[发明专利]一种利用高铝粉煤灰生产磷酸铝的方法

说明书

本发明公开了一种利用高铝粉煤灰生产磷酸铝的方法，该方法以高铝粉煤灰为原料，通过粉煤灰活化、酸浸取、氨水中和等步骤，制得纯度＞99.0%的磷酸铝；本发明方法是对固体废弃物粉煤灰的高附加值和高效率利用，制备得到的磷酸铝可用作助熔剂、陶瓷或牙齿的黏合剂、防火涂料添加剂等，还能被制成磷酸铝分子筛应用于催化、分离、吸附、电化学等领域；本发明具有生产流程简单可靠、原料成本低廉以及在不对粉煤灰进行除杂处理的情况下生产高纯度磷酸铝等优点。

技术领域

本发明属于高铝粉煤灰资源化利用以及解决粉煤灰对环境的污染、缓解铝土矿资源短缺技术领域，具体涉及一种从高铝粉煤灰中高效生产高纯磷酸铝的方法。

背景技术

长期以来，煤炭支撑着我国经济社会发展。煤炭的高占比利用，使得煤炭燃烧产生的粉煤灰固体废弃物排放量巨大。粉煤灰排放量与利用率的不对等，造成了粉煤灰堆放量急剧增加，不仅占用了宝贵的土地资源，还对环境和人体健康造成了威胁。高铝粉煤灰中Al₂O₃含量高达40～50%，属于开发利用价值很高的非铝土矿型铝资源。提高高铝粉煤灰利用率，不仅对解决粉煤灰带来的环境问题具有重要作用，而且对缓解我国铝资源紧张具有重要意义。

粉煤灰中含有丰富的化学元素，除含有铝、硅、铁、钙、碳等常见元素外，还含有镓、锗、钒等15种稀土贵金属元素。丰富的化学元素含量使得粉煤灰成为“废中之宝”，但也为提取纯净的单一元素带来了困难。高铝粉煤灰虽作为非铝土矿型铝资源，但由于铁、钙等元素化学性质活泼且铝元素属于两性元素，在开发提取铝资源过程中，铝元素很难与铁、钙等元素分开，难于得到纯净的铝资源。目前很多提取单一铝资源的方法步骤繁多复杂，提取条件苛刻，不易操作，难于实现规模化生产。

磷酸铝是一种用途广泛的材料，在建材、耐火材料、化工等方面有着良好的应用前景。采用高铝粉煤灰固体废弃物作为原料生产高纯磷酸铝可以大幅度降低工业生产成本，还能解决粉煤灰堆积带来的环境污染和人体健康问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种成本低廉、工艺简单、能耗低、纯度高的利用高铝粉煤灰生产磷酸铝的方法。

本发明从高铝粉煤灰中高效提取高纯磷酸铝的方法如下:

（1）将高铝粉煤灰与活化剂混合均匀，在700~900℃下保温60~180min后，冷却至室温，研磨成粉，得到粉煤灰活化物；

所述活化剂为碳酸钠，高铝粉煤灰和活化剂的质量比为1:1~2；高铝粉煤灰中的铝资源多以莫来石相存在，莫来石相更加稳定，不易与酸碱反应，故采用高温熔融法将莫来石相转化为化学性质活泼的硅铝酸盐和偏铝酸盐；

（2）将步骤（1）粉煤灰活化物与3~6mol/L磷酸溶液混合后，采用冷凝回流装置在60~100℃、油浴条件下搅拌2~6h，趁热直接进行真空抽滤，收集滤液；

所述粉煤灰活化物与磷酸溶液的固液比g:mL为1:5~20；使用磷酸溶液是因为磷酸铁、磷酸钙等杂质都难溶于水，磷酸与粉煤灰中的氧化铁产生的磷酸铁或磷酸钙会附在氧化铁和氧化钙的表面上阻止进一步反应，是生产高纯磷酸铝的关键步骤；

FePO₄、Ca₃(PO₄)₂等不溶物质不能继续与磷酸反应，通过过滤即可除去。磷酸铝在一定条件下能够与磷酸继续发生反应，生成的Al(H₂PO₄)₃易溶于水，收集滤液，即得到纯净的铝盐溶液。

（3）将氨水缓慢加入到步骤（2）滤液，调节滤液pH为6~10，出现白色沉淀，真空过滤，蒸馏水洗涤至中性，白色滤饼干燥，即得磷酸铝。

真空抽滤须趁热直接进行，不能冷却，冷却到室温过滤，可能造成磷酸铝纯度降低。

所述氨水浓度为3-6mol/L。

本发明与现有技术相比具有以下优点：