[发明专利]基于硫酸铵活化工艺从粉煤灰中提取氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于硫酸铵活化工艺从粉煤灰中提取氧化铝的方法。

背景技术

火力发电在我国的发电结构中占有主导地位，而燃煤火力发电在火力发电中占有绝对的比例，粉煤灰是燃煤电厂排弃的固体废弃物。

近年来，随着电力工业的发展，粉煤灰的排放量急剧增长，据中国煤炭工业协会2009年1月的报告，2008年我国的产煤总量为27.16亿吨，其中大部分用于发电，我国粉煤灰的年排放量已超过2亿吨，累计堆存量超过25亿吨，占用了大量耕地、大范围地污染了环境。因此，开展粉煤灰的综合利用研究，实现其资源化，不仅是关系到我国电力工业及相关工业可持续发展所面临的亟待解决的重大问题，而且对保护土地资源、减少和消除环境污染，实现循环经济具有重要意义。

粉煤灰中含有的主要成份有：Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、FeO、TiO₂、CaO、K₂O、MgO等，其中氧化铝的含量一般可达到20％～40％，最高可达50％以上，可代替铝土矿成为一种很好的氧化铝资源。由于粉煤灰是在炉膛中高温燃烧的产物，所以大部份粉煤灰是以玻璃体形式存在，其结构聚合度大，化学性质十分稳定。

目前国内外由粉煤灰制备氧化铝的方法，主要为酸浸法、碱熔法。

酸浸法(硫酸直接浸取法、氟銨助溶法、盐酸浸取法等)系以酸为浸剂从粉煤灰中提取氧化铝，其缺点是粉煤灰中含有的其它金属也会随铝一起进入浸取液，影响氧化铝产品的纯度，需设法提纯，且对设备腐蚀严重，污染大。

烧结碱熔法(石灰石烧结自粉化法、碱石灰烧结法、碳酸钠焙烧法等)系利用碱从粉煤灰中提取氧化铝，由于硅随铝一起溶解于碱溶液，需想法脱硅。

酸浸法或烧结碱熔法提取氧化铝的过程中，为了去除溶液中的杂质，基本上均采用了氧化铝行业的拜尔法除杂，致使整个工艺链较长，设备投资大，能耗高；同时，无论是粉煤灰与活化料的混合高温加热还是铝盐锻烧生成氧化铝均需进行焙烧，在焙烧过程中耗能高，并且极容易发生物料熔融粘壁、结块或结圈等现象。因此，由于上述成本高及工艺操作困难等原因，使得粉煤灰提取氧化铝长期以来一直无法真正实现工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提出基于硫酸铵活化工艺从粉煤灰中提取氧化铝的方法，采用粉煤灰与硫酸铵焙烧、联合除杂以及两段式流态化焙烧系统，解决了背景技术中设备的高腐蚀问题，并缩短了主流程的工艺链，其焙烧系统采用两段循环流态化焙烧、密相输送等方法使焙烧过程能耗低、经济、成本低，并解决了物料熔融粘壁、结块或结圈的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

基于硫酸铵活化工艺从粉煤灰中提取氧化铝的方法，其特征在于：

(1)粉煤灰与硫酸铵((NH₄)₂SO₄)混合造粒

在粉煤灰中加入(NH₄)₂SO₄，粉煤灰与(NH₄)₂SO₄的混合摩尔比为1∶5～10；均匀混合，并完成造粒，颗粒的粒径为0.5～10mm。

(2)对上述颗粒进行两段式流态化焙烧系统焙烧，本发明中低温干燥系统与高温焙烧氧化铝系统组合具有如下创新点：

将含水率为6％～20％的物料颗粒(0.5～10mm)通过料仓及专用物料给料装置，送入低温流态化焙烧系统，进行低温焙烧以脱除颗粒表面的全部水分。

出低温焙烧流化床的粉料依靠重力作用进入第一物料贮罐，随后物料经过第一物料贮罐下部的气相输送装置被连续从下部排料管进入高温流态化焙烧系统。粉料在高温流态化焙烧系统进一步焙烧后成为合格熟料。

(3)在焙烧后产生的熟料中加入2～30％的稀硫酸进行物料的溶出、过滤，滤液为NH₄Al(SO₄)₂粗液，滤渣为硅渣，主要成分为二氧化硅，加酸的目的是除去溶液中的二氧化硅(因二氧化硅不溶于酸)。

(4)对NH₄Al(SO₄)₂粗液采用联合法除杂，经除杂质后，得到NH₄Al(SO₄)₂精液。