一種利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法
【專利摘要】本發明是氫氧化鋁生產領域，具體為一種利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法。將粉煤灰用氨法焙燒得到的產物用水在50～95℃下溶出并分離，得到含有鐵離子的硫酸鋁溶液；采用陽離子交換樹脂法除去溶液中的鐵離子，得到硫酸鋁精制溶液；焙燒產生的氨氣用水吸收得到的氨水，用來分解除鐵后硫酸鋁溶液，首先用氨水進行前期溶液pH的調節，然后加入晶種，再進行二段溶液pH的調節，最后進行終點pH值的調節；停留后，得到粒度較大氫氧化鋁。本發明采用焙燒過程中產生的氨氣吸收得到的氨水對除鐵液進行分解，溶液pH容易控制，分解生成的氫氧化鋁易于固液分離，工藝簡單，利于產業化。
【專利說明】一種利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法
【技術領域】
[0001]本發明是氫氧化鋁生產領域，具體為一種利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法。
【背景技術】
[0002]粉煤灰是燃煤電廠排出的固體廢棄物。目前，我國粉煤灰年排放量上億噸，我國粉煤灰的總堆存量有十幾億噸。大量粉煤灰的排放不僅侵占大量土地，而且嚴重污染環境，構成了對生態和環境的雙重破壞。因此開展粉煤灰的綜合利用具有重大現實意義和長遠戰略意義。同樣，我國是一個鋁資源不富有的國家，鋁土礦已經不能滿足未來對礦產的需求。按目前氧化鋁產量的增長速度和鋁土礦開采、利用中的浪費，即使考慮到遠景儲量，我國的鋁土礦的保障年限也很難達到50年。所以，解決這種資源危機的方法有兩種:一是合理利用現有鋁土礦資源，延長服務年限；二是積極找尋并利用其他含鋁資源。而氧化鋁是粉煤灰的主要成分之一，有些地方粉煤灰中的氧化鋁含量可達40%?50%，具有可提取經濟價值。因此，開展從粉煤灰中提取氧化鋁的研究工作既可以解決粉煤灰的污染，又可以緩解鋁土礦資源短缺問題。
[0003]目前，從粉煤灰中提取氧化鋁的研究比較成熟的有石灰石燒結法和堿石灰燒結法，此兩者通稱為堿法。這種堿法提取粉煤灰中氧化鋁也存在一些問題，燒結法產生的硅鈣渣，只能用做水泥原料，而且產生的渣量更大，會造成更多的污染；燒結法處理粉煤灰設備投資大，能耗高，成本高。現在有部分企業采用硫酸法和鹽酸法，這兩種方法對設備的耐腐蝕性要求高，設備投資大、且可靠性差；而僅有硫酸銨燒結法制備過程為減量過程，渣量小；反應體系為弱酸體系，設備較容易解決，利于產業化。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法，目的是能夠使分解的氫氧化鋁顆粒較大，含水率低，易于分離。
[0005]為了解決上述問題，本發明是這樣實現的:
[0006]一種利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法，將粉煤灰用氨法焙燒得到的產物用水在50?95°C下溶出并分離，得到含有鐵離子的硫酸鋁溶液；采用陽離子交換樹脂法除去溶液中的鐵離子，得到硫酸鋁精制溶液；焙燒產生的氨氣用水吸收得到的氨水，用來分解除鐵后硫酸鋁溶液，首先用氨水進行前期溶液PH的調節，然后加入晶種，再進行二段溶液PH的調節，最后進行終點pH值的調節；停留后，得到粒度較大氫氧化鋁。
[0007]所述的粉煤灰氨法焙燒和溶出是將粉煤灰與硫酸銨按重量比1:3?1:7混合后，在溫度為300?600°C進行焙燒I?6小時，在50?95°C下按水與燒結產物重量比為1:1?5:1進行溶出，得到含有鐵離子的硫酸鋁溶液。
[0008]所述的氨水為氨法焙燒產生的氨氣用水吸收，得到濃度為15wt%?28wt%的氨水，用來分解除鐵后的硫酸鋁溶液。
[0009]所述的硫酸鋁精制溶液的濃度為160?280g/L，硫酸鋁精制溶液的pH值為0.8?1.6。
[0010]所述的前期溶液pH的調節是在50?95°C下，用所得到的氨水在30?60min調節溶液PH值到2?3，并在攪拌速率為200?400r/min下進行攪拌。
[0011]所述的加入晶種是在溶液中加入氫氧化鋁晶種使溶液的固含量達到130?280g/L0
[0012]所述的二段溶液pH的調節是加入晶種后經過20?60min，繼續向溶液中通入所得到的氨水，使溶液的PH值在50?90min達到3.5?4.5停止加入氨水，此時溶液中生成的固體有一部分為鋁銨礬，得到鋁銨礬和氫氧化鋁的混合物；之后，繼續加氨水調節PH值的同時，鋁銨礬就會生成氫氧化鋁。
[0013]所述的進行終點pH值的調節是在二段溶液pH的調節之后，經過30?60min繼續向溶液中繼續通入氨水，使溶液在10?40min達到終點pH值5?5.8，。
[0014]所述的停留后得到氫氧化鋁為停留2?5h，采用加壓或減壓過濾得到氫氧化鋁，分解率99%以上，濾餅含水率為10wt%?30wt%，氫氧化鋁粒徑D50達到40?70 μ m。
[0015]本發明的優點和效果如下:
[0016]本發明采用焙燒過程中產生的氨氣，用水吸收得到的氨水，對除鐵液進行分解，可使整個氨法焙燒過程中產生的產物循環利用，用氨水易于控制溶液PH，分解生成的氫氧化鋁易于固液分離，工藝簡單，利于產業化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明加以詳細描述，但本發明的保護范圍不受示意圖所限。
[0019]如圖1所示，本發明利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法，其工藝流程為:
[0020](I)氨法焙燒和溶出，粉煤灰氨法焙燒和溶出是將粉煤灰與硫酸銨按重量比1:3?1:7混合后，在溫度為300?600°C進行焙燒I?6小時，在50?95°C下按水與燒結產物重量比為1:1?5:1進行溶出，得到含有少量鐵離子的硫酸招溶液；
[0021](2)除鐵，采用陽離子交換樹脂法除去溶液中的鐵離子，得到硫酸鋁精制溶液；
[0022](3)分解，氨法焙燒產生的氨氣用水吸收得到濃度為15wt%?28wt%的氨水，用來分解除鐵后的硫Ife招溶液；其中，硫Ife招精制溶液的濃度為160?280g/L,硫酸招精制溶液的pH值為0.8?1.6。
[0023]首先用氨水進行前期溶液pH的調節，然后加入晶種，再進行二段溶液pH的調節，最后進行終點PH值的調節；停留后，得到粒度較大的氫氧化鋁。
[0024]所述前期溶液pH的調節,是在50?95°C下,用所得到的氨水在30?60min調節溶液PH值到2?3，并在攪拌速率為200?400r/min下進行攪拌；
[0025]所述的加入晶種，是在溶液中加入氫氧化鋁晶種使溶液的固含量達到130?280g/L ；
[0026]所述二段溶液pH的調節，是加入晶種后經過20?60min，繼續向溶液中通入所得到的氨水，使溶液的PH值在50?90min達到3.5?4.5停止加入氨水，此時溶液中生成的固體有一部分為鋁銨礬，得到鋁銨礬和氫氧化鋁的混合物。之后，繼續加氨水調節PH值的同時，鋁銨礬就會生成氫氧化鋁。
[0027]所述的進行終點pH值的調節，是在二段溶液pH的調節之后，經過30?60min繼續向溶液中繼續通入氨水，使溶液在10?40min達到終點pH值5?5.8。
[0028]所述的停留后得到氫氧化鋁為停留2?5h，采用加壓或減壓過濾得到氫氧化鋁，分解率99%以上，濾餅含水率為10wt%?30wt%，氫氧化鋁粒徑D50達到40?70 μ m。本發明中，分離時間和濾餅厚度根據要分解的量來具體確定。
[0029]實施例1
[0030]粉煤灰氨法焙燒和溶出是將粉煤灰與硫酸銨按重量比1:4混合后，在溫度為350°C進行焙燒5小時，用水吸收焙燒產生的氨氣得到濃度為20wt%的氨水，在60°C下按水與燒結產物重量比為3:1進行溶出，得到含有少量硫酸鐵的硫酸鋁溶液，用陽離子交換樹脂法除去溶液中的鐵離子，得到濃度為190g/L的硫酸鋁溶液，硫酸鋁溶液pH值為1.3，量取800ml的除鐵液，在70°C下前期溶液pH的調節，用氨水在45min調節溶液pH值到2.1，并在攪拌速率為300r/min下進行攪拌，加入160g氫氧化鋁晶種使溶液的固含達到180g/L。
[0031]加入晶種后經過35min，繼續向溶液中通入氨水，使溶液的pH值在70min達到4.0停止通氨水，此時溶液中生成的固體有一部分為鋁銨礬。之后，繼續加氨水調節PH值的同時，鋁銨礬就會生成氫氧化鋁。
[0032]在二段溶液pH的調節之后，經過40min繼續向溶液中繼續通入氨水，使溶液在25min達到終點pH值5.6。
[0033]停留2.5h，采用真空抽濾得到氫氧化鋁，分離時間為52秒，濾餅厚度為8.2mm，分解率99%，濾餅含水率為20wt%，氫氧化鋁粒徑D50為55 μ m。
[0034]實施例2
[0035]粉煤灰氨法焙燒和溶出是將粉煤灰與硫酸銨按重量比1:5混合后，在溫度為400°C進行焙燒4小時，用水吸收焙燒產生的氨氣得到濃度為25wt%的氨水，在95°C下按水與燒結產物重量比為2.5:1進行溶出，得到含有少量硫酸鐵的硫酸鋁溶液，用陽離子交換樹脂法除去溶液中的鐵離子，得到濃度為200g/L的硫酸鋁溶液，硫酸鋁溶液pH值為1.6，量取100ml的除鐵液，在95°C下進行前期溶液pH的調節，用氨水在60min調節溶液pH值到2.8，并在攪拌速率為400r/min下進行攪拌，加入210g氫氧化鋁晶種使溶液的固含達到200g/L。
[0036]加入晶種后經過50min，繼續向溶液中通入氨水，使溶液的pH值在90min達到4.5停止通入氨水，此時溶液中生成的固體有一部分為鋁銨礬。之后，繼續加氨水調節PH值的同時，鋁銨礬就會生成氫氧化鋁。
[0037]在二段溶液pH的調節之后經過60min繼續向溶液中繼續通入氨水，使溶液在4011^11達到終點？!1值5.8。
[0038]停留反應3h后，采用真空抽濾得到氫氧化招，分離時間為60秒，濾餅厚度為
7.6mm,分解率99%，濾餅含水率為18wt%，氫氧化鋁粒徑D50為58 μ m。
[0039]實施例3
[0040]粉煤灰氨法焙燒和溶出是將粉煤灰與硫酸銨按重量比1:5.5混合后，在溫度為570°C進行焙燒3.5小時，用水吸收焙燒產生的氨氣得到濃度為22wt%的氨水，在60°C下按水與燒結產物重量比為2:1進行溶出，得到含有少量硫酸鐵的硫酸鋁溶液，用陽離子交換樹脂法除去溶液中的鐵離子，得到濃度為210g/L的硫酸鋁溶液，硫酸鋁溶液pH值為1.3，量取700ml的除鐵液，在70°C下前期溶液pH的調節，用氨水在45min調節溶液pH值到2.5，并在攪拌速率為300r/min下進行攪拌，加入160g氫氧化鋁晶種使溶液的固含達到140g/L。
[0041]加入晶種后經過30min，繼續向溶液中通入氨水，使溶液的pH值在60min達到3.5停止通入氨水，此時溶液中生成的固體有一部分為鋁銨礬。之后，繼續加氨水調節PH值的同時，鋁銨礬就會生成氫氧化鋁。
[0042]在二段溶液pH的調節之后經過30min繼續向溶液中繼續通入氨水，使溶液在5011^11達到終點？!1值5.5。
[0043]停留反應4h后,采用真空抽濾得到氫氧化招,濾餅厚度為7.5mm,分解率99%以上，濾餅含水率為16wt%,氫氧化招粒徑D50可達到60 μ m。
[0044]實施例4
[0045]粉煤灰氨法焙燒和溶出是將粉煤灰與硫酸銨按重量比1:6混合后，在溫度為500°C進行焙燒3小時，用水吸收焙燒產生的氨氣得到濃度為23wt%的氨水，在70°C下按水與燒結產物重量比為3:1進行溶出，得到含有少量硫酸鐵的硫酸鋁溶液，用陽離子交換樹脂法除去溶液中的鐵，得到濃度為190g/L的硫酸鋁溶液，硫酸鋁溶液pH值為1.4，量取800ml的除鐵液，在80°C下前期溶液pH的調節，用氨水在55min調節溶液pH值到2.5，并在攪拌速率為380r/min下進行攪拌，加入160g氫氧化鋁晶種使溶液的固含達到170g/L。之后，繼續加氨水調節PH值的同時，鋁銨礬就會生成氫氧化鋁。
[0046]加入晶種后經過40min，繼續向溶液中通入氨水，使溶液的pH值在65min達到4.2停止通入氨水，此時溶液中生成的固體有一部分為招銨帆。
[0047]在二段溶液pH的調節之后經過50min繼續向溶液中繼續通入氨水，使溶液在3011^11達到終點？!1值5.6。
[0048]停留反應3h后，采用減壓過濾得到氫氧化鋁，分離時間為52秒，濾餅厚度為
8.5mm,分解率98%，濾餅含水率為20wt%，氫氧化鋁粒徑D50可達到65 μ m。
[0049]實施例結果表明，將硫酸銨與粉煤灰混合、壓片、焙燒得到硫酸鋁、硫酸鐵的混合熟料，熟料浸出后得到含有少量硫酸鐵的硫酸鋁溶液，采用陽離子交換樹脂法進對溶液進行除鐵，得到較為純凈的硫酸鋁溶液。采用氨水分解得到氫氧化鋁，為了能得到冶金級的氫氧化鋁，分解硫酸鋁溶液的過程就顯得尤為重要，過快的通入氨水容易產生膠體，不易分離，而且對產品的純度有很大的影響，本發明分解方法和用氨水對溶液進行三段pH調節很好的解決了這一問題。
【權利要求】
1.一種利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法，其特征在于，將粉煤灰用氨法焙燒得到的產物用水在50?95°C下溶出并分離，得到含有鐵離子的硫酸鋁溶液；采用陽離子交換樹脂法除去溶液中的鐵離子，得到硫酸鋁精制溶液；焙燒產生的氨氣用水吸收得到的氨水，用來分解除鐵后硫酸鋁溶液，首先用氨水進行前期溶液P H的調節,然后加入晶種，再進行二段溶液PH的調節，最后進行終點pH值的調節；停留后，得到粒度較大氫氧化招。
2.按照權利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法，其特征在于，所述的粉煤灰氨法焙燒和溶出是將粉煤灰與硫酸銨按重量比1:3?1:7混合后，在溫度為300?600°C進行焙燒I?6小時，在50?95°C下按水與燒結產物重量比為1:1?5:1進行溶出，得到含有鐵離子的硫酸鋁溶液。
3.按照權利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法，其特征在于，所述的氨水為氨法焙燒產生的氨氣用水吸收，得到濃度為15wt%?28wt%的氨水,用來分解除鐵后的硫酸鋁溶液。
4.按照權利要求1或3所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法，其特征在于，所述的硫酸鋁精制溶液的濃度為160?280g/L，硫酸鋁精制溶液的pH值為0.8?1.6。
5.按照權利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法，其特征在于，所述的前期溶液pH的調節是在50?95°C下,用所得到的氨水在30?60min調節溶液pH值到2?3，并在攪拌速率為200?400r/min下進行攪拌。
6.按照權利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法，其特征在于，所述的加入晶種是在溶液中加入氫氧化鋁晶種使溶液的固含量達到130?280g/L。
7.按照權利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法，其特征在于，所述的二段溶液PH的調節是加入晶種后經過20?60min，繼續向溶液中通入所得到的氨水，使溶液的PH值在50?90min達到3.5?4.5停止加入氨水，此時溶液中生成的固體有一部分為鋁銨礬，得到鋁銨礬和氫氧化鋁的混合物；之后，繼續加氨水調節PH值的同時，鋁銨礬就會生成氫氧化鋁。
8.按照權利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法，其特征在于，所述的進行終點PH值的調節是在二段溶液pH的調節之后，經過30?60min繼續向溶液中繼續通入氨水，使溶液在10?40min達到終點pH值5?5.8。
9.按照權利要求1所述的利用氨水分解粉煤灰溶出液制備氫氧化鋁的方法，其特征在于，所述的停留后得到氫氧化鋁為停留2?5h，采用加壓或減壓過濾得到氫氧化鋁，分解率99%以上，濾餅含水率為10wt%?30wt%，氫氧化鋁粒徑D50達到40?70 μ m。
【文檔編號】C01F7/26GK104512917SQ201310450817
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月28日 優先權日:2013年9月28日
【發明者】劉濤濤, 李來時, 唐時健, 陳國華 申請人:沈陽鋁鎂設計研究院有限公司