[发明专利]一种利用煤矸石生产氯化铝、氯化硅和氯化铁的方法

说明书

 

技术领域

本发明属于资源回收与利用领域，具体涉及一种利用煤矸石生产氯化铝、氯化硅和氯化铁的方法。

背景技术

煤矸石是煤矿开采、洗选及加工过程中产生的废渣，包括岩石巷道掘进时产生的掘进矸石，采煤过程中从顶板、底板和夹在煤层中的岩石夹层里开采出来的矸石，以及洗煤厂生产过程中排出的矸石，是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一。

我国目前的煤矸石综合利用率很低，煤矸石的大量堆放，侵占了良田，阻塞了河道，而且严重影响了生态环境。此外，煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响居民的身体健康，使周围树木落叶，庄稼减产。煤矸石山受雨水冲刷，常使附近河流的河床淤积，河水受到污染；煤矸石还污染大气和地下水质，危害了工农业生产和人民生活。

因此对煤矸石进行资源化利用，不仅可以减少对环境的污染，节约土地，还可以改善煤矿业的生产结构，取得一定的社会和经济效益。煤矸石的化学组分随成煤地质年代、环境、地壳运动状况和开采加工方式的不同而有较大的波动范围，但不同的煤矸石中SiO₂和Al₂O₃的含量都很高。以往的关于煤矸石中铝资源的利用包括采用煤矸石制备氢氧化铝（专利号为94113062.2的中国专利）、氧化铝（专利号为200810051316.8的中国专利）、氯化铝（专利号为85107358的中国专利）、硫酸铝（专利号为201110209467.3的中国专利）等；而关于煤矸石中硅资源的利用多体现在建筑材料的生产上；煤矸石中铁资源用于生产含铁絮凝剂（专利号为201010131669.6的中国专利）、净水剂（专利号为200910147845.2的中国专利）以及合金（专利号为200910089248.9的中国专利）等，然而，上述关于煤矸石利用的专利大多专注于一到两种元素的利用，致使煤矸石中的碳资源得不到充分的利用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种利用煤矸石生产氯化铝、氯化硅和氯化铁的方法，目的是充分利用煤矸石中的碳资源、铝资源、硅资源和铁资源，为煤矸石的利用拓展新的思路。

实现本发明的目的的技术方案按照以下步骤进行：

（1）选用煤矸石为原料，将理论添加量1.2-1.5倍的碳质还原剂与煤矸石混合配料形成混合物，并将混合物破碎至≤160目；

（2）将破碎后的混合物置于氯化炉中，于800-1000℃条件下向炉中通入氯气，氯气流量为0.1-0.15m³/s；

得到的炉渣直接排出，得到的炉气送入除尘器中除尘处理，并控制除尘器中的温度≥500℃；

（4）将除尘处理后的气体依次于370-420℃、200-250℃和0—4℃进行冷凝，依次得到粗的AlCl₃、FeCl₃和SiCl₄液体，对粗的AlCl₃、FeCl₃和SiCl₄进行蒸馏，得到纯AlCl_3、FeCl₃和SiCl₄产品。

所述的纯AlCl₃产品进行熔盐电解得到铝，阳极生成的Cl₂返回煤矸石的氯化过程；得到的SiCl₄产品用于制备高纯硅。

所述的碳质还原剂是工业用木炭、石油焦、烟煤或蓝炭。

所述的碳质还原剂的理论添加量是根据煤矸石原料中SiO₂ 、Al₂O₃ 、Fe₂O₃ 、MgO 、CaO 、TiO₂ 、K₂O和Na₂O组分加碳氯化反应所需C量，减去煤矸石原料本身的含C量计算得到的。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

本发明的煤矸石进行加碳氯化发生的主要由以下反应（碳氧化合物以CO₂表示）：

SiO₂ + 2Cl₂ + C = SiCl₄ + CO₂                              （1）；