高铝粉煤灰高效提铝工艺研究与应用说明书

序号：编码：材料与冶金学院第六届“工艺流程创新竞赛”作品说明书项目名称：《高铝粉煤灰焙烧提铝工艺研究与应用说明书》二〇一五年1目录高铝粉煤灰焙烧提铝工艺研究与应用说明书...............................................................................2作品内容简介...........................................................................................................................21背景及意义...........................................................................................................................32研究过程方案.......................................................................................................................32.1粉煤灰特性简介........................................................................................................32.2目前国内外对于粉煤灰回收利用方法现状.............................................................42.3内蒙古准噶尔高铝粉煤灰的特征分析....................................................................63方案设想...............................................................................................................................73.1设计时考虑的主要问题：........................................................................................73.2工艺流程图................................................................................................................73.3理论设计计算...........................................................................................................94实验结果分析.....................................................................................................................104.1粉煤灰焙烧..............................................................................................................104.2氧化铝直接溶出影响因素.......................................................................................114.3氧化铝焙烧后酸浸溶出影响因素...........................................................................144.4小结...........................................................................................................................175粗产品品质分析..................................................................................................................176创新点及应用.....................................................................................................................18参考文献.................................................................................................................................192高铝粉煤灰焙烧提铝工艺研究与应用说明书作品内容简介随着国民经济的发展，金属铝及其制品在日常生活中发挥着越来越大的作用，未来也将在金属领域占据越来越重要的地位。因此，充分利用和循环利用金属铝技术将在现在和将来发挥巨大的作用。2010年我国的粉煤灰产量已经达到了3亿吨，如何有效的处理和利用这部分资源已经成为一个迫切需要解决的问题。而粉煤灰中含有较高比例的铝，这就为粉煤灰的处理提供了一个有效的途径。本研究小组以内蒙古准噶尔煤矿生产过程中产生的粉煤灰为原料，通过查阅国内外粉煤灰提铝的相关文献和向专业老师请教，对粉煤灰的提铝过程进行了分析，对现有的相关技术进行了比较，对粉煤灰的高效提铝技术进行了改进。我们利用活化剂焙烧活化和酸浸相结合的工艺创新方法，减少焙烧法的预脱硅工艺流程，针对焙烧后粉煤灰酸浸法提铝中如何优化控制条件的问题，探索一个能够有效提高铝的浸出率并且适用于工业生产的处理方法。我们在酸浸过程中对比了不同酸浸条件下铝的提取率变化，寻找出浸出规律和最佳浸出条件。我们所探索的实验条件，成本较低，酸用量低，浸出液处理难度大大降低，工业生产时的风险系数比较低，在工业上有一定的可行性。关键词：粉煤灰；焙烧活化；盐酸浸出31背景及意义我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。而随着我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。粉煤灰的元素组成(质量分数)中，铝的含量达到了6.40%～22.91%（因各地煤质不同，含量有较大差异）。如果能够将粉煤灰中的这部分铝有效的提取出来，对于整个国家金属铝行业的发展起到巨大的推动作用，也是对资源的一种有效的利用，可以大大减轻粉煤灰对环境造成的压力。自20世纪50年代，国内外许多学者对粉煤灰提铝技术做了大量研究。从粉煤灰中提取氧化铝（氢氧化铝）或铝盐工艺有很多，但主要有碱法烧结和酸浸法两类，且大部分工艺还处于实验室研究阶段，工业化应用很少，在这些提铝工艺中，一个很重要的难点就是如何降低生产成本和提高铝的提取率，使粉煤灰处理能够产业化并使得到的氧化铝达到冶炼的标准。本小组将利用活化剂焙烧活化和酸浸相结合的工艺创新方法，减少了焙烧法的预脱硅工艺流程，探讨焙烧后粉煤灰酸浸法提铝中如何优化控制条件的问题，探索一个能够有效提高铝的浸出率并且适用于工业生产的处理方法。我们将探索在酸浸过程中不同酸浸条件下铝的提取率变化，并寻找浸出规律和确定最佳浸出条件。我们所探索的实验条件，成本较低，酸用量低，浸出液处理难度大大降低，工业生产时的风险系数比较低，在工业上有一定的可行性。2研究过程方案2.1粉煤灰特性简介粉煤灰的活性主要来自活性SiO2(玻璃体SiO2)和活性Al2O3(玻璃体Al2O3)在一定碱性条件下的水化作用。因此，粉煤灰中活性SiO2、活性Al2O3和f-CaO(游离氧化钙)都是活性的的有利成分。硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏(CaSO4)的形式存在，它对粉煤灰早期强度的发挥有一定作用，因此粉煤灰中的硫对粉煤灰活性也是有利组成。粉煤灰中的钙含量在3%左右，它对胶凝体的形成是有利的。4过量的Fe2O3对粉煤灰的活性也不利。粉煤灰结构复杂，各物相稳定性高。莫来石、石英稳定难以被破坏，铝硅玻璃相主要是以Al2O3-SiO2形成的网络结合体，化学活性低，因此普通方法难以提高粉煤灰的活性来达到提高氧化铝浸出率的目的。人工加热铝硅酸盐时会形成莫来石（化学式：3Al2O3·2SiO2，耐火度：1800°C时仍很稳定，1810°C分解为刚玉和液相），但循环流化床温度较低，莫来石含量较少。2.2目前国内外对于粉煤灰回收利用方法现状我国国内目前对高铝粉煤灰的各类提取工艺，有碱石灰烧结法、石灰石烧结法、酸浸法、以及酸碱联合法等，但直到2006年内蒙古蒙西高新技术集团公司开发出石灰石烧结法联产水泥工艺以及中国大唐集团针对其电厂高铝粉煤灰开发出的预脱硅-碱石灰烧结法提取氧化铝联产活性硅酸钙的工艺后，国内针对粉煤灰的提取技术才有了较大的突破。2.2.1碱石灰烧结法碱石灰烧结法是利用氧化铝与碳酸钠在1220℃弱还原条件下生成铝酸钠，SiO2则与石灰石反应，其反应机理如下：Al2O3+Na2CO3+C=2NaAlO2+CO2↑2SiO2+2CaO=2CaO·SiO2然后经过熟料破碎、湿磨溶出、分离、一段脱硅、二段脱硅等工艺得Al(OH)3，再经煅烧即可得氧化铝。碱石灰烧结法的工艺优点是其流程简单，其中的原料可以循环使用，便于大规模的生产，但其成本高、能耗大，渣量大，所产生的副产物铝酸钙容易对环境产生二次污染；同时，烧结产物铝酸钙会部分溶于铝酸钠溶液中并与其中的氧化铝发生反应，造成铝损失，影响铝的回收率。2.2.2石灰石烧结法石灰石烧结法是将粉煤灰与石灰石按一定的比例混合，在1300-1400℃高温条件下进行煅烧以破坏其中莫来石的SiO2-Al2O3键，使铝转化为易被碳酸钠溶液浸出的12CaO·7Al2O3，而硅生成较稳定的2CaO·SiO2，从而实现硅、铝分离，其反应机理如下：7Al2O3+12CaCO3=12CaO·7Al2O3+12CO2↑(1320℃~1400℃）；52SiO2+2CaCO3=2CaO·SiO2+2CO2↑12Na2CO3+12CaO·7Al2O3+5H2O=14NaAlO2+12CaCO3↓+10NaOH经过滤、脱硅、碳分、过滤工艺后得Al(OH)3，煅烧后即得氧化铝。可以明显看出此工艺流程虽然产物CO2可以循环使用但耗能高，成本高，同时，其产生的硅酸钙渣量是氧化铝产品的7~10倍，也易对环境产生二次污染。2.2.3酸浸法酸浸法又称为氟铵助溶法，主要利用粉煤灰与助溶剂NH4F在硫酸或盐酸溶液中共热（约100℃左右），直接破坏SiO2-Al2O3键，使硅铝网络结构活化并解聚，使之易溶于酸溶液以提高氧化铝浸出率。其反应机理如下：6HCl+6NH4F+SiO2=H2SiF6+6NH4Cl+2H2O6HCl+Al2O3=2AlCl3+3H2O此工艺流程的优点是粉煤灰中的SiO2不会被浸出到溶液中，因此无需脱硅工艺。但浸出过程中会混有其他金属离子，还另需其他的提纯工艺才能得到较纯净的氧化铝产品；同时酸的