本發(fā)明涉及固廢、危廢物無害化資源化處理，具體為一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，尤其指在高鋁煤灰中提取氧化鋁的過程中提高脫硅率并降低能耗的方法。

背景技術：

1、粉煤灰作為火力發(fā)電排放的主要固體廢棄物，其主要成分為al2o3、sio2、fe2o3、tio2、cao、mgo等。對不同產(chǎn)地粉煤灰中的主要礦相進行分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)地不同粉煤灰之間的礦相組成也有較大差異，主要含有兩大類礦相，一類以晶體礦相形式存在；另一類主要是玻璃體形態(tài)，當中可能包含低溫型石英、莫來石、高鐵玻璃體、低鐵玻璃體、玻璃態(tài)sio2、玻璃態(tài)al2o3等。

2、我國開展粉煤灰中提取氧化鋁的研究較早，主要的方法分為酸法和堿法。

3、酸法利用粉煤灰中al2o3溶于酸而sio2不溶的性質，實現(xiàn)硅鋁分離。酸法用于處理分布廣的高硅低鐵的含鋁原料。因為粉煤灰中二氧化硅不與酸反應所以相比堿法硅鋁更容易分離，而且大量使用的酸可循環(huán)利用減少成本，但對設備的耐腐蝕性要求較高，而且粉煤灰中的fe、ca等雜質離子也會隨al一起浸出，對除雜要求很高，很難生產(chǎn)得到冶金級的氧化鋁產(chǎn)品。

4、堿法工藝步驟簡單、技術成熟，提取出的氧化鋁純度也較高，是高鋁粉煤灰生產(chǎn)高品質氧化鋁的首推方法。現(xiàn)有工業(yè)化的工藝為預脫硅-堿石灰燒結法，該方法是指先用naoh溶液堿浸粉煤灰，使灰中的非晶態(tài)二氧化硅與naoh反應生成硅酸鈉，非晶態(tài)sio2占粉煤灰中總sio2含量的50.8％左右，堿溶脫硅能提取其中部分非晶態(tài)sio2，有利于減少提取氧化鋁過程所得硅鈣渣的產(chǎn)生量，提前脫除部分硅。再以石灰石或na2co3作為主要的燒結劑，在高溫下與粉煤灰反應生成易溶解的鋁酸鹽和難溶解的硅酸鹽，硅鋁分離后進行煅燒等方法處理得到氧化鋁或者采用高濃度堿液直接溶出后進行結晶分離。與單純堿石灰燒結法相比，預脫硅使耗堿(na2co3)量減少，脫硅溶液還可進一步處理利用，提高經(jīng)濟效益。

5、預脫硅-堿石灰燒結法的缺點：燒結溫度高導致能耗大，大量使用原料石灰石也導致產(chǎn)生的廢渣較多，無法有效利用，污染環(huán)境?，F(xiàn)行的堿石灰燒結生產(chǎn)氧化鋁的熟料溶出過程中，會發(fā)生na2co3與原硅酸鈣(cao·sio2)的二次反應(生成na2sio3+caco3)，導致溶液中的sio2和氫氧化鋁一起析出進入氧化鋁成品中，使得氧化鋁雜質含量增加。此外，溶液中的sio2含量高會使得蒸發(fā)器管壁結疤，傳導效率降低，影響蒸發(fā)作業(yè)順利進行。對氧化鋁生產(chǎn)而言，脫硅的深度和指標的穩(wěn)定性對氧化鋁質量至關重要。此外，加壓脫硅是高耗能工序，其裝備和工藝流程的改進對氧化鋁汽耗和成本有重大影響(脫硅工序的加工費最高時可占全部成本10％以上)。

6、2008年大唐國際在內(nèi)蒙古運用上述描述的預脫硅-堿石灰燒結法工藝，建設了一條年產(chǎn)20萬t氧化鋁、聯(lián)產(chǎn)16萬t硅鈣渣的示范生產(chǎn)線。2010年打通全流程，2013年實現(xiàn)產(chǎn)能穩(wěn)定，該生產(chǎn)線后期又進行了大量技術改造，生產(chǎn)狀況逐年好轉，工藝技術指標也在不斷優(yōu)化和提高。但該技術由于能耗高、成本高、硅副產(chǎn)品的附加值低等原因，生產(chǎn)線處于停產(chǎn)狀態(tài)。

7、公開號為cn106348323a的中國專利公開了一種利用生料球生產(chǎn)氧化鋁的方法，包括如下步驟：將高鋁粉煤灰與氫氧化鈉溶液反應進行預脫硅，得到粉煤灰濾餅和脫硅液；將脫硅粉煤灰濾餅加入到碳酸鈉溶液中形成混合漿液，然后在攪拌條件下加入石灰石、生石灰、無煙煤等粉料，攪拌和使其固化后，采用造球機進行造球得到生料球，生料球進行窯外烘干后進入回轉窯煅燒成熟料，將熟料與調(diào)整液混合進行溶出，溶出后進行固液分離獲得溶出渣和鋁酸鈉粗液，將獲得的鋁酸鈉粗液進行一二段脫硅，得到鋁酸鈉精液后進行碳分分解，得到氫氧化鋁產(chǎn)品，該方案的脫硅率有待提高，能耗和成本有待降低。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是提供一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，提高預脫硅-堿石灰燒結法的脫硅率，同時降低能耗和生產(chǎn)成本。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：

3、一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，包括s1、將高鋁粉煤灰進行預脫硅，固液分離得到硅酸鈉溶液和脫硅灰，還包括s2、s1中的所述脫硅灰與碳酸鈉、石灰石、粘結劑混合后制粒、燒結，得到熟料；s3、對s2制得的熟料進行逆流浸出，得到浸出液和浸出渣；

4、s2中所述粘結劑為蘭炭或者石油焦；優(yōu)選地，s2中所述粘結劑為蘭炭。

5、在石灰石和碳酸鈉的共同作用下，發(fā)生離子交換反應，形成cao.sio2及易溶于水的naalo2。該反應越充分，脫硅效果越好，氧化鋁的回收率及產(chǎn)品純度越高。傳統(tǒng)方式是將粉料混合成球后焙燒，不利于高溫下離子交換反應的發(fā)生，因此，加入粘結劑進行制?？梢允狗勖夯遗c碳酸鈉、石灰石、粘結劑接觸面積變大，增加固態(tài)下離子反應的程度，使得燒結反應更加充分。此外粘結劑的加入，增加了反應的熱值，降低了燒結反應的能耗。

6、熟料進行逆流浸出，逆流浸出的液固比低，可以減小設備規(guī)格及設備數(shù)量，降低投資成本。

7、經(jīng)過s3后，溶液中大部分的si元素以鈉硅渣的形式沉淀下來，減少了氧化鋁的損失。

8、所述高鋁粉煤灰包括以下重量份的組分：al2o340-50份、sio240-50份、fe2o35-10份、cao2-5份、mgo1-5份。

9、根據(jù)本發(fā)明的實施例，還可以對本發(fā)明作進一步的優(yōu)化，以下為優(yōu)化后形成的技術方案：

10、s2中所述粘結劑為蘭炭或者石油焦；優(yōu)選地，s2中所述粘結劑為蘭炭。

11、和粘結劑無煙煤相比，本發(fā)明采用蘭炭或者石油焦，能提升粘結性能，使熱傳導效率提高，緊密結構減少物料飛散損失，促進燒結反應完全。

12、在其中一個優(yōu)選的實施例中，s1中，所述脫硅灰與所述碳酸鈉、所述石灰石添加質量比為(1-1.1):(1-1.1):(1-1.3)，粘結劑添加的質量為所述脫硅灰質量的1.5％～3％。

13、在其中一個優(yōu)選的實施例中，s2中制粒的粒度為8～10mm。本技術的小粒徑促進燒結反應完全。

14、在其中一個優(yōu)選的實施例中，s2中燒結的溫度為1000～1400℃，燒結時間為30-60min，窯內(nèi)停留時間為120-180min；優(yōu)選地，s2中燒結的溫度為1100～1200℃，燒結時間為30-35min，窯內(nèi)停留時間為120-150min。

15、返回部分煙氣作為二次利用，以進一步降低能耗。

16、在其中一個優(yōu)選的實施例中，s3中逆流浸出液固比為0.6～2，常溫三到五級逆流浸出，浸出時間為48-96h。

17、在其中一個優(yōu)選的實施例中，s3中，逆流浸出后的浸出渣進行一次洗滌，優(yōu)選的洗滌液返回逆流浸出循環(huán)使用。

18、在其中一個優(yōu)選的實施例中，所述的從粉煤灰中提取氧化鋁的方法，還包括s4、對s3中的浸出液深度脫硅，得到二次脫硅精液；

19、s5、所述二次脫硅精液中通入二氧化碳，鋁酸鈉形成氫氧化鋁沉淀、過濾、洗滌得到氫氧化鋁濾餅；

20、s6、所述氫氧化鋁濾餅進行煅燒。

21、再進一步進行加溫加壓的壓煮脫硅，實現(xiàn)深度脫硅。得到脫硅精液，經(jīng)過碳酸化分解，固液分離，煅燒得到冶金級氧化鋁。

22、在其中一個優(yōu)選的實施例中，s2和s3之間還包括燒結固體余熱利用；優(yōu)選地，所述燒結固體余熱利用采用固體余熱鍋爐，將熟料冷卻到100-150℃，利用熟料熱量產(chǎn)出熱水及飽和蒸汽。

23、在燒結后增加固體余熱利用工序，可回收燒結熱量產(chǎn)生蒸汽和熱水，用于其它工段以降低整個工藝的能耗。

24、在其中一個優(yōu)選的實施例中，s1中預脫硅具體為在所述高鋁粉煤灰中加入naoh，naoh的質量分數(shù)為10-20％，反應溫度90-100℃，反應時間1-3h，液固比2-4，脫硅時間1-3h。

25、預脫硅后，可溶硅溶解與氫氧化鈉溶液反應，生成硅酸鈉溶液，硅酸鈉可以進一步進行高值化利用，不可溶的晶相硅留在脫硅灰中，脫硅灰(濕基)與碳酸鈉、石灰石，粘結劑按照一定的比例混合攪拌后，再進行制粒。

26、在其中一個優(yōu)選的實施例中，s4中深度脫硅包括一段脫硅及二段脫硅；所述一段脫硅為在s3中得到的浸出液中添加晶種進行壓煮脫硅，得到鈉硅渣和溶液；所述二段脫硅為在s3中得到的溶液中經(jīng)過精密過濾后加入石灰乳反應；優(yōu)選地，所述石灰乳中氧化鈣含量為8-10g/l，溫度為90-100℃。

27、產(chǎn)生的鈉硅渣取部分研磨可以作為晶種循環(huán)使用。

28、進一步地，s5中洗滌的固液比為1-2：1-2。

29、進一步地，s6中煅燒的溫度為700-900℃，煅燒時間為3-5h。

30、進一步地，s3中，逆流浸出裝置采用地池，無需攪拌。

31、進一步地，s3中，采用撈渣機撈渣瀝水或取料機配合帶式過濾機進行固液分離。

32、本發(fā)明主要原理如下：

33、原料預脫硅、燒結、溶出、脫硅、碳酸化分解、煅燒。

34、預脫硅：濕法，實質為堿浸，na2sio3的模數(shù)為0.86。

35、sio2+2naoh→na2sio3+h2o

36、na2sio3+ca(oh)2→casio3↓+2naoh

37、燒結：火法，1100～1200℃，實質是用cao置換sio2，al2o3與na2co3形成易溶于水的naalo2。

38、3al2o3·2sio2+4cao+3na2co3→2(2cao·sio2)+6naalo2+3co2↑

39、溶出：濕法，稀堿或水溶出熟料實現(xiàn)硅鋁分離。

40、cao·sio2+na2co3→na2sio3+caco3

41、脫硅：濕法，脫硅后得到精制液。

42、一段脫硅，產(chǎn)生鈉硅渣(水合鋁硅酸鈉)，常溫常壓無攪拌時反應很慢，需高溫高壓添加晶種，每沉淀1克sio2損失氧化鋁1～1.2克，生成硅渣3克。

43、2na2sio3+2naal(oh)4→na2o·al2o3·2sio2·nh2o↓+4naoh

44、二段脫硅，添加石灰乳，產(chǎn)生鈣硅渣(水化石榴石)，每沉淀1克sio2損失氧化鋁17～18克，生成硅渣60克。

45、3ca(oh)3+2naal(oh)4→(3cao·al2o3·6h2o)+2naoh

46、×na2sio3+3cao·al2o3·6h2o→3cao·al2o3·×sio2·(6-2×)h2o↓+2×naoh(×＝0.1～0.2)

47、碳化：濕法。

48、2naalo2+co2+3h2o→na2co3+2al(oh)3↓

49、2naoh+co2→na2co3+h2o

50、煅燒：火法，500～800℃。

51、2al(oh)3→al2o3+3h2o

52、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

53、1)本發(fā)明配料時加入了助燃劑，既可以起到粘結作用，有助于制粒成型，也增加了反應熱值，大大減小了燒結天然氣的使用量，極大的降低了能耗。

54、2)本發(fā)明中配料制粒燒結工序，增加了固態(tài)離子反應程度，提升了后續(xù)浸出效果。此外，減輕了燒結過程中爐窯的結爐情況，延長了燒結爐窯的使用壽命。

55、3)本發(fā)明增加了固體余熱回收工藝，自產(chǎn)蒸汽可以用于其它工序，尤其對加壓脫硅工段，極大的降低了天然氣制蒸汽的耗量。

56、4)本發(fā)明采用逆流浸出，固液比小，浸出效果好，可減小脫硅工序設備的規(guī)格，浸出裝置采用地池即可，取代傳統(tǒng)浸出槽，大大降低了設備投資和用電負荷。

57、5)本發(fā)明提高了從粉煤灰中提取氧化鋁方法的二氧化硅的脫除率，提高了氧化鋁的回收率。