[发明专利]一种由煤矸石制备连续氧化铝纤维的方法

说明书

本发明涉及氧化铝纤维的制备领域，具体是一种由煤矸石制备连续氧化铝纤维的方法。括对煤矸石进行粉碎，之后焙烧活化，盐酸浸取，除铁，接下来氯化铝结晶制备可纺性溶胶，最后静电纺丝制备连续氧化铝纤维。该制备方法操作简便，成本低廉，过程易于控制，氧化铝提取率高，产品质量稳定，实现了煤矸石与赤泥的协同利用，所制得连续氧化铝纤维有较好的耐热稳定性、耐化学腐蚀性、良好浸润性，可以用做钢铁工业各种热处理炉，节能效果显著。此外，它可用做化学工业中的催化剂载体。核反应堆及航天飞机的隔热材料，轻合金的增强材料等。

技术领域

本发明涉及氧化铝纤维的制备领域，具体是一种由煤矸石制备连续氧化铝纤维的方法。

背景技术

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。其主要成分是Al₂O₃、SiO₂，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。煤矸石弃置不用，占用大片土地。中国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。煤矸石的综合利用，已经成为全球关注的一个问题。煤矸石是我国产生量最大的工业固体废弃物之一，大量堆存带来了严重的环境污染。煤矸石具有双重属性，它不仅是一种固体废物，同时也是一种重要的资源。过去，煤矿以生产煤炭为唯一任务，煤矸石被当作固体废物堆积起来。而今各地的经验表明，煤矸石具有广泛的应用价值。其利用方式主要以建工、建材为主，方式单一，利用水平低，提取氧化铝作为其高值化利用的重要方式之一，对提高其利用率和利用水平有重要的意义。酸溶法提取氧化铝是常用的方法，但由于煤矸石和粉煤灰化学组成稳定，碳酸钠烧结活化可达到高的氧化铝提取率，而且可同步将其中的SiO₂转化为高值化硅产品，实现铝、硅的同步高值利用，但由于碳酸钠耗量大、成本高，限制了其工业化应用。

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生 1.0~2.0吨赤泥。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。全世界每年产生的赤泥约7000万吨，我国每年产生的赤泥为3000万吨以上。大量的赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响，所以最大限度的减少赤泥的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。

近几年我国铝工业迅猛发展，产量持续增长，已占全球的10%，成为世界第一大原铝生产国，然而我国铝土资源只占世界铝土矿储量的2.3%，按此发展速度，我国铝土资源将很快面临枯竭。因此开发铝土矿接替资源在我国也是迫在眉睫。我国的煤矸石主要以高龄岩系为主，煅烧后Al₂O₃含量可达40%，是十分宝贵的铝资源。

利用煤矸石为原料，提取分离其中铝质组份制备氧化铝的工艺主要是利用酸碱与高温处理的煤矸石反应制备相应铝盐，然后经提纯、干燥、高温分解等步骤制得氧化铝。相关的发明专利和发明申请为：华东理工大学发明的一种由煤系高岭石或煤矸石制备氧化铝的方法（专利申请号为CN101234774A），利用煤系高岭石或煤矸石中内热源（炭）对其中高岭石煅烧性能的特殊影响，通过粉碎、低温煅烧、盐酸浸取、过滤、提纯、分布热解制得氧化铝；专利CN104445312A公布了一种粉煤灰与煤矸石协同处理提取氧化铝的方法；专利CN101450811A公布了一种由煤矸石提取氧化铝的方法；山西大学发明一种用煤矸石生产氧化铝的方法（专利号ZL200510048215.1）；任忠胜发明的一种利用高岭土、煤系高龄岩（土）作为原料生产超纯氧化铝的工艺（专利申请号00113876.6）；王海舟发明的酸析法氧化铝改进工艺（专利申请号92109451.5）。