[发明专利]一种生产氧化铝的反应装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产氧化铝的反应装置及方法，具体为一种从粉煤灰中提取氧化铝的装置及其方法。

背景技术

1996年，全国粉煤灰排放量就超过了1亿吨，2000年时即达到1.2亿吨，2005年为3亿吨。根据中国资源综合利用协会粉煤灰专业委员会2009年预测，2015年我国粉煤灰排放量将达5.4亿吨。在我国，粉煤灰主要用于建筑材料，如生产粉煤灰混凝土、粉煤灰水泥、粉煤灰砖、墙体材料及建筑回填等，还可以用在农业上，如改良土壤，制作肥料，造地还田。

粉煤灰来源于煤中的无机组分，其化学成分以二氧化硅和三氧化二铝为主，氧化硅含量在48%左右，氧化铝含量在27%左右，其他成分为三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫及未燃尽的有机质（烧失量）。随着技术的开发，人们逐渐将粉煤灰中的铝或硅提取出来，其余部分仍可以继续应用，提高了粉煤灰的附加值。波兰Grzymek以高铝粉煤灰为原料提取氧化铝，并利用残渣联产水泥。随后，欧美国家先后提出了酸溶沉淀法、盐—苏打烧结法、煅烧—稀酸过滤法等。我国从80年代开始对此法进行研究，合肥水泥研究院开发出石灰石烧结碱熔法从粉煤灰中提取氧化铝的技术，并利用残渣联产水泥。90年代，宁夏建材院开发了碱石灰烧结法从粉煤灰中提取氧化铝的技术。专利ZL200610012780.7提出了采用硫酸铵溶解生产氧化铝并联产白炭黑的方法，将粉煤灰活化后加入硫酸铵和水，反应后过滤，采用氨气沉淀，氢氧化钠溶解即得到氢氧化铝，沉淀经碱洗、酸洗、熟化即得白炭黑成品。专利ZL200710118679.4给出了硫酸铵法从粉煤灰中提出氧化铝的方法，将硫酸铵与粉煤灰按比例烧结，经过滤、结晶后，通入氨气后即得氢氧化铝，经煅烧后即得氧化铝产品。申请号为201110208684.0的专利提出了制备超细氧化铝的方法，将硫酸铵与粉煤灰按比例烧结，经水溶、结晶、氨沉淀后，用乙醇对氢氧化铝进行处理后，可以得到不同晶型的氧化铝粉体。申请号为201210060558.X得专利提出了两段流态化焙烧系统，为了解决设备高腐蚀的问题，并未实施工业化。

硫酸铵法的化学原理为：

烧结反应：4(NH₄)₂SO₄(s)+Al₂O₃(s)=2NH₄Al(SO₄)₂(s)+6NH₃(l)+3H₂O(l)

分解反应：NH₄Al(SO₄)₂+3H₂O+3NH₃=Al(OH)₃+2(NH₄)₂SO₄

该方法的优点是（1）硫酸铵为弱酸，克服了酸法（硫酸、盐酸）工艺对设备的强腐蚀；（2）硫酸铵不与硅起反应，省去了脱除硅的工序；（3）提高了氧化铝的提取率。但是现有技术存在的问题是：（1）常用金属中，没有可以既耐高温又耐酸且耐氨的材质，所以现有工业化装置一直采用易碎且贵重的氮化硅材质反应器，操作复杂且易损坏；（2）由于氮化硅材质的反应器极易损坏，故现有技术一直采取间歇操作，未能实现大规模连续化操作；（3）现有工业化生产装置，生产效率低、热利用率低、占地面积大，属于粗放型生产方式。

发明内容

本发明为解决现在技术中的问题，提供一种生产氧化铝的反应装置和方法，本发明解决了规模化生产的问题，具有连续化生产、单套装置能力大、反应稳定、原料利用率或转化率高等特点。装置使用寿命长。

本发明采用以下技术方案予以实现：

一种生产氧化铝的反应装置，它包括硫酸铵预混计量罐、粉煤灰储存计量仓、组合式螺旋反应器、接料罐和集气管，所述硫酸铵预混计量罐和粉煤灰储存计量仓在组合式螺旋反应器的上方，并分别通过两者底部的连接管与组合式螺旋反应器最上面的进口相接；接料罐在组合式螺旋反应器的下方，并通过其顶部的连接管与组合式螺旋反应器的出口相连接；所述的组合式螺旋反应器由3-20个上下安装并首尾相接的螺旋管式反应器构成；所述螺旋管式反应器的横截面的底部为半圆，上部为矩形，其外部包有外夹套，所述螺旋管式反应器的前端轴与驱动电机相连；所述的粉煤灰储存计量仓的底部出料口连接有计重给料器。