專利名稱：利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法
技術領域：
本發明涉及一種聯合生產氧化鋁和水泥的方法，特別涉及一種利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法。
背景技術：
隨著鋁工業的的發展，金屬鋁和氧化鋁在我國已成為越來越緊俏的工業產品，其生產能力遠遠不能滿足人們日益增長的需要，目前生產鋁和氧化鋁的唯一原料是鋁釩土，因此鋁土礦資源正日益貧乏。預計到2005年，我國原鋁年產量將突破700萬噸，將躍居世界首位，則每年需要1400萬噸氧化鋁和2800萬鋁土礦。國內優質的鋁土礦正日漸枯竭。
從長遠的戰略觀點來看，必須從其氧化鋁含量大于30％的高硅含鋁原料中來提取氧化鋁，即必須從來源廣泛的高嶺土、粘土和煤矸石等中提取氧化鋁，特別是從嚴重污染環境的粉煤灰中提取氧化鋁。
本發明概述本發明提供一種從粉煤灰和石灰石中提取氧化鋁，其產生的廢渣用于生產水泥的方法。本發明是以嚴重污染環境粉煤灰為原料來生產氧化鋁，其產生的廢渣用于生產水泥，因此，它包括兩個工藝流程，其一是氧化鋁生產的工藝流程，其二是廢渣生產水泥的工藝流程。其中氧化鋁生產的工藝流程又包括生料粉磨工序、氧化鋁熟料燒結工序、氧化鋁溶出工序、粗液徹底碳分工序、高硅氫氧化鋁低溫拜耳法溶出工序、種分工序和氧化鋁焙燒工序；而生產水泥的工藝流程又包括配料工序、粉磨工序、煅燒工序和水泥粉磨工序。
粉煤灰加上石灰石，通過燒結得到以C2S、C12A7、CA和CF為主要原料的無堿熟料，這些熟料經過冷卻過程，其從β-C2S向比較惰性的γ-C2S轉變，其體積膨脹10％，自行粉化至20μ左右的顆粒，然后就可以用稀碳酸鈉溶液從上述熟料中浸出氧化鋁和含堿量很低的殘渣，用這些殘渣配入石灰石燒制水泥，從而達到無廢料生產。
上述方法與用堿-石灰燒結法處理它們相比，此工藝方法的堿耗大大降低，廢渣可得到充分利用。
另外，本發明的原料為工業廢渣粉煤灰，在生產氧化鋁過程中產生的廢渣用于水泥生產，窯尾廢氣中的二氧化碳用于碳分工藝。本發明具有良好的環境保護效益，變廢為寶，符合國家的可持續發展戰略。
圖1是本發明利用粉煤灰聯合生產氧化鋁和水泥的工藝流程圖。
優先實施方式本發明從粉煤灰和石灰石中提取氧化鋁，其產生的廢渣用于生產水泥的方法，因此，它包括兩個工藝流程，其一是氧化鋁生產的工藝流程，其二是廢渣生產水泥的工藝流程。其中氧化鋁生產的工藝流程又包括生料粉磨工序、氧化鋁熟料燒結工序、氧化鋁溶出工序、粗液徹底碳分工序、高硅氫氧化鋁低溫拜耳法溶出工序、種分工序和氧化鋁焙燒工序；而生產水泥的工藝流程又包括配料工序、粉磨工序、煅燒工序和水泥粉磨工序。
圖1是本發明利用粉煤灰聯合生產氧化鋁和水泥的工藝流程圖。粉煤灰加上石灰石，通過燒結得到以C2S、C12A7、CA和CF為主要原料的無堿熟料，這些熟料經過冷卻過程，其從β-C2S向比較惰性的γ-C2S轉變，其體積膨脹10％，自行粉化至20μ左右的顆粒，然后就可以用稀碳酸鈉溶液從上述熟料中浸出氧化鋁和含堿量很低的殘渣，用固液分離方法將它們分離開，分離后粗液進行粗液徹底碳分，其中還將水泥煅燒窯中尾廢氣用來增濃粗液徹底碳分的二氧化碳，從而得到指標A/S為70左右的高硅氫氧化鋁，再用高硅氫氧化鋁低溫拜耳法溶出工序得到一級砂狀氧化鋁；而固液分離出的殘渣配入石灰石在回轉窯中煅燒成水泥熟料，從而達到無廢料生產。
所述的生料粉磨工序包括將粉煤灰和石灰石按照30∶70的比例混合進入原料磨中，進行粉磨。粉磨后的生料進入均化庫中進行均化處理，均化合格后的生料喂入回轉窯中，為下一道氧化鋁熟料燒結工序進行燒結作準備。其生料指標為A/S為0.5-1.4，優選范圍A/S為0.7-0.95；生料飽和比為0.6-1.2，生料飽和比優選范圍為0.75-0.95。
所述的氧化鋁熟料燒結工序，即合格后的生料在回轉窯中燒結。其燒結溫度范圍為1260-1440度(攝氏度，下同)，優選燒結溫度范圍為1340度-1390度。其熟料指標為A/S為0.65-1.1，優選范圍A/S為0.70-0.95；熟料飽和比為0.65-1.0，熟料飽和比優選范圍為0.75-0.95；自粉化率用02mm篩過篩其通過大于95％；氧化鋁工業溶出率大于75％。
所述的氧化鋁溶出工序包括粉化熟料在溶出裝置中在60-80度的溫度下，用30-60g/l的碳酸鈉溶液浸漬15-50分鐘，優選條件為碳酸鈉溶液濃度為60g/l、溶出溫度為70度、溶出時間為30分鐘。溶出完畢后，進入分離系統進行固液分離，分離后的粗液進入碳分工序，而固態的硅鈣渣經過洗滌后送入水泥回轉窯中煅燒。
所述的粗液徹底碳分工序包括將水泥煅燒窯中產生的尾氣二氧化碳氣體用于粗液徹底碳分工序中，利用水泥煅燒窯中尾廢氣來增濃二氧化碳，粗液在碳分塔組中進行碳分。其碳分條件是碳分溫度為50-80度，優選碳分溫度為65-75度。碳分終點為溶液中的苛性堿濃度小于2g/l。碳分工序完畢后，進入分離系統進行固液分離，固體經過種分母液洗滌后進入拜耳法系統。而碳分母液送到溶出工序進行下一批熟料溶出。
所述的高硅氫氧化鋁低溫拜耳法溶出工序包括碳分后生產的高硅氫氧化鋁送入管道化溶出器中進行拜耳法溶出。其溶出溫度范圍為110-180度，優選溶出溫度范圍為140-160度；循環堿Na2Ok為160g/l；溶出液分子比為1.35；精液氧化鋁濃度為160-220g/l。
所述的種分工序，即精液氧化鋁在種分槽中進行種分分解。
所述的氧化鋁焙燒工序包括種分生產的氫氧化鋁經過洗滌后，送入焙燒系統煅燒生產出砂狀氧化鋁。
生產水泥的工藝流程又包括配料工序、粉磨工序、煅燒工序和水泥粉磨工序。
所述的配料工序和粉磨工序包括氧化鋁溶出過程中產生的硅鈣渣經洗滌后與少量石灰石按照(90-95)∶(10-5)的比例進入濕法磨系統，進行磨制水泥生料。
所述的煅燒工序，即上述合格的水泥生料在回轉窯中煅燒。將水泥生料煅燒成水泥熟料。
所述的水泥粉磨工序包括水泥熟料與石膏和混合材料一起，按一定比例進入水泥磨中，磨制成水泥。
本發明提供一種利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，而傳統的燒結法生產氧化鋁均采用濕法生產，其在生料中加入堿性溶液，而本發明采用新型干法回轉窯進行煅燒，使得氧化鋁熟料為無堿粉化熟料；而且本發明采用粗液氧化鋁徹底碳分和低溫拜耳法溶出相結合的工藝，從而能夠得到一級砂狀氧化鋁；本發明將水泥煅燒窯中產生的尾氣二氧化碳氣體用于粗液徹底碳分工序中，利用水泥煅燒窯中尾廢氣來增濃二氧化碳；和將提取氧化鋁過程的廢棄物硅鈣渣，用于生產硅酸鹽水泥熟料，既變廢為寶，又能減少污染，又能節約能源。
權利要求
1.一種利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其包括氧化鋁生產的工藝流程和利用廢渣生產水泥的工藝流程，其中氧化鋁生產的工藝流程又包括粉煤灰和石灰石的生料粉磨工序、氧化鋁熟料燒結工序、氧化鋁溶出工序、粗液徹底碳分工序、高硅氫氧化鋁低溫拜耳法溶出工序、種分工序和氧化鋁焙燒工序；所述的氧化鋁溶出工序溶出完畢后，進入分離系統進行固液分離，分離后的粗液進入上述碳分工序，而固態的硅鈣渣經過洗滌后進入水泥生產流程；而生產水泥的工藝流程又包括上述硅鈣渣與石灰石的配料工序、粉磨工序、煅燒工序和水泥粉磨工序；而利用廢渣生產水泥的工藝流程又包括配料工序、粉磨工序、煅燒工序和水泥粉磨工序。
2.如權利要求1所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在于所述的粗液徹底碳分工序包括將水泥煅燒窯中產生的尾氣二氧化碳氣體用于粗液徹底碳分工序中，利用水泥煅燒窯中尾廢氣來增濃二氧化碳。
3.如權利要求1或2所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在于所述的粉煤灰和石灰石的生料粉磨工序包括將粉煤灰和石灰石按照30∶70的比例混合進入原料磨中，進行粉磨；粉磨后的生料進入均化庫中進行均化處理，均化合格后的生料喂入回轉窯中，為下一道氧化鋁熟料燒結工序進行燒結作準備；其粉煤灰和石灰石生料指標為A/S為0.5-1.4，生料飽和比為0.6-1.2。
4.如權利要求3所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在于其粉煤灰和石灰石生料指標為A/S為0.7-0.95；生料飽和比為0.75-0.95。
5.如權利要求1或2所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在于所述的氧化鋁熟料燒結工序，即合格后的生料在回轉窯中燒結；其燒結溫度范圍為1260度-1440度，其熟料指標為A/S為0.65-1.1，熟料飽和比為0.65-1.0，自粉化率用02mm篩過篩其通過大于95％；氧化鋁工業溶出率大于75％。
6.如權利要求5所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在于所述的氧化鋁熟料燒結工序的燒結溫度范圍為1340度-1390度，其熟料指標為A/S為0.70-0.95熟料飽和比范圍為0.75-0.95。
7.如權利要求1或2所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在于所述的氧化鋁溶出工序包括粉化熟料在溶出裝置中在60-80度的溫度下，用30-60g/l的碳酸鈉溶液浸漬15-50分鐘，溶出完畢后，進入分離系統進行固液分離，分離后的粗液進入碳分工序，而固態的硅鈣渣經過洗滌后送入水泥回轉窯中煅燒。
8.如權利要求7所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在于所述的氧化鋁溶出工序的條件為碳酸鈉溶液濃度為60g/l、溶出溫度為70度、溶出時間為30分鐘。
9.如權利要求1或2所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在于所述的粗液徹底碳分工序包括將水泥煅燒窯中產生的尾氣二氧化碳氣體用于粗液徹底碳分工序中，利用水泥煅燒窯中尾廢氣來增濃二氧化碳，粗液在碳分塔組中進行碳分；其碳分條件是碳分溫度為50-80度，優選碳分溫度為65-75度；碳分終點為溶液中的苛性堿濃度小于2g/l；碳分工序完畢后，進入分離系統進行固液分離，固體經過種分母液洗滌后進入拜耳法系統，而碳分母液送到溶出工序進行下一批熟料溶出。
10.如權利要求1或2或9所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在于所述的高硅氫氧化鋁低溫拜耳法溶出工序包括碳分后生產的高硅氫氧化鋁送入管道化溶出器中進行拜耳法溶出；其溶出溫度范圍為110-180度，循環堿Na2Ok為160g/l；溶出液分子比為1.35；精液氧化鋁濃度為160-220g/l。
11.如權利要求1或2所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在于溶出溫度范圍為140-160度。
12.如權利要求1或2所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在于所述的種分工序，即精液氧化鋁在種分槽中進行種分分解。
13.如權利要求1或2所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在所述的氧化鋁焙燒工序包括種分生產的氫氧化鋁經過洗滌后，送入焙燒系統煅燒生產出砂狀氧化鋁。
14.如權利要求1或2所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在生產水泥的工藝流程的所述的配料工序和粉磨工序包括氧化鋁溶出過程中產生的硅鈣渣經洗滌后與少量石灰石按照(90-95)∶(10-5)的比例進入濕法磨系統，進行磨制水泥生料。
15.如權利要求1或2所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在生產水泥的工藝流程的所述的煅燒工序，即合格后的水泥生料在回轉窯中煅燒。將水泥生料煅燒成水泥熟料。
16.如權利要求1或2所述的利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，其特征在生產水泥的工藝流程的所述的水泥粉磨工序包括水泥熟料與石膏和混合材料一起，按一定比例進入水泥磨中，磨制成水泥。
全文摘要
本發明提供一種利用粉煤灰和石灰石聯合生產氧化鋁和水泥的方法，而傳統的燒結法生產氧化鋁均采用濕法生產，其在生料中加入堿性溶液，而本發明采用新型干法回轉窯進行煅燒，使得氧化鋁熟料為無堿粉化熟料；而且本發明采用粗液氧化鋁徹底碳分和低溫拜耳法溶出相結合的工藝，從而能夠得到一級砂狀氧化鋁；本發明將水泥煅燒窯中產生的尾氣二氧化碳氣體用于粗液徹底碳分工序中，利用水泥煅燒窯中尾廢氣來增濃二氧化碳；和將提取氧化鋁過程的廢棄物硅鈣渣，用于生產硅酸鹽水泥熟料，既變廢為寶，又能減少污染，又能節約能源。
文檔編號C01F7/00GK1644506SQ200410090949
公開日2005年7月27日 申請日期2004年11月12日 優先權日2004年11月12日
發明者劉埃林, 趙建國, 武思東, 許士韶, 上官正, 張克儉, 李學勇, 周立平, 魏一林, 杜鴻逵, 趙林茂, 沈軍, 鄭齊祥, 馬海軍, 郝躍進 申請人:內蒙古蒙西高新技術集團有限公司