一种利用粉煤灰制备硫酸铝的方法.pdf

本发明涉及一种利用工业固体废弃物处理制备硫酸铝的方法，尤其涉及一种利用粉煤灰制备硫酸铝的方法。它包括以下步骤：将粉煤灰机械活化；将机械活化后的粉煤灰与水按照重量1∶0.5～2.5的比例混合，加入浓硫酸与粉煤灰的重量比为0.3～2.2∶1的浓硫酸在反应釜中，温度为120℃～230℃，压力为0.11MPa～0.50MPa，保持温度1h～8h，生成碱式硫酸铝；反应降温后固液分离，向碱式硫酸铝液体中加入硫酸，调节体系盐基度至0.1～0.4，pH值3～4，使其转化为硫酸铝溶液；硫酸铝溶液蒸发浓缩至110℃～120℃，冷却结晶析出硫酸铝晶体。

1、  一种利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于包括以下步骤：
将粉煤灰机械活化；
将机械活化后的粉煤灰与水按照重量1∶0.5～2.5的比例混合，加入浓硫酸与粉煤灰的重量比为0.3～2.2∶1的浓硫酸在反应釜中，温度为120℃～230℃，压力为0.11MPa～0.50MPa，保持温度1h～8h，生成碱式硫酸铝；
反应降温后固液分离，向碱式硫酸铝液体中加入硫酸，调节体系盐基度至0.1～0.4，pH值3～4，使其转化为硫酸铝溶液；
硫酸铝溶液蒸发浓缩至110℃～120℃，冷却结晶析出硫酸铝晶体。

2、  根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于还包括下述步骤：硫酸铝晶体经破碎包装即得产品。

3、  根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于所述的机械活化采用振动磨、立式磨、行星磨、高能球磨或雷蒙磨中的一种进行研磨。

4、  根据权利要求3所述的利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于所述的研磨至100～800目。

5、  根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于所述的粉煤灰与硫酸反应的反应釜的内衬、搅拌装置、反应釜间管道和阀门为耐酸瓷砖、搪瓷、玻璃、氟塑料或聚四氟乙烯中的一种。

6、  根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于所述的粉煤灰与硫酸反应后，碱式硫酸铝溶液与渣的固液分离采用自然沉降、絮凝沉降、加压过滤或减压过滤中的一种。

7、  根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于所述的向碱式硫酸铝溶液中加入硫酸调节体系盐基度，所用硫酸浓度为10％～98％。

8、  根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于所述的反应降温后固液分离的残渣用热水逆流洗涤。

9、  根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于所述的液体硫酸铝蒸发浓缩采用常压或减压蒸发中的一种。

10、  根据权利要求9所述的利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于所述的蒸发浓缩设备为搪铅或陶瓷或有机材料内衬。

11、  根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于所述的液体硫酸铝蒸发浓缩采用直接或间接加热，加热管采用钛材或搪铅，并做阳极保护处理。

12、  根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于所述的冷却结晶采用钢带结晶机或滚筒结晶机中的一种。

13、  根据权利要求10所述的一种利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于所述的冷却结晶采用循环水为冷却介质。

14、  根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，其特征在于所述的混合后反应硫酸浓度为20～75％。

一种利用粉煤灰制备硫酸铝的方法
技术领域
本发明涉及一种利用工业固体废弃物制备硫酸铝的方法，尤其涉及一种利用粉煤灰制备硫酸铝的方法。
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，对生态和环境形成双重破坏。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。
硫酸铝可以作水源、工厂用水或工厂废水处理的净化剂，纸上浆剂；用于灭火器、生产铝化合物或白色皮革的鞣质；可作为油脂的澄清剂，一些反应的催化剂等等；是重要的化工原料。目前生产硫酸铝的主要方法是用铝矾土和硫酸为原料，在一定条件下反应制得。
铝土矿属于不可再生资源，随着我国铝工业的发展，铝土矿日趋匮乏，寻找铝土矿的代替资源是我国铝工业发展的必由之路。粉煤灰中含有大量的氧化铝，含量在20％～60％，如何从粉煤灰中提取硫酸铝，尽最大限度地利用粉煤灰是非常重要的。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。
发明内容
为解决上述技术问题本发明提供一种利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，目的是不添加任何助剂，提高粉煤灰中提取氧化铝的浸出率。
为达上述目的本发明一种利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，于包括以下步骤：将粉煤灰机械活化；将机械活化后的粉煤灰与水按照重量1∶0.5～2.5的比例混合，加入浓硫酸与粉煤灰的重量比为0.3～2.2∶1的浓硫酸在反应釜中，温度为120℃～230℃，压力为0.11MPa～0.50MPa，保持温度1h～8h，生成碱式硫酸铝；反应降温后固液分离，向碱式硫酸铝液体中加入硫酸，调节体系盐基度至0.1～0.4，pH值3～4，使其转化为硫酸铝溶液；硫酸铝溶液蒸发浓缩至110℃～120℃，冷却结晶析出硫酸铝晶体。
所述的利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，还包括下述步骤：硫酸铝晶体经破碎包装即得产品。
所述的机械活化采用振动磨、立式磨、行星磨、高能球磨或雷蒙磨中的一种进行研磨。
所述的研磨至100～800目。
所述的粉煤灰与硫酸反应的反应釜的内衬、搅拌装置、反应釜间管道和阀门为耐酸瓷砖、搪瓷、玻璃、氟塑料或聚四氟乙烯中的一种。
所述的粉煤灰与硫酸反应后，碱式硫酸铝溶液与渣的固液分离采用自然沉降、絮凝沉降、加压过滤或减压过滤中的一种。
所述的向碱式硫酸铝溶液中加入硫酸调节体系盐基度，所用硫酸浓度为10％～98％。
所述的反应降温后固液分离的残渣用热水逆流洗涤。
所述的液体硫酸铝蒸发浓缩采用常压或减压蒸发中的一种。
所述的蒸发浓缩设备为搪铅或陶瓷或有机材料内衬。
所述的液体硫酸铝蒸发浓缩采用直接或间接加热，加热管采用钛材或搪铅，并做阳极保护处理。
所述的冷却结晶采用钢带结晶机或滚筒结晶机中的一种。
所述的冷却结晶采用循环水为冷却介质。
本发明的优点效果：
本发明采用粉煤灰活化技术，不添加任何助剂，可使粉煤灰中氧化铝有效浸出，氧化铝的浸出率可达到85％以上。
本发明利用浓硫酸稀释热，可使反应釜内温度升高，形成高压，强化粉煤灰中氧化铝的浸出，节约能源。
本发明通过控制粉煤灰与硫酸的比例，使其生成碱式硫酸铝，从而屏蔽了大量的铁、钙等杂质进入溶液，保证硫酸铝产品的质量。
本发明反应条件为硫酸浓度20％～75％，温度120℃～230℃，此条件下设备容易解决，利于产业化。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明。
实施例1
原料粉煤灰组成为：Al₂O₃：41％、、SiO₂：48％、Fe₂O₃：3.3％、CaO：3.3％、TiO₂：1.3％、MgO：0.2％。原料粉煤灰的组成也可以采用其它组成成分及具体用量，任何常规的粉煤灰均可以，这不能用于限定本发明的保护范围。
将粉煤灰用振动磨进行机械活化，研磨至100目，与水按照1∶1混合置于耐酸高压反应釜中，将酸灰重量比为0.8∶1的浓硫酸置于与反应釜连接的另一耐压容器内，反应釜与耐压容器高压系统封闭后使浓硫酸流入粉煤灰与水混合，温度为172℃，压力为0.32MPa，反应6h。反应降温后固液分离，采用自然沉降得到碱式硫酸铝液体，反应降温后固液分离的残渣用热水逆流洗涤，提高铝的回收率，加入浓度为10％的硫酸调节其盐基度为0.1，pH值3.2，得到硫酸铝溶液；蒸发浓缩后冷却至120℃，析出硫酸铝晶体，硫酸铝晶体经破碎包装即得产品，蒸发浓缩后硫酸铝液体降温结晶采用钢带结晶机，采用循环水为冷却介质；液体硫酸铝蒸发浓缩采用常压直接蒸发，蒸发浓缩设备为搪铅，蒸发设备的加热管为钛材，并做阳极保护处理；粉煤灰与硫酸反应的反应釜的内衬、搅拌装置、反应釜间管道和阀门为耐酸瓷砖。产品符合国家标准。取部分浸出后渣洗涤至中性，分析其中Al₂O₃和SiO₂含量，计算粉煤灰中氧化铝的浸出率达88.2％。
实施例2
将实施例1中的原料粉煤灰用立式磨进行机械活化，研磨至300目，与水按照1∶1.5混合置于耐酸高压反应釜中，将酸灰重量比为0.7∶1的浓硫酸置于与反应釜连接的另一耐压容器内，反应釜与耐压容器高压系统封闭后使浓硫酸流入粉煤灰与水混合，温度为120℃，压力为0.5MPa，反应8h。反应降温后固液分离，采用絮凝沉降得到碱式硫酸铝液体，反应降温后固液分离的残渣用热水逆流洗涤，提高铝的回收率，加入浓度为50％的硫酸调节其盐基度为0.3，pH值3.5，得到硫酸铝溶液。蒸发浓缩后冷却至110℃，析出硫酸铝晶体，硫酸铝晶体经破碎包装即得产品，蒸发浓缩后硫酸铝液体降温结晶采用滚筒结晶机，采用循环水为冷却介质。液体硫酸铝蒸发浓缩采用减压间接蒸发，蒸发浓缩设备的内衬为有机材料，蒸发设备的加热管为搪铅，并做阳极保护处理。粉煤灰与硫酸反应的反应釜的内衬、搅拌装置、反应釜间管道和阀门为搪瓷。产品符合国家标准。取部分浸出后渣洗涤至中性，分析其中Al₂O₃和SiO₂含量，计算粉煤灰中氧化铝的浸出率达80.6％。
实施例3
将实施例1中的原料粉煤灰用行星磨进行机械活化，研磨至800目，与水按照1∶0.5混合置于耐酸高压反应釜中，将酸灰重量比为1.5∶1的浓硫酸置于与反应釜连接的另一耐压容器内，反应釜与耐压容器高压系统封闭后使浓硫酸流入粉煤灰与水混合，温度为230℃，压力为0.11MPa，反应4h。反应降温后固液分离，采用加压过滤得到碱式硫酸铝液体，反应降温后固液分离的残渣用热水逆流洗涤，提高铝的回收率，加入浓度为98％的硫酸调节其盐基度为0.4，pH值4，得到硫酸铝溶液。蒸发浓缩后冷却至115℃，析出硫酸铝晶体，硫酸铝晶体经破碎包装即得产品，蒸发浓缩后硫酸铝液体降温结晶采用滚筒结晶机，采用循环水为冷却介质。液体硫酸铝蒸发浓缩采用常压间接蒸发，蒸发浓缩设备的内衬为有机材料，蒸发设备的加热管为钛材，并做阳极保护处理。粉煤灰与硫酸反应的反应釜的内衬、搅拌装置、反应釜间管道和阀门为氟塑料。产品符合国家标准。取部分浸出后渣洗涤至中性，分析其中Al₂O₃和SiO₂含量，计算粉煤灰中氧化铝的浸出率达85.2％。
实施例4
实施例1中的粉煤灰用高能球磨进行机械活化，研磨至500目，与水按照1∶2.5混合置于耐酸高压反应釜中，将酸灰重量比为2.2∶1的浓硫酸置于与反应釜连接的另一耐压容器内，反应釜与耐压容器高压系统封闭后使浓硫酸流入粉煤灰与水混合，温度为190℃，压力为0.4MPa，反应1h。反应降温后固液分离，采用减压过滤得到碱式硫酸铝液体，反应降温后固液分离的残渣用热水逆流洗涤，提高铝的回收率，加入浓度为70％的硫酸调节其盐基度为0.3，pH值3.8，得到硫酸铝溶液。蒸发浓缩后冷却至119℃，析出硫酸铝晶体，硫酸铝晶体经破碎包装即得产品，蒸发浓缩后硫酸铝液体降温结晶采用钢带结晶机，采用循环水为冷却介质。液体硫酸铝蒸发浓缩采用减压直接蒸发，蒸发浓缩设备的内衬为有机材料，蒸发设备的加热管为钛材，并做阳极保护处理。粉煤灰与硫酸反应的反应釜的内衬、搅拌装置、反应釜间管道和阀门为玻璃。产品符合国家标准。取部分浸出后渣洗涤至中性，分析其中Al₂O₃和SiO₂含量，计算粉煤灰中氧化铝的浸出率达91.4％。
实施例5
实施例1中的粉煤灰用雷蒙磨进行机械活化，研磨至600目，与水按照1∶2混合置于耐酸高压反应釜中，将酸灰重量比为1.8∶1的浓硫酸置于与反应釜连接的另一耐压容器内，反应釜与耐压容器高压系统封闭后使浓硫酸流入粉煤灰与水混合，温度为140℃，压力为0.3MPa，反应3h。反应降温后固液分离，采用减压过滤得到碱式硫酸铝液体，反应降温后固液分离的残渣用热水逆流洗涤，提高铝的回收率，加入浓度为70％的硫酸调节其盐基度为0.2，pH值3，得到硫酸铝溶液。蒸发浓缩后冷却至112℃，析出硫酸铝晶体，硫酸铝晶体经破碎包装即得产品，蒸发浓缩后硫酸铝液体降温结晶采用钢带结晶机，采用循环水为冷却介质。液体硫酸铝蒸发浓缩采用减压直接蒸发，蒸发浓缩设备的内衬为有机材料，蒸发设备的加热管为钛材，并做阳极保护处理。粉煤灰与硫酸反应的反应釜的内衬、搅拌装置、反应釜间管道和阀门为聚四氟乙烯。产品符合国家标准。取部分浸出后渣洗涤至中性，分析其中Al₂O₃和SiO₂含量，计算粉煤灰中氧化铝的浸出率达90％。