[发明专利]一种利用超声波对粉煤灰和/或煤矸石酸洗除钙的方法

说明书

本发明公开了一种利用超声波对粉煤灰和/或煤矸石酸洗除钙的方法，属于冶金技术领域。本发明通过在特定频率的超声波场下，同时控制原料粒度、硝酸浓度、液固比、浸出温度、保温时间等多种因素，有效降低了粉煤灰和/或煤矸中的钙含量，为后续硝酸浸出提取工业级的氧化铝提供了低钙的粉煤灰和/或煤矸，进而简化提取工艺，提高回收率。同时在酸洗除钙过程中，酸洗液补酸后循环使用，钙镁含量不断富集，当钙镁富集到较高浓度时，沉淀除去溶液中的铝后，能够作为制备硝基钙镁肥的原料，提升经济效益；并且整个工艺流程不产生工业废水、废渣，实现了绿色生产。本发明具有能耗小、成本低、设备简单等优点。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种利用超声波对粉煤灰和/或煤矸石酸洗除钙的方法。

背景技术

粉煤灰和煤矸石是火力发电厂产生量最大的工业固体废弃物，大量堆存带来了严重的环境污染。粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种混合材料，在储灰池或灰场存储的过程中，由于雨水的淋滤，有毒有害金属元素会释放出来，从而造成地表水及地下水的污染。同时，粉煤灰的随意堆积占用大量的土地资源。煤矸石是采煤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含炭量较低的黑灰色岩石。煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，同时由于雨水的淋滤导致周围土壤和地下水污染。

我国是优质铝资源缺乏的国家，需要从国外大量进口铝土矿，而粉煤灰和煤矸石中氧化铝含量较高，能够作为氧化铝的生产原料而缓解我国铝资源的不足，因此，开发成本低且利用率高的氧化铝提取方式具有重要的意义。提取氧化铝的方法主要分为酸法和碱法，其中酸法因其提取氧化铝溶出率高、工艺简单、酸可循环利用等优点而被广泛使用。然而，酸法提取氧化铝的浸出液中会混有铁、钙、镁、钠等其他金属离子，后续除杂工序长、成本高。特别是煤粉燃烧时会加入石灰石或石灰作为脱硫吸收剂，导致粉煤灰中钙、镁的含量较高，增加了酸浸液除钙、镁的难度和成本。

近年来，我国很多生产单位对粉煤灰或煤矸石中氧化铝的提取多采用酸浸法，由于浸出液中含有钙、铁、镁等性质极为接近的元素，采用萃取、离子交换、沉淀等方法难以深度脱除，且工艺过程中的除钙工序耗时耗力、复杂繁琐，投资成本高且常常引入新的杂质。

有色金属湿法冶金中有许多脱除钙离子的方法，杨喜云等采用中和沉淀法，以Na₂CO₃作脱杂剂一次性脱除硫酸铜中的杂质，使产品中的Ca²⁺0.0020％，但存在铜损失量大、难以用于高浓度杂质脱除要求和钙镁脱除不彻底等缺陷，同时沉淀剂脱除法往往产生数量巨大的污泥对环境造成二次污染。兰州大学用P₅O₇对硫酸铜液进行钙萃取，在最佳实验条件下将钙含量由原来的272.5mg/L降为189.2mg/L，没有实现钙的深度脱除，同时溶剂萃取法需要考虑萃取剂以及用量，存在着成本过高的问题。吉林镜业公司为生产满足电镀级硫酸铜产品的生产，主要采用重结晶生产方法在硫酸铜结晶过程中实现钙等有害杂质的深度脱除，由于其具有生产能耗高、铜收率低等缺陷，也无法在硫酸铜溶液的深度脱钙工艺中加以利用。

目前，粉煤灰通过酸洗除钙取得一定成效。何涌等采用联合湿法永磁-酸洗法可将粉煤灰中，CaO含量降至l.36wt％，脱钙率为62.01％。肖景波以碳酸氢铵为硫酸钙相转化剂，以硝酸为钙脱除剂，对高钙粉煤灰中钙脱除率为88.22％，但是引入了新的杂质。

因此，开发一种针对粉煤灰或煤矸石高效、低成本的除钙方式具有重要意义。

发明内容

针对现有粉煤灰或煤矸石的除钙工艺存在投资大、设备要求高、能耗高、除杂效果不佳等技术问题，本发明提供了一种利用超声波对粉煤灰和/或煤矸石酸洗除钙的方法，通过在特定频率的超声波场下，同时控制原料粒度、硝酸浓度、液固比、浸出温度、保温时间等多种因素，有效降低了粉煤灰和/或煤矸中的钙含量，为后续硝酸浸出提取工业级的氧化铝提供了低钙的粉煤灰和/或煤矸，进而简化提取工艺，提高回收率；同时本发明具有能耗小、成本低、设备简单等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：