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粉煤灰提取氧化铝技术研究进展
2018月07月10日 发布 分类:技术前沿 点击量:57
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粉煤灰是燃煤中的各种伴生矿物与黏土等高温煅烧产生的固体废弃物,是最大宗、最复杂的工业固体废料之一。2015年我国年产粉煤灰6.2亿吨,据权威机构预测2020年我国粉煤灰排放量将达到60亿吨。目前我国粉煤灰的处理仍以堆存为主,不仅占用大量土地资源,而且容易造成环境污染。粉煤灰资源化的传统领域为工程和材料,如水泥混泥土掺合料、建筑砌块、陶瓷原料等,但利用价值低,有价金属流失严重。随着技术的发展,粉煤灰已被世界多国视为一种资源。从粉煤灰中提取氧化铝是粉煤灰高值化的重要项目之一,通常粉煤灰中Al2O315%35%,我国铝土矿资源在数量和质量上均不占优势,因此,从粉煤灰中提取氧化铝对减少土地占用和环境负荷、保障我国铝行业可持续发展具有重要的意义。


国内外开展粉煤灰提取氧化铝研究已有数十年,也开发了多种工艺方案,大致分为碱法和酸法两大类,其中碱法主要包括碱石灰烧结法、石灰石烧结法和预脱硅—碱石灰烧结法等,酸法主要有盐酸浸出法、浓硫酸浸出法、氟化物助溶硫酸浸出法、硫酸熟化法等,以及近年来研究开发的硫酸铵焙烧法。


一、碱法提取氧化铝


1、石灰石烧结法

石灰石烧结法与铝土矿烧结法生产氧化铝工艺相似,技术成熟,工艺和设备可靠性高,对原料的适应性强,易实现。石灰石烧结法包括烧结、熟料自粉化、浸出、碳分、锻烧等主要工序,其基本流程如图1

图一 粉煤灰石灰石烧结法生产氧化铝流程


2、预脱硅—碱石灰烧结法

烧结工艺中,粉煤灰中的二氧化硅与石灰反应形成硅酸二钙从而实现粉煤灰浸出时的铝硅分离,由于粉煤灰中二氧化硅含量高达40%以上,因此需要配加大量的石灰或石灰石粉,导致烧结量大、能耗高。对粉煤灰进行碱浸预先脱除大部分非晶态的二氧化硅,从而提高粉煤灰中的铝硅比,对于减少石灰石配入量、降低烧结能耗、减少二次渣量具有重要作用。预脱硅—碱石灰烧结法的工艺如图 2 所示。

图二 粉煤灰预脱硅—碱石灰烧结法生产氧化铝流程


二、酸法提取氧化铝


1、浓硫酸浸出法

浓硫酸浸出法是将粉煤灰细磨或细磨—焙烧活化后,于200300℃用浓度 90%以上的浓硫酸浸出,浸出好的矿浆过滤以分离余酸,余酸返回浸出,再用水从滤渣中浸出铝,铝浸出率可达85%,然后净化、浓缩结晶产出含18个结晶水的硫酸铝,硫酸铝结晶经干燥、脱水后煅烧分解生产氧化铝,浸出渣为高硅渣,可用于碱浸进一步提取二氧化硅,基本流程如图 3所示。

图三 粉煤灰浓硫酸浸出生产氧化铝流程


2、氟化物助溶浸出法

为改善原料中铝矿物的活性、提高浸出率,国内外都有NH4F等氟化物助溶下用硫酸或盐酸进行浸取的研究,如以硫酸作浸出剂,在反应过程中加入NH4F 以活化粉煤灰,用 NH4F先络合硅氧化物,从而使氧化铝溶出。氟化物助溶硫酸 浸出工艺基本流程如图4所示。

图四 粉煤灰氟化物助溶酸法提取氧化铝流程


3、盐酸浸出法

将粉煤灰用盐酸加压浸出,浸出液净化后浓缩结晶析出氯化铝,氯化铝煅烧分解得到冶金级氧化铝,氯化氢气体经过回收、加水调节浓度后用于酸浸工序。也可以先将粉煤灰粉碎后经湿法磁选除铁,然后将除铁后的粉煤灰与盐酸反应浸出氧化铝。

图五 粉煤灰盐酸浸出法提取氧化铝流程


4、硫酸熟化法

硫酸熟化法是将粉煤灰与浓硫酸混合均匀后,于200450℃下焙烧或熟化, 将粉煤灰中的铝转变成硫酸铝,然后用水浸出,浸出液经浓缩结晶析出硫酸铝晶体,硫酸铝晶体经焙烧脱水、煅烧得到粗氧化铝,粗氧化铝经低温拜耳法得到冶金级氧化铝。


三、铵法提取氧化铝


铵法主要为硫酸铵焙烧法,其基本流程如图6所示。即将细磨后的粉煤灰与硫酸铵按比例混合得到生料,然后焙烧,将粉煤灰中的铝转变成硫酸铝铵或硫酸铝形式存在,烧成熟料用水或稀酸溶出后,液固分离得到硫酸铝溶液和高硅渣,硫酸铝溶液经氨水或氨气分解得到粗氢氧化铝和硫酸铵溶液,粗氢氧化铝洗涤后经拜耳法制备冶金级氧化铝,硫酸铵溶液浓缩结晶析出硫酸铵循环使用。

图六 粉煤灰硫酸铵焙烧生产氧化铝流程


采用粉煤灰提取氧化铝的方法虽然很多,国内也先后建成了多个基于不同工艺的中试或工业试验装置,但至今仍难以实现大规模推广和应用,其根本原因是现有技术在二次污染、工艺能耗、氧化铝生产成本、副产品市场需求、工程化实施难易度等方面依然存在诸多问题,而且部分问题如二次渣、成本问题非常突出。因此,开发粉煤灰提取氧化铝新技术依然十分重要。新一代粉煤灰提取氧化铝技术应能大规模消纳粉煤灰,同时实现二次渣量最小化和不产生二次污染,生产具有竞争力的适销产品,应尽量避免采用高能耗、高成本的单元操作,尽可能采用已有成熟的普通生产设备,且应无特殊的防腐要求,同时应加强工艺过程水的循环利用。


作者:谷雨

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