[发明专利]一种粉煤灰的处理方法

说明书

技术领域

本发明属于粉煤灰高值化利用领域，特别涉及一种从粉煤灰中提取铝、硅、铁等有用元素的酸碱联合法。 

背景技术

近年来，我国的煤电工业迅速发展的同时带来了固体废弃物粉煤灰排放量的急剧增加，到2007年，我国粉煤灰的年排放量已超过2亿吨，且仍在逐年增加，累计堆存量超过25亿吨。大量排放的粉煤灰既占用大量土地，又对土壤，水资源和空气造成严重污染。因此，粉煤灰的综合利用已成为当务之急。 

目前，粉煤灰已在建工，建筑等多个领域得到应用，尽管用量较大，但其消化量远远赶不上排放量的增长，且属于低附加值，低技术含量的粗放式利用。另一方面，粉煤灰中含有丰富的铝、硅、铁等有用元素，其中二氧化硅含量40～60%，氧化铝含量17～35%，氧化铁含量2～15%，从粉煤灰中把这些有用物质提取出来，成为粉煤灰高值化利用的热点。而当前粉煤灰高值化利用主要集中在氧化铝的提取方面。 

国内外处理粉煤灰大致可分为碱法和酸法。上世纪六十年代，波兰就利用碱石灰烧结法从粉煤灰中提取氧化铝，建成了年产5000吨氧化铝及35万吨水泥的实验工厂。我国安徽省冶金研究所和安徽水泥研究院在八十年代联合申报了由石灰石烧结，碳酸钠溶出从粉煤灰中提取氧化铝，残渣用于生产水泥的成果，并通过了专家鉴定。虽然碱法处理粉煤灰报道很多，但目前未见工业化的报道。其原因是碱法工艺冗长，设备投资大，能耗高，成本高，而且产生的残渣量是粉煤灰的数倍，残渣制成的大量水泥就地销售困难，综合效益差，因而阻碍了碱法在粉煤灰综合利用方面的应用。 

与碱法相比，酸法处理粉煤灰有明显的优势。酸法在有效提取氧化铝的同时，可以得到硅产品，进一步处理后可制成白炭黑而出售。酸法工艺设备投资小，能耗低，成本亦低，残渣量小，但是使用的反应设备制造有一定困难。再者，粉煤灰是经过高温燃烧后形成的细小微粒，其中玻璃相与刚玉占到了80%以上，严重影响了粉煤灰与酸反应的活性。因此，需要改善粉煤灰与酸的反应活性以提高氧化铝等的溶出率。文献报道的较多的是在酸浸取反应中添加助溶剂（如NH₄F和CaF），但溶出率仍比较低，只有35～45%，资源利用率低，而且添加了对环境有污染的氟元素，引起了二次污染。总之，当前粉煤灰的高值化利用只注重其中铝的提取，而忽视了其中硅，铁等元素的提取，很难以产生经济效益。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种粉煤灰的处理方法，从粉煤灰中提取铝、硅、铁等有用元素，以实现粉煤灰综合高值化利用。 

本发明采用的技术方案是：一种粉煤灰的处理方法，包括以下步骤： 

（1）将粉煤灰研磨至200～400目，将研磨后的粉煤灰添加碳酸钠在500～1000℃焙烧0.5～3小时，粉煤灰与碳酸钠按重量百分比粉煤灰：碳酸钠=1:1～3进行配料，将烧结产物用水在60～100℃下浸取1～5小时后过滤，其中烧结产物与水的重量百分比为1:50～150，浸取液用二氧化碳碳分并过滤后得到硅胶与氢氧化铝混合物，滤液为碳酸钠溶液，碳分时间为1～5小时，碳分温度80～95℃，碳分后溶液中二氧化硅的浓度小于1g/L；

（2）将步骤（1）得到的硅胶与氢氧化铝混合物用盐酸进行中和，盐酸的浓度为25～36%，每吨硅胶和氢氧化铝混合物配用4～6吨盐酸，温度为50～100℃，时间0.5～2小时，过滤后得到硅胶，经洗涤、分离后，在100～110℃下干燥6～10小时，再在400～500℃下煅烧2～3小时后得到白炭黑；

（3）将步骤（2）得到的氯化铝溶液进行蒸发浓缩，结晶得到六水氯化铝晶体，并热解该晶体获得初氧化铝，氯化铝晶体的热解温度在300℃以上；

（4）将含有三氧化二铁的初氧化铝用拜耳法进行处理，得到冶金级氧化铝和高铁渣。

所述的步骤（1）中碳酸钠溶液经蒸发、浓缩后返回到流程中循环利用，浸取用水为普通自来水。

所述的步骤（3）中所得氯化氢气体用水吸收后回收盐酸，返回步骤（2）循环利用。 

所述的步骤（4）中采用拜耳法处理初氧化铝为生产氧化铝的全拜耳法流程，包括原矿浆调配、低温溶出、赤泥分离洗涤、铝酸钠溶液分解、氢氧化铝分离洗涤和氢氧化铝焙烧工序。 

所述的步骤（4）中高硅渣可作为炼铁原料。 

本发明通过对粉煤灰进行研磨，并将其与碳酸钠按一定比列进行混合，在一定温度下进行焙烧，其目的是提高粉煤灰中铝，硅的活性，降低焙烧温度。焙烧过程中所发生的主要化学反应如下：