一种粉煤灰生产氧化铝且辅料循环利用的方法与流程

1.本发明涉及粉煤灰资源化利用技术领域，特别是指一种粉煤灰生产氧化铝且辅料循环利用的方法。


背景技术：

2.目前，我国的火力发电及北方取暖厂还是会使用煤炭，产生大量的粉煤灰。粉煤灰广泛应用于建工、建材、冶金、化工、环保、回填、高性能陶瓷材料等工业领域，同时还可应用于改良土壤、造田等农业领域。粉煤灰中含有大量的氧化铝、二氧化硅、铁以及镓、锗等稀有金属，而我国的铝资源非常缺乏，所以粉煤灰的资源化利用具有重要的研究意义及广阔的市场前景。
3.从粉煤灰中提取氧化铝的方法可以分为酸法和碱法。碱法回收工艺成熟，但工艺流程长，回收成本高。酸法目前有盐酸法与硫酸法，粉煤灰中铁含量较高，现有的酸法回收工艺，酸直接浸出粉煤灰，粉煤灰中的铁几乎全部进入浸出液中，酸耗高，浸出成本高，浸出液中铁杂质含量高，除杂成本高。此外，盐酸浸出工艺过程中，氯化氢酸性气体易挥发、设备腐蚀严重，特别是加压浸出设备需要特殊材质，投资成本高；而采用硫酸法浸出，则具有浸出温度高，压力大，浸出设备的安全性要求较高等缺点。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种，其对设备要求不高，粉煤灰中钙镁铝硅均能产品化利用，达到原料利用率高，尤其是铝回收率高且纯度高，且钙镁能资源化利用，渣量小；且本发明所用氨水与硝酸能够循环利用，实现原辅料可循环性。
5.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
6.一种粉煤灰生产氧化铝且辅料循环利用的方法，包括以下步骤：
7.s1、将粉煤灰加水后磨细，得到矿浆，将所述矿浆以浮选的方式选出碳，得到粉煤灰尾矿浆；
8.s2、向所述粉煤灰尾矿浆加水浆化，再加入硝酸混合后进行加压浸出反应，经过滤得到滤液和二氧化硅渣；所述粉煤灰尾矿浆和水的质量比为2-5:1；所述硝酸的质量百分浓度为20-60％，硝酸的加入量为所述粉煤灰尾矿浆中铝的耗酸量理论值的1.0-1.8倍；所述加压浸出反应的条件包括：反应温度为120-190℃，反应压强为0.2-2.5mpa，反应时间为1-3h，搅拌速率为50-500rpm；
9.s3、向所述滤液中加入吸附剂进行除铁反应，待充分反应后过滤，得到除铁后的硝酸铝溶液和使用后的吸附剂，将使用后的吸附剂加酸再生并回收铁和镓；
10.s4、将所述硝酸铝溶液加入氨水调节ph为5-8，进行一段沉铝，充分反应后过滤，得到氢氧化铝和滤液；所述一段沉铝的条件包括：温度为40-100℃，时间为0.5-3.5h；
11.s5、将所述氢氧化铝多次洗涤后焙烧，得到氧化铝产品；
12.s6、将步骤s4所述滤液采用碳铵调ph为9-12，进行二段沉钙镁，充分反应后过滤，
得到钙镁渣和硝酸铵溶液；所述二段沉钙镁的条件包括：温度为40-100℃，时间为0.5-3.5h；
13.s7、将所述硝酸铵溶液采用膜电解，得到硝酸和氨水，分别返回步骤s2和步骤s4回用。
14.其中，优选地，s1中，所述磨细使得粒度在100目以下，所述水的用量使得矿浆的质量百分浓度为15-45％。
15.其中，优选地，所述水的用量使得矿浆的质量百分浓度为15-20％。
16.其中，优选地，s2中，所述粉煤灰尾矿浆和水的质量比为3-4:1；所述硝酸的质量百分浓度为20-30％，硝酸的加入量为所述粉煤灰尾矿浆中铝的耗酸量理论值的1.0-1.2倍。
17.其中，优选地，s2中，所述加压浸出反应的条件包括：反应温度为150-190℃，反应压强为0.3-0.8mpa，反应时间为1-3h，搅拌速率为400-500rpm。
18.其中，优选地，s3中，所述吸附剂为pxs，其为市售品，在此不再赘述。
19.其中，优选地，所述除铁反应的条件包括：温度为50-75℃，时间为1-3h。
20.其中，优选地，所述一段沉铝的条件包括：温度为60-80℃，时间为1-2h。
21.其中，优选地，所述二段沉钙镁的条件包括：温度为60-70℃，时间为1-2.5h。
22.其中，优选地，所述方法还包括：s1中所述浮选选出的碳作为燃料用于产生蒸汽，用于项目加热用。
23.其中，优选地，s7中，所述膜电解使得得到的硝酸质量浓度为10-30％，氨水质量浓度为5-15％。
24.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
25.上述方案中，各个步骤相互协同配合，尤其是在各自适宜条件下能够将杂质按照特定顺序一一高效浸出，从而利于最大程度的回收铝，从而达到原料利用率高，尤其是铝回收率高且纯度高，钙镁资源化利用，渣量小；且本发明所用氨水与硝酸能够循环利用，实现原辅料可循环性。本发明方法具有酸耗低，浸出液杂质含量低，除杂成本低，酸碱双介质均再生循环回用，对设备要求低，工艺简单等优点。
附图说明
26.图1为本发明的一种具体工艺流程图。
具体实施方式
27.本发明中，除另有说明外，百分比含量均以质量计。
28.本发明提供一种粉煤灰生产氧化铝且辅料循环利用的方法，包括以下步骤：
29.s1、将粉煤灰加水后磨细，得到矿浆，将所述矿浆以浮选的方式选出碳，得到粉煤灰尾矿浆；
30.s2、向所述粉煤灰尾矿浆加水浆化，再加入硝酸混合后进行加压浸出反应，经过滤得到滤液和二氧化硅渣；
31.所述粉煤灰尾矿浆和水的质量比为2-5:1；所述硝酸的质量百分浓度为20-60％，硝酸的加入量为所述粉煤灰尾矿浆中铝的耗酸量理论值的1.0-1.8倍；所述加压浸出反应的条件包括：反应温度为120-190℃，反应压强为0.2-2.5mpa，反应时间为1-3h，搅拌速率为
50-500rpm；
32.s3、向所述滤液中加入吸附剂进行除铁反应，待充分反应后过滤，得到除铁后的硝酸铝溶液和使用后的吸附剂，将使用后的吸附剂加酸再生并回收铁和镓；
33.s4、将所述硝酸铝溶液加入氨水调节ph为5-8，进行一段沉铝，充分反应后过滤，得到氢氧化铝和滤液；所述一段沉铝的条件包括：温度为40-100℃，时间为0.5-3.5h；
34.s5、将所述氢氧化铝多次洗涤后焙烧，得到氧化铝产品；优选地，所述焙烧的条件包括：温度为950-1050℃，时间为1-3h。
35.s6、将步骤s4所述滤液采用碳铵调ph为9-12，进行二段沉钙镁，充分反应后过滤，得到钙镁渣和硝酸铵溶液；所述二段沉钙镁的条件包括：温度为40-100℃，时间为0.5-3.5h；
36.s7、将所述硝酸铵溶液采用膜电解，得到硝酸和氨水，分别返回步骤s2和步骤s4回用。
37.本发明的上述方法，既能充分提高铝回收率，又能将辅料进行循环利用，酸耗低，浸出液杂质含量低，除杂成本低，酸碱双介质均再生循环回用，对设备要求低，工艺简单等优点。
38.其中，优选地，s1中，所述磨细使得粒度在100目以下，所述水的用量使得矿浆的质量百分浓度为15-45％。
39.更优选地，所述水的用量使得矿浆的质量百分浓度为15-20％。该优选方案，更利于后续最大程度的浮选出碳。
40.其中，优选地，s2中，所述粉煤灰尾矿浆和水的质量比为3-4:1；所述硝酸的质量百分浓度为20-30％，硝酸的加入量为所述粉煤灰尾矿浆中铝的耗酸量理论值的1.0-1.2倍。该优选方案，更利于最大程度的浸出硅，得到含铝的滤液。
41.其中，优选地，s2中，所述加压浸出反应的条件包括：反应温度为150-190℃，反应压强为0.3-0.8mpa，反应时间为1-3h，搅拌速率为400-500rpm。该优选方案，更利于最大程度的浸出硅，得到含铝的滤液。
42.其中，优选地，s3中，所述吸附剂为pxs。
43.其中，优选地，所述除铁反应的条件包括：温度为50-75℃，时间为1-3h。该优选方案，更利于最大程度的吸附出铁。
44.其中，优选地，所述一段沉铝的条件包括：温度为60-80℃，时间为1-2h。该优选方案，更利于最大程度的沉淀出铝。
45.其中，优选地，所述二段沉钙镁的条件包括：温度为60-70℃，时间为1-2.5h。该优选方案，更利于最大程度的沉淀出钙镁。
46.其中，优选地，所述方法还包括：s1中所述浮选选出的碳作为燃料用于产生蒸汽，用于项目加热用。
47.其中，优选地，s7中，所述膜电解使得得到的硝酸质量浓度为10-30％，氨水质量浓度为5-15％。
48.本领域技术人员可以通过控制所述膜电解的条件包括：硝酸铵浓度、电解槽温度、电流强度，来调节所需得到的硝酸和氨水浓度。
49.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具
体实施例进行详细描述。
50.实施例1
51.一种粉煤灰生产氧化铝且辅料循环利用的方法，如图1所示，包括：
52.(1)将粉煤灰加水后磨细至100目以下，得到矿浆，矿浆的质量百分浓度为15％，矿浆浮选出碳，得到粉煤灰尾矿浆，所述粉煤灰尾矿的化学元素组成质量分数包括：fe为1.85％；al为19.19％；si为27％；ca为4.55％；mg为0.56％；ga为160g/t。
53.(2)将所述粉煤灰尾矿浆加水浆化，再进行硝酸加压浸出反应，过滤得硝酸铝溶液和二氧化硅渣。所述硝酸加压浸出条件包括：所述粉煤灰尾矿浆与水的质量比为4:1，硝酸的质量百分浓度为20％，硝酸的加入量为所述粉煤灰尾矿浆中铝的耗酸量理论值的1.1倍，浸出温度为150℃，搅拌速率为500rpm，浸出时间为1h，加压至压强为0.3mpa。二氧化硅回收率为61％，二氧化硅渣(副产品)化学元素组成质量分数包括：fe为0.94％；al为4.12％；si为29.92％；ca为0.30％；mg为0.13％。
54.(3)向上述滤液中加入吸附剂pxs，在60℃条件下反应1h，过滤，得到除铁后的硝酸铝溶液；
55.(4)将所述硝酸铝溶液加入氨水一段沉铝，充分反应后过滤，得到氢氧化铝和滤液。一段沉铝调节包括：控制终点ph值为5.0，沉淀反应的温度为60℃，反应时间为1h。将氢氧化铝多次洗涤后在1000℃焙烧2h，得到氧化铝，氧化铝的化学元素组成质量分数包括：fe为0.087％；al为52.35％；si为0.01％；na为0.05％。铝回收率为92％。
56.(5)将所述滤液采用碳铵(碳酸氢铵)调ph二段沉钙镁，充分反应后过滤，得到钙镁渣和硝酸铵溶液。二段沉铝调节包括：控制终点ph值为10.0，沉淀反应的温度为60℃，反应时间为1h。
57.(6)将所述硝酸铵溶液采用膜电解，控制硝酸铵浓度、电解槽温度、电流强度，得到浓度为15％的硝酸和10％的氨水。
58.实施例2
59.一种粉煤灰生产氧化铝且辅料循环利用的方法，包括：
60.(1)将粉煤灰加水后磨细至100目以下，得到矿浆，矿浆的质量百分浓度为20％，矿浆浮选出碳，得到粉煤灰尾矿浆，所述粉煤灰尾矿的化学元素组成质量分数包括：fe为1.93％；al为19.37％；si为28.1％；ca为5.78％；mg为0.54％；ga为160g/t。
61.(2)将所述粉煤灰尾矿浆加水浆化，再进行硝酸加压浸出反应，过滤得硝酸铝溶液和二氧化硅渣。所述硝酸加压浸出条件包括：所述粉煤灰尾矿浆与水的质量比为3:1，硝酸的质量百分浓度为30％，硝酸的加入量为所述粉煤灰尾矿铝的耗酸量理论值的1.2倍，浸出温度为170℃，搅拌速率为500rpm，浸出时间为2h，加压至压强为0.5mpa。二氧化硅回收率为55％，二氧化硅副产品化学元素组成质量分数包括：fe为0.52％；al为3.64％；si为30.87％；ca为0.21％；mg为0.11％。
62.(3)向上述滤液中加入吸附剂pxs，在70℃条件下反应1h，过滤，得到除铁后的硝酸铝溶液；
63.(4)将所述硝酸铝溶液加入氨水一段沉铝，充分反应后过滤，得到氢氧化铝和滤液。一段沉铝调节包括：控制终点ph值为6.0，沉淀反应的温度为80℃，反应时间为2h。将氢氧化铝多次洗涤后在1000℃焙烧2h，得到氧化铝，氧化铝的化学元素组成质量分数包括：fe
为0.027％；al为52.16％；si为0.01％；na为0.04％。铝回收率为93％。
64.(5)将所述滤液采用碳铵调ph二段沉钙镁，充分反应后过滤，得到钙镁渣和硝酸铵溶液。二段沉铝调节包括：控制终点ph值为11.0，沉淀反应的温度为65℃，反应时间为1h。
65.(6)将所述硝酸铵溶液采用膜电解，控制硝酸铵浓度、电解槽温度、电流强度，得到浓度为15％的硝酸和10％的氨水。
66.实施例3
67.一种粉煤灰生产氧化铝且辅料循环利用的方法，包括：
68.(1)将粉煤灰加水后磨细至100目以下，得到矿浆，矿浆的质量百分浓度为15％，矿浆浮选出碳，得到粉煤灰尾矿浆，所述粉煤灰尾矿的化学元素组成质量分数包括：fe为1.85％；al为19.19％；si为27％；ca为4.55％；mg为0.56％；ga为160g/t。
69.(2)将所述粉煤灰尾矿浆加水浆化，再进行硝酸加压浸出反应，过滤得硝酸铝溶液和二氧化硅渣。所述硝酸加压浸出条件包括：所述粉煤灰尾矿浆与水的质量比为4:1，硝酸的质量百分浓度为30％，硝酸的加入量为所述粉煤灰尾矿中铝的耗酸量理论值的1.0倍，浸出温度为190℃，搅拌速率为500rpm，浸出时间为3h，加压至压强为0.8mpa。二氧化硅回收率为51％，二氧化硅副产品化学元素组成质量分数包括：fe为0.24％；al为2.07％；si为32.56％；ca为0.15％；mg为0.08％。
70.(3)向上述滤液中加入吸附剂a，在70℃条件下反应2h，过滤，得到除铁后的硝酸铝溶液；
71.(4)将所述硝酸铝溶液加入氨水一段沉铝，充分反应后过滤，得到氢氧化铝和滤液。一段沉铝调节包括：控制终点ph值为7.0，沉淀反应的温度为75℃，反应时间为2h。将氢氧化铝多次洗涤后在1000℃焙烧2h，得到氧化铝，氧化铝的化学元素组成质量分数包括：fe为0.012％；al为52.87％；si为0.01％；na为0.03％。铝回收率为93.8％。
72.(5)将所述滤液采用碳铵调ph二段沉钙镁，充分反应后过滤，得到钙镁渣和硝酸铵溶液。二段沉铝调节包括：控制终点ph值为11.0，沉淀反应的温度为75℃，反应时间为1h。
73.(6)将所述硝酸铵溶液采用膜电解，控制硝酸铵浓度、电解槽温度、电流强度，得到浓度为20％的硝酸和12％的氨水。
74.实施例4
75.按照实施例3的方法进行，不同的是，一段沉铝温度为100℃。
76.本实施例的铝回收率为85％，氧化铝中al为48％。
77.实施例5
78.按照实施例3的方法进行，不同的是，一段沉铝时间为3.2h。
79.本实施例的铝回收率为86％，氧化铝中al为49％。
80.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。