煤矸石燃烧灰渣提取氧化铝、氧化硅和氧化铁的方法

摘要

本发明涉及一种煤矸石燃烧灰渣提取氧化铝、氧化硅和氧化铁的方法，煤矸石经预处理后根据发热量情况配煤，在煅烧发电的同时实现煤矸石活化，所产生的电力和蒸汽供系统使用；灰渣用酸法提取氧化铝，碱法提取氧化硅，并通过副产物的综合利用提取氧化铁；各工艺环节所需要的酸、碱、石灰、萃取剂和CO2在系统内循环。本发明的有益效果为：采用本发明实施煤矸石资源化，煤矸石中的能源和化学组成都得到了充分利用，大幅度减少了温室气体和废渣的排放量，提高了系统的经济效益，是一种新型的煤矸石绿色化和高附加值利用技术，竞争优势明显。

主权项

一种煤矸石燃烧灰渣提取氧化铝、氧化硅和氧化铁的方法，其特征在于：首先煤矸石经破碎成为最大尺寸小于20mm的颗粒；然后把煤矸石与煤粉按照1：0.05～0.8的质量比混合，在炉内燃烧，燃烧温度600～1000℃，燃烧时间0.5～2h，燃烧产生的灰渣用于生产氧化铝、氧化硅和氧化铁，其中所述氧化铝的提取包括以下步骤：1）粉磨：将煅烧煤矸石的灰渣与水按照质量比1：1.5～10同时进入球磨机球磨，控制浆体中煤矸石渣的颗粒粒度为小于0.1mm的占90%以上； 2）磁选：粉磨浆体通过1～4级高梯度磁选机除铁得到铁精矿；3）浮选：向除铁矿浆中加入质量浓度为0.1～1.0‰的萜烯醇和质量浓度为1～10‰的煤油，并通过鼓泡搅拌，用刮板刮除上表层的泡沫层，返回煅烧炉燃烧；4）浆体浓缩：浆体经浓缩后，浆体液固质量比为1～3，多余水回用于粉磨制浆工段；5）酸化 ：将浓缩浆体加入到带搅拌的反应器中，向料浆中加入硫酸溶液，控制酸的质量浓度为10～60%，液固质量比为2～5，反应温度为60～98℃，反应时间为2～12h，在反应过程中持续通入空气；6）液固分离：酸化反应完成后，混合料液过滤，滤液为含硫酸铝、硫酸铁的混合溶液；滤渣用去离子水洗涤2～4次，并压滤脱水得到硅渣，用于进一步通过氧化硅提取提取氧化硅；洗水循环利用，并补充酸化工艺水和用于滤液稀释；7）滤液萃取：滤液经浓度调整，使硫酸铝质量浓度5～38% ，进行萃取除铁，萃取相的组成为：萃取剂为P204、P538、P350、P507、N236、N1923、TBP中的一种或两种，溶剂为煤油和石油醚中的至少一种，助剂为丁醇、乙二醇丁醚、MIBK中的一种或两种，萃取剂质量浓度10～30%，助剂质量浓度2～10%，溶剂质量浓度60～82%；萃取时硫酸铝溶液与萃取相经3～5级逆流接触，最终萃取相携带有硫酸铁，水相为纯净的硫酸铝溶液；8）硫酸铝溶液处理：将经步骤7）萃取除杂的硫酸铝溶液直接在250～500℃下干燥脱水，控制水质量含量＜5%；蒸发浓缩至硫酸铝质量浓度为10～40%，并经冷却结晶、破碎成为无铁硫酸铝；9）硫酸铝煅烧：将步骤8）处理后的无水硫酸铝送入煅烧炉中煅烧，煅烧温度为860～1200℃，煅烧时间为0.1～2h；经煅烧形成的固体为氧化铝；煅烧产生的烟气经除尘、干燥后用于生产硫酸，硫酸回用于上述步骤5）中；所述氧化硅提取包括以下步骤：1）碱溶：通过酸化分解煤矸石并经液固分离得到的硅渣，把硅渣加入到烧碱液中，液固质量比为1～5，碱质量浓度为5～30%，反应温度为90～185℃，反应时间为2～8h；2）澄清：将上述反应完成后的溶液在反应器内自然沉降，抽取上清液用于后续工艺提硅，沉渣继续经配料后反应；3）碳酸化：向上述清液中通入CO2气体，并用硫酸调整pH＜10，直至生成白色沉淀，过滤，滤饼用清水洗涤2～3次，并打成浆体，在100～500℃条件下干燥得到含有结晶水的二氧化硅粉末；4）滤液再生：经碳酸化和硫酸处理并过滤得到的滤液含有碳酸钠和硫酸钠，用石灰苛化，苛化条件为质量比CaO /Na2O=0.9～2.0，液固分离后液体为氢氧化钠溶液，经浓缩后循环利用；固体为碳酸钙，经900℃以上煅烧后得到石灰和CO2气体，返回上述过程中使用；所述氧化铁提取包括以下步骤：将通过滤液萃取得到水相为纯净的硫酸铝溶液与通过磁选得到的铁精矿进行反应，在反应过程中用空气鼓泡搅拌，反应时间为0.5～3h，反应温度为25～90℃；反应完成后用碱液调整pH＞6，使硫酸铁转化为氢氧化铁沉淀，加入质量浓度为0.1～0.5‰的聚丙烯酰胺使沉淀快速沉降，过滤，滤饼用清水清洗2～3次，再在煅烧炉中于600～900℃煅烧0.1～2h成为纯度较高的氧化铁；滤液用石灰苛化，所控制的苛化条件质量比为CaO /Na2O=0.9～2.0，液固分离得到烧碱溶液和硫酸钙。