一種利用兩段式酸反應法提取氧化鋁的方法技術

本發明專利技術屬于化工技術領域，涉及氧化鋁的提取，提供了一種利用兩段式酸反應法提取氧化鋁的方法。本發明專利技術首先采用濃硫酸為活化劑經過低溫焙燒、中溫分解，得到活性硅鋁物料，再采用“一步酸溶法”低溫酸溶提取其中的氧化鋁組分。本發明專利技術方法流程簡單，氧化鋁提取率高，雜質分離徹底，操作安全。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于化工
，涉及氧化鋁的提取。技術背景煤粉爐粉煤灰是燃煤經過高溫燃燒后剩余的固體廢棄物。高鋁粉煤灰中硅鋁組分主要以莫來石、剛玉和石英等結晶相存在，并含有不等量的硅酸鹽玻璃質，其中Al2O3和SiO2含量均達30-40％以上，可以作為氧化鋁提取的原料。目前，國內外從鋁土礦中提取氧化鋁工藝比較成熟，主要為拜耳法。從其他高鋁物料中提取氧化鋁的研究主要集中在粉煤灰方面，涉及的方法包括堿法、堿石灰燒結法、酸法等，投入生產應用的只有堿法。堿法的原理是在強堿作用下，粉煤灰中的氧化鋁與二氧化硅與堿作用生成鋁酸鈉和硅酸鈉，經水溶得到含硅的偏鋁酸鈉溶液，之后脫硅、制取氫氧化鋁，最后得到氧化鋁。具體工藝包括拜耳法、燒結法。堿石灰法的原理是在有氧化鈣存在的條件下，用堿分解粉煤灰，使其中大部分硅與鈣反應生成硅鈣化合物，與同時生成的鋁酸鈉在水溶條件下分離。堿法工藝對設備要求不高，拜耳法工藝成熟，但由于高硅物料中硅含量大，導致在堿性環境中硅的大量溶出使硅鋁分離難度加大，生產成本高，而且產渣量大。酸法工藝的特點是：在強酸性條件下，利用氧化鋁的兩性特點將其溶出，實現與大量硅質氧化物的分離，再經進一步除雜獲得氧化鋁產品。具有代表性的是硫酸法和流化床灰的鹽酸酸溶法。采用硫酸方法包括硫酸水溶液和濃硫酸煅燒法。采用硫酸水溶液往往需要較高的反應溫度，180℃以上；有的研究者采用加入少量添加劑如氟化物促進反應等等，導致反應體系的容器耐腐蝕問題嚴重，難以工業化應用。吳萍，《從粉煤灰中提取高純超細氧化鋁機理與工藝的研究》，天津大學2005年碩士論文。朱石嶙等，《從粉煤灰中提取硫酸鋁和硫酸鐵的微波法試驗》，寧夏工程技術，2001，3(1)：48-50。王文靜等，《酸法提取氧化鋁的條件選擇》，能源環境保護，2003，(4)：17-19。采用單純濃硫酸焙燒方法的研究，即采用過量濃硫酸加熱至分解溫度之下焙燒分解粉煤灰之后，再將多余的硫酸在更高溫度下熱分解去除，獲得水溶性硫酸鹽固體，通過水溶與硅質分離。牟文寧，《粉煤灰制備硫酸鋁的工藝研究》，東北大學2008年碩士論文。吳艷，《從粉煤灰中提取氧化鋁和二氧化硅的研究》，東北大學2008年博士論文。白光輝等，《粉煤灰硫酸法提鋁的心工藝參數研究》，煤炭科學技術，2008，36(9)：106-109。硫酸鹽法的原理是利用硫酸鹽對硅鋁物料中氧化鋁有反應活性而對二氧化硅幾乎不反應的特點，將粉煤灰與硫酸鹽混合，經加熱分解發生固相反應，使粉煤灰中氧化鋁分解生成硫酸鋁鹽，硫酸鋁鹽再進一步分解獲得氧化鋁。硫酸銨方法中氧化鋁產品的獲得需要經歷硫酸銨分解，產生大量氨氣，再經歷液相吸收形成硫酸鋁銨、硫酸鹽分解與三氧化硫吸收等多步驟氣液過程實現循環。CN1868884李禹公開了《粉煤灰中提取氧化鋁同時聯產白炭黑的方法》將粉煤灰磨粉，活化后加入硫酸銨，再在反應物中加入水，過濾，在濾液中加入氨氣，得到氫氧化鋁和氫氧化鐵混合沉淀，最后用氫氧化鈉溶液將氫氧化鋁沉淀融解后再通過加種碳分得到純氫氧化鋁，最后燒制得Al2O3。采用硫酸銨為循環介質提取氧化鋁，因硫酸銨不與硅起反應，在制取氧化鋁過程中省去了繁雜的脫硅工序。CN101117228尹中林公開了《一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法》，是將硫酸銨配入粉煤灰進行燒結，所得固體經溶出后得到含硫酸鋁銨的溶液，該溶液通過結晶的方法得到固體的硫酸鋁銨。固體硫酸鋁銨和氨氣反應得到氫氧化鋁和硫酸銨，通過洗滌過濾，得到固體的氫氧化鋁，氫氧化鋁經焙燒后可得到氧化鋁產品；進入液相的硫酸銨經蒸發后，繼續循環使用。CN101734698A翟玉春等公開了《一種由含鋁物料制備氧化鋁的方法》。一種由鋁土礦、高鐵鋁土礦、明礬石、高嶺土、鋁礬土、粉煤灰、煤矸石、鋁灰、霞石、粘土等含鋁物料制備氧化鋁等產品的方法，該方法包括以下步驟：(1)將含鋁物料破碎，磨細后與硫酸銨混合焙燒；(2)焙燒產物(熟料)水溶、過濾得到硫酸鋁銨溶液和濾渣；(3)用氨對硫酸鋁銨溶液除鐵、沉鋁或重結晶制備氧化鋁，同時回收硫酸銨；(4)濾渣制備二氧化硅產品，余渣含鐵，作為煉鐵原料。CN201010300143.6張開元公開了《一種從粉煤灰中提取氧化鋁的方法》，方法包括以下步驟：將粉煤灰細磨后，并進行除鐵處理；將除鐵后的粉煤灰與硫酸銨混合后進行燒結后生成固體物和氨氣；將燒結后生成的固體物進行溶出，再進行過濾或者沉降分離，接著再洗滌后得到含有硫酸鋁銨的溶液；將含有硫酸鋁銨的溶液進行結晶得到固體的硫酸鋁銨；將固體的硫酸鋁銨溶解后配制成溶液與氨氣或者氨水于溫度為20℃～50℃下進行反應0.5小時～6小時生成氫氧化鋁和硫酸銨；將氫氧化鋁進行焙燒后得到氧化鋁。CN102515221A魏存弟等公開了一種《從粉煤灰或煤矸石中提取氧化鋁和非晶態二氧化硅的方法》，采用單純的焦硫酸鹽方法活化分解粉煤灰方法相對簡單，緩解了設備腐蝕問題，但鹽法共同特點是鹽用量大，成本較高。上述從粉煤灰中提取氧化鋁方法各有利弊，酸溶法對設備要求高，生產操作危險大，工藝繁雜，鹽法(硫酸銨，焦硫酸鹽)用鹽量大，成本較高；銨鹽法不僅成本高，且大量氨氣易產生危險。因此，目前工業化生產仍以傳統的堿法為主。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對上述已有技術的不足，提供一種兩段酸反應方式活化分解煤粉爐粉煤灰以及鋁硅酸鹽礦物提取氧化鋁的新方法。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：一種利用兩段式酸反應法提取氧化鋁的方法，包括以下步驟：1)按物料中氧化鋁生成硫酸鋁所需要的硫酸的理論量的1～1.5倍(優選地，1～1.2倍)加入濃硫酸(質量含量為98％及以上)并混合均勻；在240～315℃(優選地，260～300℃)條件下焙燒1～8小時(優選地，3～5小時)，升溫至800～900℃保持3-6小時，冷卻取出；優選地，焙燒產生的三氧化硫氣體采用水吸收制取硫酸；2)對步驟1)得到的產物依據其中氧化鋁含量，加入反應生成氯化鋁或硫酸鋁所需要的理論量的鹽酸或硫酸，攪拌均勻，溫度在100℃～180℃(優選地，120～150℃)，保持1～10小時(優選地2～6小時)，固液分離，得到可溶性氯化鋁或硫酸鋁溶液；固體為非晶態二氧化硅；3)將氯化鋁或硫酸鋁溶液中的鋁鹽轉化成氧化鋁；優選地，對氯化鋁溶液或硫酸鋁溶液濃縮、結晶、焙燒，得到氧化鋁；優選地，對焙燒產生的氯化氫或三氧化硫氣體用水吸收，得到鹽酸或硫酸。其中，所述物料為煤粉爐粉煤灰、莫來石或高鋁硅酸鹽中的任意一種。優選地，對步驟2)得到的氯化鋁或硫酸鋁溶液先進行除鐵；優選地，利用除鐵吸附樹脂除鐵。本專利技術采用濃硫酸為活化劑經過低溫焙燒、中溫分解，得到活性硅鋁物料，該硅鋁物料呈非晶態、活性高、不結疤、易于物料轉移。在此基礎上，采用“一步酸溶法”低溫酸溶提取其中的氧化鋁組分。該方法適用于各類難分解硅鋁物料的活化分解。與單一過程的硫酸水溶液法、濃硫酸焙燒法和硫酸鹽焙燒法相比，本專利技術工藝流程簡單，氧化鋁提取率高，雜質分離徹底，操作安全。具體實施方式下面將根據具體實施方式來詳細說明本
技術實現思路
，但本
技術實現思路
不限于此。如無具體說明，以下實施例中所使用的試劑、儀器均是本領域常規試劑、儀器，可以從普通商購途徑獲得；所使用的方法為本領域常規方法，本領域技術人員可以根據下文描述內容重復實施例過程并實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用兩段式酸反應法提取氧化鋁的方法，包括以下步驟：1)按物料中氧化鋁生成硫酸鋁所需要的硫酸的理論量的1～1.5倍加入濃硫酸并混合均勻；在240～315℃條件下焙燒1～8小時，升溫至800～900℃保持3?6小時，冷卻；2)對步驟1)得到的產物依據其中氧化鋁含量，加入反應生成氯化鋁或硫酸鋁所需要的理論量的鹽酸或硫酸，攪拌均勻，溫度在100℃～180℃，保持1～10小時，固液分離，得到可溶性氯化鋁或硫酸鋁溶液；3)將氯化鋁或硫酸鋁溶液中的鋁鹽轉化成氧化鋁；其中，所述物料為煤粉爐粉煤灰、莫來石或高鋁硅酸鹽中的任意一種。

【技術特征摘要】
1.一種利用兩段式酸反應法提取氧化鋁的方法，包括以下步驟：1)按物料中氧化鋁生成硫酸鋁所需要的硫酸的理論量的1～1.5倍加入濃硫酸并混合均勻；在240～315℃條件下焙燒1～8小時，升溫至800～900℃保持3-6小時，冷卻；2)對步驟1)得到的產物依據其中氧化鋁含量，加入反應生成氯化鋁或硫酸鋁所需要的理論量的鹽酸或硫酸，攪拌均勻，溫度在100℃～180℃，保持1～10小時，固液分離，得到可溶性氯化鋁或硫酸鋁溶液；3)將氯化鋁或硫酸鋁溶液中的鋁鹽轉化成氧化鋁；其中，所述物料為煤粉爐粉煤灰、莫來石或高鋁硅酸鹽中的任意一種。2.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟1)中，按物料中氧化鋁生成硫酸鋁所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭昭華，王丹妮，蔣引珊，劉大銳，劉海軍，雒鋒，圖亞，白健，夏茂盛，張小東，
申請(專利權)人：中國神華能源股份有限公司，神華準能資源綜合開發有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11