一种利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法.pdf

本发明是氢氧化铝生产领域，具体为一种利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法。将粉煤灰用氨法焙烧得到的产物用水在50～95℃下溶出并分离，得到含有铁离子的硫酸铝溶液；采用阳离子交换树脂法除去溶液中的铁离子，得到硫酸铝精制溶液；焙烧产生的氨气用水吸收得到的氨水，用来分解除铁后硫酸铝溶液，首先用氨水进行前期溶液pH的调节，然后加入晶种，再进行二段溶液pH的调节，最后进行终点pH值的调节；停留后，得到粒度较大氢氧化铝。本发明采用焙烧过程中产生的氨气吸收得到的氨水对除铁液进行分解，溶液pH容易控制，分解生成的氢氧化铝易于固液分离，工艺简单，利于产业化。

权利要求书
1.  一种利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法，其特征在于，将粉煤灰用氨法焙烧得到的产物用水在50～95℃下溶出并分离，得到含有铁离子的硫酸铝溶液；采用阳离子交换树脂法除去溶液中的铁离子，得到硫酸铝精制溶液；焙烧产生的氨气用水吸收得到的氨水，用来分解除铁后硫酸铝溶液，首先用氨水进行前期溶液pH的调节，然后加入晶种，再进行二段溶液pH的调节，最后进行终点pH值的调节；停留后，得到粒度较大氢氧化铝。 

2.  按照权利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法，其特征在于，所述的粉煤灰氨法焙烧和溶出是将粉煤灰与硫酸铵按重量比1:3～1:7混合后，在温度为300～600℃进行焙烧1～6小时，在50～95℃下按水与烧结产物重量比为1:1～5:1进行溶出，得到含有铁离子的硫酸铝溶液。 

3.  按照权利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法，其特征在于，所述的氨水为氨法焙烧产生的氨气用水吸收，得到浓度为15wt%～28wt%的氨水，用来分解除铁后的硫酸铝溶液。 

4.  按照权利要求1或3所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法，其特征在于，所述的硫酸铝精制溶液的浓度为160～280g/L，硫酸铝精制溶液的pH值为0.8～1.6。 

5.  按照权利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法，其特征在于，所述的前期溶液pH的调节是在50～95℃下，用所得到的氨水在30～60min调节溶液pH值到2～3，并在搅拌速率为200～400r/min下进行搅拌。 

6.  按照权利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法，其特征在于，所述的加入晶种是在溶液中加入氢氧化铝晶种使溶液的固含量达到130～280g/L。 

7.  按照权利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法，其特征在于，所述的二段溶液pH的调节是加入晶种后经过20～60min，继续向溶液中通入所得到的氨水，使溶液的pH值在50～90min达到3.5～4.5停止加入氨水，此时溶液中生成的固体有一部分为铝铵矾，得到铝铵矾和氢氧化铝的混合物；之后，继续加氨水调节pH值的同时，铝铵矾就会生成氢氧化铝。 

8.  按照权利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法，其特征在于，所述的进行终点pH值的调节是在二段溶液pH的调节之后，经过30～60min继续向溶液中继续通入氨水，使溶液在10～40min达到终点pH值5～5.8。 

9.  按照权利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法，其特征在于，所述的停留后得到氢氧化铝为停留2～5h，采用加压或减压过滤得到氢氧化铝，分解率99%以上，滤饼含水率为10wt%～30wt%，氢氧化铝粒径D50达到40～70μm。 

说明书一种利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法
技术领域
本发明是氢氧化铝生产领域，具体为一种利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢 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，铝土 矿已经不能满足未来对矿产的需求。按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，我国的铝土矿的保障年限也很难达到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，延 长服务年限；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，有些地方粉煤灰中的氧化铝含量可达40%～50%，具有可提取经济价值。 因此，开展从粉煤灰中提取氧化铝的研究工作既可以解决粉煤灰的污染，又可以 缓解铝土矿资源短缺问题。
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。这种碱法提取粉煤灰中氧化铝也存在一些问题，烧结 法产生的硅钙渣，只能用做水泥原料，而且产生的渣量更大，会造成更多的污染； 烧结法处理粉煤灰设备投资大，能耗高，成本高。现在有部分企业采用硫酸法和 盐酸法，这两种方法对设备的耐腐蚀性要求高，设备投资大、且可靠性差；而仅 有硫酸铵烧结法制备过程为减量过程，渣量小；反应体系为弱酸体系，设备较容 易解决，利于产业化。
发明内容
本发明提供一种利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法，目的是能 够使分解的氢氧化铝颗粒较大，含水率低，易于分离。
为了解决上述问题，本发明是这样实现的：
一种利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法，将粉煤灰用氨法焙烧 得到的产物用水在50～95℃下溶出并分离，得到含有铁离子的硫酸铝溶液；采用 阳离子交换树脂法除去溶液中的铁离子，得到硫酸铝精制溶液；焙烧产生的氨气 用水吸收得到的氨水，用来分解除铁后硫酸铝溶液，首先用氨水进行前期溶液pH 的调节，然后加入晶种，再进行二段溶液pH的调节，最后进行终点pH值的调节； 停留后，得到粒度较大氢氧化铝。
所述的粉煤灰氨法焙烧和溶出是将粉煤灰与硫酸铵按重量比1:3～1:7混合 后，在温度为300～600℃进行焙烧1～6小时，在50～95℃下按水与烧结产物重 量比为1:1～5:1进行溶出，得到含有铁离子的硫酸铝溶液。
所述的氨水为氨法焙烧产生的氨气用水吸收，得到浓度为15wt%～28wt%的 氨水，用来分解除铁后的硫酸铝溶液。
所述的硫酸铝精制溶液的浓度为160～280g/L，硫酸铝精制溶液的pH值为 0.8～1.6。
所述的前期溶液pH的调节是在50～95℃下，用所得到的氨水在30～60min 调节溶液pH值到2～3，并在搅拌速率为200～400r/min下进行搅拌。
所述的加入晶种是在溶液中加入氢氧化铝晶种使溶液的固含量达到130～ 280g/L。
所述的二段溶液pH的调节是加入晶种后经过20～60min，继续向溶液中通 入所得到的氨水，使溶液的pH值在50～90min达到3.5～4.5停止加入氨水，此 时溶液中生成的固体有一部分为铝铵矾，得到铝铵矾和氢氧化铝的混合物；之后， 继续加氨水调节pH值的同时，铝铵矾就会生成氢氧化铝。
所述的进行终点pH值的调节是在二段溶液pH的调节之后，经过30～60min 继续向溶液中继续通入氨水，使溶液在10～40min达到终点pH值5～5.8，。
所述的停留后得到氢氧化铝为停留2～5h，采用加压或减压过滤得到氢氧化 铝，分解率99%以上，滤饼含水率为10wt%～30wt%，氢氧化铝粒径D50达到 40～70μm。
本发明的优点和效果如下：
本发明采用焙烧过程中产生的氨气，用水吸收得到的氨水，对除铁液进行分 解，可使整个氨法焙烧过程中产生的产物循环利用，用氨水易于控制溶液pH，分 解生成的氢氧化铝易于固液分离，工艺简单，利于产业化。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明加以详细描述，但本发明的保护范围不受示意图所限。
如图1所示，本发明利用氨水分解粉煤灰溶出液制备氢氧化铝的方法，其工 艺流程为：
（1）氨法焙烧和溶出，粉煤灰氨法焙烧和溶出是将粉煤灰与硫酸铵按重量比 1:3～1:7混合后，在温度为300～600℃进行焙烧1～6小时，在50～95℃下按水 与烧结产物重量比为1:1～5:1进行溶出，得到含有少量铁离子的硫酸铝溶液；
（2）除铁，采用阳离子交换树脂法除去溶液中的铁离子，得到硫酸铝精制溶 液；
（3）分解，氨法焙烧产生的氨气用水吸收得到浓度为15wt%～28wt%的氨水， 用来分解除铁后的硫酸铝溶液；其中，硫酸铝精制溶液的浓度为160～280g/L， 硫酸铝精制溶液的pH值为0.8～1.6。
首先用氨水进行前期溶液pH的调节，然后加入晶种，再进行二段溶液pH的 调节，最后进行终点pH值的调节；停留后，得到粒度较大的氢氧化铝。
所述前期溶液pH的调节，是在50～95℃下，用所得到的氨水在30～60min 调节溶液pH值到2～3，并在搅拌速率为200～400r/min下进行搅拌；
所述的加入晶种，是在溶液中加入氢氧化铝晶种使溶液的固含量达到130～ 280g/L；
所述二段溶液pH的调节，是加入晶种后经过20～60min，继续向溶液中通 入所得到的氨水，使溶液的pH值在50～90min达到3.5～4.5停止加入氨水，此 时溶液中生成的固体有一部分为铝铵矾，得到铝铵矾和氢氧化铝的混合物。之后， 继续加氨水调节pH值的同时，铝铵矾就会生成氢氧化铝。
所述的进行终点pH值的调节，是在二段溶液pH的调节之后，经过30～60min 继续向溶液中继续通入氨水，使溶液在10～40min达到终点pH值5～5.8。
所述的停留后得到氢氧化铝为停留2～5h，采用加压或减压过滤得到氢氧化 铝，分解率99%以上，滤饼含水率为10wt%～30wt%，氢氧化铝粒径D50达到 40～70μm。本发明中，分离时间和滤饼厚度根据要分解的量来具体确定。
实施例1
粉煤灰氨法焙烧和溶出是将粉煤灰与硫酸铵按重量比1：4混合后，在温度为 350℃进行焙烧5小时，用水吸收焙烧产生的氨气得到浓度为20wt%的氨水，在 60℃下按水与烧结产物重量比为3:1进行溶出，得到含有少量硫酸铁的硫酸铝溶 液，用阳离子交换树脂法除去溶液中的铁离子，得到浓度为190g/L的硫酸铝溶液， 硫酸铝溶液pH值为1.3，量取800ml的除铁液，在70℃下前期溶液pH的调节， 用氨水在45min调节溶液pH值到2.1，并在搅拌速率为300r/min下进行搅拌，加 入160g氢氧化铝晶种使溶液的固含达到180g/L。
加入晶种后经过35min，继续向溶液中通入氨水，使溶液的pH值在70min 达到4.0停止通氨水，此时溶液中生成的固体有一部分为铝铵矾。之后，继续加 氨水调节pH值的同时，铝铵矾就会生成氢氧化铝。
在二段溶液pH的调节之后，经过40min继续向溶液中继续通入氨水，使溶 液在25min达到终点pH值5.6。
停留2.5h，采用真空抽滤得到氢氧化铝，分离时间为52秒，滤饼厚度为 8.2mm，分解率99%，滤饼含水率为20wt%，氢氧化铝粒径D50为55μm。
实施例2
粉煤灰氨法焙烧和溶出是将粉煤灰与硫酸铵按重量比1：5混合后，在温度为 400℃进行焙烧4小时，用水吸收焙烧产生的氨气得到浓度为25wt%的氨水，在 95℃下按水与烧结产物重量比为2.5:1进行溶出，得到含有少量硫酸铁的硫酸铝溶 液，用阳离子交换树脂法除去溶液中的铁离子，得到浓度为200g/L的硫酸铝溶液， 硫酸铝溶液pH值为1.6，量取1000ml的除铁液，在95℃下进行前期溶液pH的 调节，用氨水在60min调节溶液pH值到2.8，并在搅拌速率为400r/min下进行搅 拌，加入210g氢氧化铝晶种使溶液的固含达到200g/L。
加入晶种后经过50min，继续向溶液中通入氨水，使溶液的pH值在90min 达到4.5停止通入氨水，此时溶液中生成的固体有一部分为铝铵矾。之后，继续 加氨水调节pH值的同时，铝铵矾就会生成氢氧化铝。
在二段溶液pH的调节之后经过60min继续向溶液中继续通入氨水，使溶液 在40min达到终点pH值5.8。
停留反应3h后，采用真空抽滤得到氢氧化铝，分离时间为60秒，滤饼厚度 为7.6mm，分解率99%，滤饼含水率为18wt%，氢氧化铝粒径D50为58μm。
实施例3
粉煤灰氨法焙烧和溶出是将粉煤灰与硫酸铵按重量比1：5.5混合后，在温度 为570℃进行焙烧3.5小时，用水吸收焙烧产生的氨气得到浓度为22wt%的氨水， 在60℃下按水与烧结产物重量比为2:1进行溶出，得到含有少量硫酸铁的硫酸铝 溶液，用阳离子交换树脂法除去溶液中的铁离子，得到浓度为210g/L的硫酸铝溶 液，硫酸铝溶液pH值为1.3，量取700ml的除铁液，在70℃下前期溶液pH的调 节，用氨水在45min调节溶液pH值到2.5，并在搅拌速率为300r/min下进行搅拌， 加入160g氢氧化铝晶种使溶液的固含达到140g/L。
加入晶种后经过30min，继续向溶液中通入氨水，使溶液的pH值在60min 达到3.5停止通入氨水，此时溶液中生成的固体有一部分为铝铵矾。之后，继续 加氨水调节pH值的同时，铝铵矾就会生成氢氧化铝。
在二段溶液pH的调节之后经过30min继续向溶液中继续通入氨水，使溶液 在50min达到终点pH值5.5。
停留反应4h后，采用真空抽滤得到氢氧化铝，滤饼厚度为7.5mm，分解率 99%以上，滤饼含水率为16wt%，氢氧化铝粒径D50可达到60μm。
实施例4
粉煤灰氨法焙烧和溶出是将粉煤灰与硫酸铵按重量比1：6混合后，在温度为 500℃进行焙烧3小时，用水吸收焙烧产生的氨气得到浓度为23wt%的氨水，在 70℃下按水与烧结产物重量比为3:1进行溶出，得到含有少量硫酸铁的硫酸铝溶 液，用阳离子交换树脂法除去溶液中的铁，得到浓度为190g/L的硫酸铝溶液，硫 酸铝溶液pH值为1.4，量取800ml的除铁液，在80℃下前期溶液pH的调节，用 氨水在55min调节溶液pH值到2.5，并在搅拌速率为380r/min下进行搅拌，加入 160g氢氧化铝晶种使溶液的固含达到170g/L。之后，继续加氨水调节pH值的同 时，铝铵矾就会生成氢氧化铝。
加入晶种后经过40min，继续向溶液中通入氨水，使溶液的pH值在65min 达到4.2停止通入氨水，此时溶液中生成的固体有一部分为铝铵矾。
在二段溶液pH的调节之后经过50min继续向溶液中继续通入氨水，使溶液 在30min达到终点pH值5.6。
停留反应3h后，采用减压过滤得到氢氧化铝，分离时间为52秒，滤饼厚度 为8.5mm，分解率98%，滤饼含水率为20wt%，氢氧化铝粒径D50可达到65μ m。
实施例结果表明，将硫酸铵与粉煤灰混合、压片、焙烧得到硫酸铝、硫酸铁 的混合熟料，熟料浸出后得到含有少量硫酸铁的硫酸铝溶液，采用阳离子交换树 脂法进对溶液进行除铁，得到较为纯净的硫酸铝溶液。采用氨水分解得到氢氧化 铝，为了能得到冶金级的氢氧化铝，分解硫酸铝溶液的过程就显得尤为重要，过 快的通入氨水容易产生胶体，不易分离，而且对产品的纯度有很大的影响，本发 明分解方法和用氨水对溶液进行三段pH调节很好的解决了这一问题。