[发明专利]一种盐酸处理粉煤灰制备氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业固体废弃物处理利用生产氧化铝的方法，尤其涉及一种盐酸处理粉煤灰制备氧化铝的方法。

背景技术

粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃物。目前，我国粉煤灰年排放量上亿吨，我国粉煤灰的总堆存量有十几亿吨。大量粉煤灰的排放不仅侵占大量土地，而且严重污染环境，构成了对生态和环境的双重破坏。因此开展粉煤灰的综合利用具有重大现实意义和长远战略意义。同样，我国是一个铝资源不富有的国家，有资料报道了我国45种主要矿产对2010年需求的保证程度，有10种矿产属于不能保证，其中包括铝土矿。按着目前氧化铝产量的增长速度和铝土矿开采、利用中的浪费，即使考虑到远景储量，我国的铝土矿的年限也很难达到50年。所以，解决这种资源危机的方法有两种：一是合理利用现有铝土矿资源；二是积极找寻并利用其他含铝资源。而氧化铝是粉煤灰的主要成分之一，其质量分数一般为15%~40%，最高可达58%。所以，开展从粉煤灰中提取氧化铝的研究工作可以解决粉煤灰的污染，变废为宝。

目前，从粉煤灰中提取氧化铝的研究比较成熟的有石灰石烧结法和碱石灰烧结法，此两者通称为碱法。2004年12月内蒙古自治区科技厅召开了蒙西高新技术集团有限公司研究开发的“粉煤灰提取氧化铝联产水泥产业化技术”项目科技成果鉴定会，采用的就是改进的碱石灰烧结法，该集团自主完成了近5000吨级的中试，并取得多项专利。但碱法提取粉煤灰中氧化铝也存在一些问题，主要是① 烧结法产生的硅钙渣，只能用做水泥原料，每生产1吨的氧化铝要产生数倍于粉煤灰的硅钙渣，而水泥有其相应的销售半径，如果当地没有大型的水泥工业支持将会造成二次污染；② 烧结法只提取了粉煤灰中的氧化铝，其二氧化硅的利用价值低。③烧结法处理粉煤灰设备投资大，能耗高，成本高。

由于粉煤灰的铝硅比很低，一般都小于1，所以采用酸法处理粉煤灰原则上更合理。酸法浸出粉煤灰中的氧化铝，可以使生成的铝盐进入溶液，硅不与酸反应，完全在固相渣中。酸法处理粉煤灰可以克服烧结法的不足，不会产生多于原料粉煤灰的固体废物，而且提取氧化铝后，二氧化硅会富集，渣中其含量能达到80~90%，这样更有利于其利用。由于粉煤灰是经过高温燃烧后迅速冷却，所以玻璃相占很大比例，其化学活性很低，因此，要提高粉煤灰中氧化铝的提取率就要从提高粉煤灰的化学活性入手。目前资料报道的方法是在酸浸反应中加入氟化物助溶，使硅与氟结合，达到释放其中氧化铝的目的，但在助溶的过程中可能会产生HF等有害气体，在去氟纯化的过程中又会排出含氟废液和废渣，不但会污染环境，而且会造成对操作人员的安全隐患。

采用盐酸法浸取粉煤灰中的氧化铝，需要将盐酸和粉煤灰的混合浆液加热至130~180℃，并且盐酸必须浓度较高以保证粉煤灰中氧化铝的浸出率，在高浓度盐酸的条件下，加热过程设备腐蚀严重，严重制约了盐酸法的发展与应用。在此背景下，本发明采用氯化氢气体直接进入反应釜，而不参加加热过程，既保证了反应过程所需的盐酸浓度，由避免高浓度盐酸加热过程带来的腐蚀危害。

发明内容

为解决上述技术问题本发明提供一种盐酸处理粉煤灰制备氧化铝的方法，目的是解决盐酸法带来的加热过程设备严重腐蚀问题，生产出适合电解铝工业的冶金级氧化铝。

为实现上述目的本发明一种盐酸处理粉煤灰制备氧化铝的方法，包括下述步骤：（1）将粉煤灰活化；（2）将活化后的粉煤灰与5%~10%浓度的盐酸混合，混合后的浆液送入热交换器中，加热至90℃~200℃；（3）加热后的料浆送入反应器中，同时向反应器中加入氯化氢气体，总体HCl与粉煤灰中氧化铝和氧化铁的摩尔比为4~9，一部分HCl通过步骤（2）加入，剩余HCl在此加入，反应时间1 h ~8h；（4）反应降温后固液分离，得到氯化铝和氯化铁溶液和高硅渣，蒸发浓缩或干燥后得到结晶氯化铝和氯化铁；（5）结晶氯化铝加热分解得到含有大量杂质的粗γ-Al₂O₃和氯化氢气体；（6）粗γ-Al₂O₃采用拜耳法工艺处理制备冶金级氧化铝，残渣为高铁渣，可以作为炼铁原料。

所述的活化是机械活化或热活化的一种。

所述的机械活化采用振动磨、立式磨、行星磨或高能球磨中的一种。

所述的热活化是将粉煤灰加热至230℃~800℃。

所述的热交换器为直接换热器或间接换热器中的一种。

所述的间接换热器加热采用饱和蒸汽、过热蒸汽、导热油或熔盐中的一种作为热源。

所述的直接换热器加热采用饱和蒸汽或过热蒸汽中的一种作为热源。