一种利用高铝粉煤灰高温碱浸法生产超白氢氧化铝及其副产品的方法

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摘要：本文对采用两段预脱硅加高温碱浸工艺生产超白氢氧化铝并副产硅灰石及铁化水榴石工艺进行了研究，详细介绍了该工艺的背景技术、工艺流程、工艺特点，并提供了具体实施方式，为该生产工艺的工程设计和实施提供参考依据。

关键词：两段预脱硅；高温碱浸；超白氢氧化铝；硅灰石；铁化水榴石

【分类号】：TF046.6

1. 前言

本文介绍了一种采用两段预脱硅加高温碱浸工艺，采用该工艺生产超白氢氧化铝并副产硅灰石及铁化水榴石，避免高铝粉煤灰在提取氢氧化铝过程中的低铝硅比烧成温度难于控制的高温烧结过程，达到了降低能耗，提高粉煤灰的综合利用价值的目的，为高铝粉煤灰制备氢氧化铝和氧化铝提供了一条经济有效的技术途径。[1]

2. 技术背景

2.1技术现状

从高铝粉煤灰中提取氧化铝常见的方法有碱法、酸法和酸碱联合法。

碱法有石灰石烧结法和碱石灰烧结法。石灰石烧结法能耗高，一次性资源消耗量大，硅钙渣排放量大。改良碱石灰烧结法是中国地质大学矿物材料国家专业实验室开发的利用粉煤灰提取氧化铝并联产硅灰石的技术。碱石灰烧结法烧结反应复杂，氧化铝的溶出率不高。[2]

酸法较有代表性的方法有硫酸浸取法和盐酸法，酸的大量使用严重腐蚀设备，难以实现大规模工业化生产。[3]

酸碱联合法工艺流程复杂，碱的消耗量大。

2.2本工艺的必要性及应用前景

2.2.1粉煤灰综合利用紧迫性

随着铝土矿资源的日益枯竭，寻求一种替代天然铝土矿的再生资源，势在必行。随着我国火力发电厂的快速发展，粉煤灰累计堆存的粉煤灰已达几十亿吨，不仅造成运输和堆存的污染，而且大量占用耕地，浪费大量水资源进行浇盖。寻求其综合利用的有效途径，解决其综合利用已是当务之急和迫在眉睫的工作。

2.2.2粉煤灰综合利用示范性和创新性

开发高铝粉煤灰资源，建立煤―电―粉煤灰―氢氧化铝的循环经济产业链，符合国家对资源综合利用的产业政策，对推动我国，尤其是西部地区开展粉煤灰和电石渣的综合利用具有重要的示范性。另外，本工艺采用两段预脱硅加高温碱浸工艺技术，开辟了我国粉煤灰综合利用由传统的建材型向有价资源回收型转变的新途径。

2.2.3产品市场前景

氢氧化铝的市场价值不需赘述，而本工艺技术所生成的固态氢氧化铝具有高分散性、最低的氧化硅及氧化钠含量、较强的白色度，是国外市场上需求量很高的一种高附加值工业产品。

成品硅灰石广泛应用于汽车、冶金、陶瓷、塑料等工业生产中。

水榴石可作为生产水泥的熟料，生产砖、耐火材料、人行步道板、道路装饰材料的原材料，黑色冶金业烧结料的熔剂填料，矿山巷道、冲沟、矿场、盐化土壤等有垃圾的建筑区重新耕作时作为非活性骨料，以及贫铁土壤的改性剂。

3. 利用高铝粉煤灰高温碱浸法生产超白氢氧化铝及其副产品的新方法

3.1实施方式

高铝粉煤灰细磨后与分两段加入的循环NaOH溶液混合均匀分别进行一二段脱硅。过滤分离脱硅浆液，二段脱硅渣滤饼为脱硅粉煤灰，作为高温碱浸的原料。一段脱硅液与二段脱硅液混合后的脱硅液加入石灰乳进行苛化制备硅灰石，硅灰石浆液分离底流经洗涤、脱碱、乙酸酸洗后，在230～280℃保温罐内停留8h以保证其晶型的转变，再经过烘干后，作为成品硅灰石。分离溢流及硅灰石洗液与部分铝酸三钙洗液混合后作为NaOH循环溶液返回脱硅工序作为溶出液。脱硅粉煤灰与亚铁酸钠和石灰乳在循环母液中，温度230～280℃，时间为2小时并添加某种催化剂的条件下，脱硅粉煤灰将在压煮器中发生溶出，溶出浆液经稀释、分离洗涤后，底流为成品水榴石。分离溢流加入石灰乳，在温度180～185℃，时间为1.0～1.5小时的条件下，水化铝酸三钙将在压煮器中发生溶出。溶出后的溢流分离液与部分铝酸三钙洗液混合蒸发后作为循环母液继续参与高温碱浸过程。另外一部分铝酸三钙洗液返回脱硅工序作为NaOH循环溶液的组成部分。溶出并分离洗涤后底流为固含70%的铝酸三钙滤饼，经与蒸发后碳分母液混合后，在温度180～185℃，时间为1.0～1.5小时的条件下，水化铝酸三钙将发生反应生成碳酸钙料浆。所生成料浆经分离、洗涤后，底流为碳酸钙滤饼，经在1000℃下焙烧和石灰消化后制备成合格石灰乳，加入各个所需工序。碳酸钙料浆分离溢流和碳酸钙洗液混合后，通入CO2进行碳酸化分解。碳酸化分解浆液经过滤后，固体为氢氧化铝滤饼，滤饼经过洗涤、烘干后，为成品超白氢氧化铝。过滤后的分离液和氢氧化铝洗液混合后蒸发，蒸发后所得液体作为蒸发碳分母液，返回作为铝酸三钙溶出液。蒸发后所得少量固体为碳酸钠，碳酸钠固体与铁屑混合，在Na2O/Fe2O3重量比为0.387～0.388，850℃条件下焙烧，所得产物为亚铁酸钠，进入高温碱浸工序。

3.2实施效果及效益

3.2.1本工艺的效果

采用两段预脱硅加高温碱浸工艺生产超白氢氧化铝并副产硅灰石及铁化水榴石，避免了高铝粉煤灰在提取氢氧化铝过程中的低铝硅比烧成温度难于控制的高温烧结过程，达到了降低能耗，提高粉煤灰的综合利用价值的目的，高铝粉煤灰中氧化铝溶出率达到85%，氧化钠溶出率达到90%，并实现了电厂高铝粉煤灰的零污染排放，能取得很好的经济效益、环境效益和社会效益。

3.2.1本工艺的效益

本工艺的实施效益分为经济效益和社会效益：

a、直接经济效益

经技术经济分析，每吨粉煤灰获取的产品总收益约为1000元

b、间接经济效益

每万吨灰渣需堆场4～5亩，如果按照年处理利用粉煤灰1000万吨计，则每年可节约土地达4000～5000亩。在堆灰场，每吨灰需综合处理费20～40元，如此，同时可节约粉煤灰堆场综合处理费2～4亿元。

c、社会效益

项目成果实现产业化后，必将产生巨大的社会效益：

①粉煤灰实现资源化，力争改变我国Al2O3矿产资源的战略格局；

②减少粉煤灰占地面积有效保护土地资源、有效改善并减少环境污染；

③提高煤电企业经济生存竞争力；

④为煤矸石、尾矿、赤泥等固体废弃物、低品位铝土矿高附加值利用提供借鉴。

参考文献：

[1] 苏双青，马鸿文，邹丹，李歌.高铝粉煤灰碱溶法制备氢氧化铝的研究[J].岩石矿物学杂志，2011，30（6）：981～986.

[2] 王佳东，翟玉春，申晓毅.碱石灰烧结法从脱硅粉煤灰中提取氧化铝[J].轻金属，2009（6）：14～l6.

[3] 王文静，韩作振，程建光等.酸法提取粉煤灰中氧化铝的工艺研究[J].能源环境保护，2003（4）：17-19.