一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法
【專利摘要】一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，涉及一種化工材料的提取方法，以可溶性銨鹽和粉煤灰為原料，將粉煤灰機械活化，將活化后的粉煤灰與一定濃度銨鹽溶液在反應釜中進行蒸氨反應、加熱，降溫后固液分離，混合液相部分為水溶性的鋁鹽、鐵鹽、鈦鹽、鎂鹽、鋁銨復鹽、鐵銨復鹽等。將該混合液吸收蒸氨過程中釋放出的氨氣，在一定溫度下進行沉鋁反應，固液分離，得到氫氧化鋁、氫氧化鐵、氫氧化鎂等混合氫氧化物固相沉淀，液相為銨鹽溶液。本工藝實現了無助劑情況下合成高純度氫氧化鋁的技術，反應條件溫和、能耗低、氨氣循環利用、無三廢排放、可同時生產高純度二氧化硅、操作步驟簡單，是一個極具前景的粉煤灰綜合利用產業化方法。
【專利說明】一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種化工材料的提取方法，特別是涉及一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法。
【背景技術】
[0002]隨著煤電行業的迅猛發展，粉煤灰造成的環境壓力越來越大。目前我國粉煤灰堆積量已經超過10億t，而且還在以每年8000萬t的速度增加，但我國粉煤灰的利用率卻一直徘徊在25%左右，這個比例遠遠低于發達國家的平均水平。而粉煤灰中Al2O3含量較高，大約為20-45%。大量廢棄的粉煤灰不僅污染空氣和水質，而且還占用了我們大量的耕地，這不僅是對環境的污染也是對資源的極大浪費。因此，對粉煤灰的處理成為了當今研究的一個熱點課題。
[0003]粉煤灰的綜合利用早在20世紀50年代就開始在建筑工程中用作混凝土、砂漿的摻合料，在建材工業中用來生產磚，在道路工程中用作路面基層材料，尤其在水電建設大壩工程中使用最多，但總的利用量較少。為了提高粉煤灰的利用附加值，在20世紀50年代波蘭的一位教授就以高鋁粉煤灰為原料，采用石灰石煅燒法從中提取氧化鋁，并利用其殘渣生產硅酸鹽水泥，取得了研究成果。我國從粉煤灰中提取氧化鋁也可追溯到上個世紀50年代，即1980年安徽冶金科研所和合肥水泥研究所提出用石灰石燒結一碳酸鈉溶出法從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝。從此我國也踏上從粉煤灰中提取氧化鋁這條道路。
[0004]在粉煤灰治理和綜合利用這些工藝中普遍存在著以下兩個問題:1:產品附加值不高，經濟效益不明顯；:!:治理過程中產生了“二次污染”，對于產生的“三廢”物質沒有得到有效的處理和利用，對環境產生了更大的危害。國內外從粉煤灰中提取氧化鋁方法大致包括堿法和酸法兩大類，這兩種方法都需要強酸和強堿作為反應原料，反應中產生的廢酸廢堿需要大量的人力和物力進行后續處理，而且酸法和堿法的工藝流程都比較復雜，運作的物料量大，設備投資也大，增加了粉煤灰提取氧化鋁的成本。因此設計既能提高產品附加值又不對環境產生危害的工藝成為一種研究趨勢。從粉煤灰中的提取氫氧化鋁不僅可以提高粉煤灰的利用價值，帶來了巨大的經濟效益，同時也給我國的鋁資源緊張問題提供了一條有效的解決途徑。銨鹽溶解法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的工藝，具有操作簡單，反應條件溫和，節約能源，降低成本，產生的廢氣、廢液、廢渣得到二次利用等優點，充分體現了節能環保的生產理念。
【發明內容】
[0005]本發明的 目的在于提供一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，本發明分別以可溶性銨鹽和粉煤灰為原料、氨氣為反應物料，通過在鼓泡反應器內將氨氣直接通入可溶性銨鹽與粉煤灰的混合液進行反應，制備高純氫氧化鋁的方法。采用該法生產成本低、過程實現容易、產品質量高。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，包括以下步驟:
X+將銨鹽(硝酸銨、氯化銨、硫酸銨、醋酸銨、氟銨等)配制成重量百分比為10-40%的水溶液；
-1將粉煤灰研磨至250-450目，放置于200-750°C下焙燒活化1_3小時；
+f將焙燒后的粉煤灰和銨鹽溶液按1:1~6的重量比混合，將此混合液放入蒸氨反應器進行蒸氨反應，在攪拌下蒸氨溫度保持在80-110°C下反應1-3小時；
S過濾掉濾渣得到澄清的鋁鹽濾液；
I取步驟?的鋁鹽澄清濾液，將其置于鼓泡式反應器中，直接通入氨氣以鼓泡形式進入鋁鹽溶液中發生氫氧化鋁沉淀反應，沉淀反應溫度為40-90°C，得到的沉淀氫氧化鋁恒溫陳化2-4小時，并降至室溫在進行過濾，過濾后分離出氫氧化鋁濾餅和銨鹽溶液，其銨鹽溶液返回蒸氨反應器循環使用；
f取步驟笈氫氧化鋁濾餅用蒸餾水洗滌3次，于90°C干燥12小時，得到顆粒形狀統一分散的氫氧化鋁粉狀產品。
[0007]上述一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，氨氣是來自于粉煤灰和銨鹽溶液的蒸氨反應，所述的氨氣直接通入鋁鹽(硝酸鋁、氯化鋁、硫酸鋁)溶液中進行氫氧化招沉淀反應。
[0008]上述一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，通入氣體方法是氨氣直接以氣體鼓泡方式進入反應體系與溶液中的鋁離子反應，沉淀出氫氧化鋁產品。
[0009]上述一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，制備的氫氧化鋁產品顆粒粒度均勻，顆粒分散性好，激光粒度分布儀測試平均顆粒徑為3-8um。
[0010]上述一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，制備的氫氧化鋁產品顆粒片狀形體，產品可用作高分子材料的阻燃添加劑。
[0011]上述一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，反應條件溫和，常壓并且溫度不高于110°c，避免機械復合過程中出現的混合不均勻，通過此法所得產品指標滿足了氫氧化鋁阻燃劑的使用要求。
[0012]上述一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，過濾出氫氧化鋁產品后的濾液中的銨鹽可進一步用于蒸氨反應以實現整個過程的氨循環利用，從而理論上沒有氨消耗，無污染物排放。
[0013]本發明的優點與效果是:
1.采用氨氣為反應物料，反應后產物母液過濾、洗滌均容易，氫氧化鋁產品純度高。
[0014]2.采用鼓泡反應器，氨氣通過鼓泡方式直接通入可溶性銨鹽與粉煤灰混合液，從而使銨鹽和粉煤灰能充分的接觸達到充分反應的效果。
[0015]3.最終制得的氫氧化鋁產品顆粒形貌為分散良好、大小均一、片狀結構，其表觀粒徑D5(i=3-8 μ m,且粒度分布均勻。
[0016]4.蒸氨過程中產生的氨氣和沉鋁反應過程中的母液(主要成分銨鹽)可循環利用，提高了該工藝的經濟效益。
[0017]5.本發明開發的工藝能夠合成高質量氫氧化鋁阻燃劑產品，操作步驟簡單，所需設備及占地面積少，設備投資及生產費用低，污染物排放量少，適宜于規模生產。【具體實施方式】
[0018]實施例一
配置3.3mol/L的精制銨鹽(例如:硝酸銨)溶液，取該溶液300mL和51g粉煤灰加入容積為2000mL的鼓泡式反應器中，攪拌反應器內溶液并控制其溫度于110°C，待反應進行2h后，取出渾濁液進行抽濾，將濾液加入容量為2000mL的鼓泡式反應器中，攪拌反應器內溶液并控制其溫度于70°C，將氨氣以鼓泡形式直接通入反應液進行沉鋁反應，氨氣流量為200mL/min, 70°C恒溫反應2h反應液pH值為9.5左右，得到氫氧化鋁與銨鹽的乳白色懸濁液。產物溶液70°C恒溫陳化2h，真空抽濾陳化后產物液，濾餅用去離子水洗滌3次后在80°C條件下真空干燥12h，得到結晶程度很好的片狀微細氫氧化鋁粉體。濾液返回蒸氨裝置，并補充適當的鋁源，循環操作。
[0019]實施例二
配置3.3mol/L的精制銨鹽(例如:硝酸銨)溶液，取該溶液300mL和51g粉煤灰加入容積為2000mL的鼓泡式反應器中，攪拌反應器內溶液并控制其溫度于110°C，待反應進行2h后，取出渾濁液進行抽濾，將濾液加入容量為2000mL的鼓泡式反應器中，攪拌反應器內溶液并控制其溫度于90°C，將氨氣以鼓泡形式直接通入反應液進行沉鋁反應，氨氣流量為250mL/min, 50°C恒溫反應3h反應液pH值為9.5左右，得到氫氧化鋁與銨鹽的乳白色懸濁液。產物溶液50°C恒 溫陳化2h，真空抽濾陳化后產物液，濾餅用去離子水洗滌3次后在80°C條件下真空干燥12h，得到結晶程度很好的片狀微細氫氧化鋁粉體，顆粒的平均直徑D5tl約為 5 μ m0
【權利要求】
1.一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: X'將銨鹽，如硝酸銨，或氯化銨、硫酸銨、醋酸銨、氟銨配制成重量百分比為10-40%的水溶液； I:將粉煤灰研磨至250-450目，放置于200-750°C下焙燒活化1_3小時； f將焙燒后的粉煤灰和銨鹽溶液按1:1~6的重量比混合，將此混合液放入蒸氨反應器進行蒸氨反應，在攪拌下蒸氨溫度保持在80-110°C反應1-3小時，蒸得氨氣循環使用； J:過濾掉濾渣得到澄清的鋁鹽混合濾液； $取步驟?的鋁鹽混合濾液，將其置于沉鋁反應器中，直接通入循環氨氣進入鋁鹽溶液中發生氫氧化鋁沉淀反應，沉淀反應溫度為40-90°C，得到的沉淀氫氧化鋁恒溫陳化2-4小時，并降至室溫再 進行過濾，過濾后分離出氫氧化鋁等混合氫氧化物濾餅和銨鹽溶液，其銨鹽溶液返回蒸氨反應器循環使用； S取步驟i氫氧化鋁濾餅用蒸餾水洗滌3次，于90°C干燥12小時，得到顆粒形狀統一分散的氫氧化鋁粉狀產品。
2.根據權利要求1所述的一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，其特征在于，所述氨氣來自于粉煤灰和銨鹽溶液的蒸氨反應，所述的氨氣直接通入鋁鹽，如硝酸銨、或氯化銨、硫酸銨、醋酸銨、氟銨溶液中進行氫氧化鋁沉淀反應。
3.根據權利要求1所述的一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，其特征在于，所述反應物氨氣直接以氣體鼓泡方式進入反應體系與溶液中的鋁離子反應，沉淀出氫氧化鋁產品；制備的氫氧化鋁產品顆粒粒度平均顆粒徑為3-8um ;制備的氫氧化鋁產品顆粒為片狀形體，用作高分子材料的阻燃添加劑。
4.根據權利要求1所述的一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，其特征在于，所述反應條件為常壓并且溫度不高于110°C。
5.根據權利要求1所述的一種銨鹽溶解及循環氨法從粉煤灰中提取氫氧化鋁的方法，其特征在于，所述過濾出氫氧化鋁產品后的濾液中的銨鹽進一步用于蒸氨反應、氨循環利用。
【文檔編號】C01F7/02GK103910370SQ201410129308
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】李雪, 劉云義, 常鵬 申請人:沈陽化工大學