產(chǎn)Al2O3的方法，此方法稱為堿法工藝，主要有拜耳法、燒結(jié)法和二者相結(jié)合的聯(lián)合法。由于鋁土礦資源減少，七十年代開始進行利用煤矸石生產(chǎn)Al2O3的試驗，爾后逐漸出現(xiàn)酸法生產(chǎn)Al2O3的技術以及熟料自粉化法提取Al(OH)3再深加工制造Al2O3的技術。對于低品位礦石的煉鋁工藝，采用酸法生產(chǎn)氧化鋁的方法，其優(yōu)點是能處理廣泛分布的鋁硅酸鹽礦物(即貧鋁礦石資源)，但該法存在分離硅渣、除鐵凈化、酸回收及采用耐酸設備等方面的困難，而且酸法工藝消耗大量硫酸，經(jīng)濟效益差。因而國內(nèi)亦有采用銨明釩熱解生產(chǎn)工藝，以及鹽析法即采用熱硫酸和硫銨處理的工藝。以上方法均是單純生產(chǎn)氧化鋁的工藝，因此工藝流程長，固定資產(chǎn)投資大，能耗高，經(jīng)濟效益低。
隨著循環(huán)硫化床鍋爐的廣泛使用，采用煤矸石發(fā)電的工藝已很成熟，矸石發(fā)電已經(jīng)用于生產(chǎn)。但隨之產(chǎn)生的含40％Al2O3的粉煤灰卻白白倒掉了，而且對環(huán)境造成了污染；而專門制造Al2O3的廠家仍從煤矸石開始，經(jīng)粉碎--成球--煅燒--再粉碎等一系列過程制造“粉煤灰”。因而，發(fā)電和生產(chǎn)Al2O3的成本都很高，致使利用煤矸石生產(chǎn)Al2O3的經(jīng)濟效益太差，無法實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。至今生產(chǎn)Al2O3多用富礦生產(chǎn)，這樣，一方面富礦越來越少，另一方面象煤矸石這樣的貧礦和“垃圾”越來越多，而Al2O3和金屬鋁的用量越來越大。因此，采用新的工藝路線，實現(xiàn)煤矸石的綜合利用就顯得非常重要了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以煤矸石為原料，最終產(chǎn)品為金屬鋁，技術上先進、經(jīng)濟上可行、符合國情和環(huán)保要求的生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明的技術方案是把現(xiàn)有的煤矸石發(fā)電工藝、電解鋁工藝以及改進了的粉煤灰制成Al2O3工藝結(jié)合起來，矸石電廠生產(chǎn)的電作為電解鋁和其它動力用電的能源，所產(chǎn)生的粉煤灰作為生產(chǎn)Al2O3的原料，Al2O3又是電解鋁的原料，這樣進入本系統(tǒng)的主要原料是煤矸石，經(jīng)過各種工藝過程，從本系統(tǒng)出來的主要產(chǎn)品是氫氧化鋁、氧化鋁和電解鋁。
本發(fā)明的有益技術效果是通過三個工藝的科學配置，前面工藝的產(chǎn)品是后面工藝的原料和能源，減少了總工藝流程和設備投資，提高了經(jīng)濟效益，使綜合利用煤矸石生產(chǎn)氧化鋁和電解鋁成為可能；矸石發(fā)電和電解鋁工藝已是應用于生產(chǎn)的成熟技術，改進的氧化鋁生產(chǎn)技術與之結(jié)合使經(jīng)濟效益大大提高。綜合評價本發(fā)明工藝可靠，可行性強；符合貧礦生產(chǎn)和廢物利用制鋁的國情和大方向，煤矸石和粉煤灰的利用有利于環(huán)境保護。


附圖l為本發(fā)明工藝流程方框圖。
附圖2為本發(fā)明工藝流程示意圖。
具體實施例方式結(jié)合附圖實施側(cè)說明本發(fā)明原理和工藝流程如下本發(fā)明技術方案由煤矸石發(fā)電工藝、粉煤灰制成Al2O3工藝和電解鋁生產(chǎn)工藝組成。矸石電廠生產(chǎn)的電作為電解鋁和其它動力用電的能源，所產(chǎn)生的粉煤灰作為生產(chǎn)Al2O3的原料，Al2O3又是電解鋁的原料，這樣進入本系統(tǒng)的主要原料是煤矸石，經(jīng)過各種工藝過程，從本系統(tǒng)出來的主要產(chǎn)品是氫氧化鋁、氧化鋁和電解鋁。
(一)煤矸石發(fā)電煤矸石或含鋁劣質(zhì)煤經(jīng)破碎送入發(fā)電廠循環(huán)硫化床鍋爐燃燒，產(chǎn)生的蒸汽推動發(fā)電機運轉(zhuǎn)發(fā)電，電力送往電解鋁工藝和全系統(tǒng)用電。矸石電廠應并入當?shù)仉娋W(wǎng)，以利調(diào)節(jié)負荷。電廠蒸汽供本系統(tǒng)用；產(chǎn)生的粉煤灰送入氧化鋁工藝流程作為主要原料。
(二)氧化鋁制造氧化鋁生產(chǎn)設備由浸取罐、板框壓濾機、碳化塔、煅燒爐及石灰窯等組成。
(1)、粉煤灰送入浸取罐，在浸取罐中加入適量石灰乳和純堿，使氫氧化鈉含量控制在3-5％，正常生產(chǎn)后加入碳酸鈉母液，同時補加部分純堿，使氫氧化鈉含量控制在上述范圍內(nèi)；溫度控制在80℃左右，常壓。
主要反應如下
生成NaAlO2液。
(2)、將(a)產(chǎn)物用板框過濾機過濾(或加一增稠器，先增稠再過濾)，渣子主要含SiO2和CaCO3，清液為粗NaAlO2液。渣可制水泥。(成份見附表1)(3)、在粗NaAlO2液中加入少量石灰乳，用0.5--0.6MPa的蒸汽加壓蒸煮，使溶液中的SiO2以硅鋁酸鈉淅出，用板框壓濾機分離除去，清液進入精NaAlO2液罐。
(4)、將精NaAlO2液打入碳化塔，由石灰窯經(jīng)空壓機送入CO2氣，(濃度20％-25％)，反應生成Na2CO3和Al(OH)3沉淀，用板框壓濾機(或離心機)分離，母液含Na2CO33-4％，返回浸取罐重新利用。生成的Al(OH)3送入庫中備用。
反應式為(5)、將Al(OH)3送入外熱式轉(zhuǎn)爐煅燒(550°C)生成Al2O3，反應式Al2O3即為生產(chǎn)電解鋁、特種氧化鋁的原料。
本發(fā)明對Al2O3生產(chǎn)工藝做了比較大的改變，主要有三個方面(1)在現(xiàn)行工藝流程中，制“粉煤灰”的過程很長，主要有原料(煤矸石、石灰石、煤)粉碎、成球、干燥、煅燒、燒成物粉碎等，所用設備龐大笨重，固定資產(chǎn)投資大能耗高。本發(fā)明上述工藝過程被發(fā)電廠循環(huán)流化床鍋爐代替，對生產(chǎn)Al2O3而言不僅大大降低了固定資產(chǎn)投資(約降低60％以上)，而且做到了主要原料“零成本”(即不計費)。
(2)在現(xiàn)行工藝流程中，石灰石與煤矸石一起煅燒，本發(fā)明為另建石灰窯制取CaO和Ca(OH)2，通過加入石灰乳制取NaAlO2，這樣工藝過程容易控制，純堿消耗少(因排渣減少，帶走的純堿減少)。
(3)在現(xiàn)行工藝流程中，由NaAlO2生產(chǎn)Al(OH)3采用改變工藝條件使Al(OH)3析出的辦法，本發(fā)明采用碳化反應，用石灰窯附產(chǎn)的CO2與NaAlO2反應生成Al(OH)3沉淀。CO2濃度可達25％以上，這樣反應速度快，粉煤灰中Al2O3收率高，純堿可回收80％以上。
(三)電解鋁將矸石發(fā)電產(chǎn)生的電能和氧化鋁制造產(chǎn)生的Al2O3送至電解鋁廠生產(chǎn)金屬鋁。
用本法生產(chǎn)的Al2O3經(jīng)過深加工還可以制造價值更高的特種氧化鋁、結(jié)晶氯化鋁和聚合氯化鋁等產(chǎn)品。
本發(fā)明的主要技術效果按照本工藝進行煤矸石綜合利用，技術效果、經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著，分述如下1、煤矸石中一般含有15％的可燃物，按現(xiàn)行工藝煅燒時不僅這部分熱能不能利用，還得再加入部分燃料，能源消耗很大。采用本生產(chǎn)工藝煤矸石中的熱能可轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)熱能綜合利用(煤矸石成份見附表1)；矸石中的SiO2以渣取出，可以作為水泥原料，達到真正的煤矸石綜合利用。
2、用本工藝組織生產(chǎn)可實現(xiàn)較高的經(jīng)濟效益。經(jīng)測算，每噸鋁比現(xiàn)行工藝成本降低50O0余元，建一個10萬噸鋁廠，年增加經(jīng)濟效益可達5億元。用矸石電站取代原工藝中的許多笨重設備，可大大減少固定資產(chǎn)投資(約60％)，對于制造Al2O3來講，原料粉煤灰可以不計成本，使Al2O3的生產(chǎn)成本下降40--50％。
3、用本工藝組織生產(chǎn)可極大地減少環(huán)境污染?，F(xiàn)在很多煤礦矸石堆積成山，長年自燃，粉塵和放出的SO2、CO等有害氣體嚴重污染了環(huán)境。用本工藝建一個10萬噸的鋁廠每年可吃掉70余萬噸的煤矸石。并將電廠排放的粉煤灰變廢為寶。
4、由于金屬鋁及其合金具有特殊的物理化學性質(zhì)，在國民經(jīng)濟各部門得到了廣泛的應用，供不應求。但是，按現(xiàn)有工藝提煉鋁的原料--含鋁富礦越來越少，遠不能適應國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。本發(fā)明工藝的開發(fā)成功，必將極大地擴大制鋁工業(yè)的原料來源，為生產(chǎn)Al2O3和金屬鋁提供了豐富的原料資源，極大地促進制鋁工業(yè)的發(fā)展。附表1烏海地區(qū)各種物料組成成份

權利要求
1.一種綜合利用煤矸石生產(chǎn)氧化鋁和電解鋁的方法，其特征在于技術方案是把現(xiàn)有的煤矸石發(fā)電工藝、電解鋁工藝以及改進了的粉煤灰制成Al2O3工藝結(jié)合起來，矸石電廠生產(chǎn)的電作為電解鋁和其它動力用電的能源，所產(chǎn)生的粉煤灰作為生產(chǎn)Al2O3的原料，Al2O3又是電解鋁的原料，這樣進入本系統(tǒng)的主要原料是煤矸石，經(jīng)過各種工藝過程，從本系統(tǒng)出來的主要產(chǎn)品是氫氧化鋁、氧化鋁和電解鋁。
2.如權利要求1所述的綜合利用煤矸石生產(chǎn)氧化鋁和電解鋁的方法，其特征在于氧化鋁生產(chǎn)設備由浸取罐、板框壓濾機、碳化塔、煅燒爐及石灰窯組成；主要工藝流程為浸取罐浸取反應，板框過濾機過濾，去除SiO2，碳化塔反應，去除NaCO3，Al(OH)3煅燒等。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種綜合利用煤矸石生產(chǎn)氧化鋁和電解鋁的方法，其技術方案是把現(xiàn)有的煤矸石發(fā)電工藝、電解鋁工藝以及改進了的粉煤灰制成Al
文檔編號C25C3/06GK1443712SQ0210720
公開日2003年9月24日 申請日期2002年3月7日 優(yōu)先權日2002年3月7日
發(fā)明者康仁 申請人:康仁