鹽酸法高鋁粉煤灰制取氧化鋁工藝技術(shù)

郭秋紅

摘 要： 科技的進(jìn)步，促進(jìn)人們對(duì)能源需求的增多。我國鋁土礦資源十分匱乏，鋁土礦儲(chǔ)量?jī)H占全球總儲(chǔ)量的2.96%，但是加工產(chǎn)能卻高達(dá)全球總產(chǎn)能的53%，供需嚴(yán)重失衡。因此我國鋁土礦資源的對(duì)外依存度極高，約60%的鋁土礦需由國外進(jìn)口。同時(shí)隨著鋁消費(fèi)能力的逐年提升，我國鋁土礦進(jìn)口量也呈現(xiàn)出極強(qiáng)的增長趨勢(shì)，因此尋找鋁土礦替代資源并開發(fā)低鋁硅比鋁土礦經(jīng)濟(jì)利用技術(shù)刻不容緩。本文就鹽酸法高鋁粉煤灰制取氧化鋁工藝技術(shù)展開探討。

關(guān)鍵詞： 高鋁粉煤灰;鹽酸一步酸溶法;工藝技術(shù)

【中圖分類號(hào)】TQ133.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.31.163

引言：高鋁粉煤灰中氧化鋁的含量高，但鋁硅比低（<2），利用現(xiàn)有成熟的堿法工藝生產(chǎn)氧化鋁成本較高，固廢多。目前我國粉煤灰處理方式以填埋為主，這對(duì)準(zhǔn)格爾礦區(qū)的“高鋁、富鎵、富鋰”粉煤灰來說，意味著鋁、鎵、鋰等煤炭伴生資源被一同丟棄，造成資源的極大浪費(fèi)。針對(duì)這一現(xiàn)狀，大量科研人員進(jìn)行了深入的研究。根據(jù)氧化鋁為兩性化合物的特點(diǎn)，目前從高鋁粉煤灰中制取氧化鋁的生產(chǎn)工藝主要分為三類，即“酸法”、“堿法”和“酸堿聯(lián)合法”。

1 粉煤灰提取氧化鋁的主要工藝

目前，高鋁粉煤灰提取氧化鋁的工藝路線主要有4種;一是石灰石燒結(jié)法，其主要的研究或產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐單位有波蘭克拉科夫礦冶學(xué)院、內(nèi)蒙古蒙西高新技術(shù)集團(tuán)等;二是預(yù)脫硅-堿石灰燒結(jié)法，其主要的研究或產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐單位有大唐國際、中煤集團(tuán)平朔煤炭工業(yè)公司、東北大學(xué)等;三是鹽酸法，其主要的跟進(jìn)研究單位有美國橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室、神華集團(tuán)、吉林大學(xué)等;四是硫酸銨法，其主要的跟進(jìn)研究單位有東北大學(xué)、華電集團(tuán)、沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司、沈陽工業(yè)大學(xué)等。

2 直接消耗成本對(duì)比分析

主要的四種工藝技術(shù)路線中，由于石灰石燒結(jié)法比其它三種方法消耗成本明顯高出很多，因此在同等條件下，表1對(duì)預(yù)脫硅-堿石灰燒結(jié)法、鹽酸法、硫酸銨法三種主要工藝路線做直接消耗成本的對(duì)比分析。但有必要說明，由于預(yù)脫硅堿石灰燒結(jié)法20萬噸規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目已經(jīng)實(shí)現(xiàn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行，而其他2種方法僅僅完成了中試或?qū)嶒?yàn)室研究，產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目還未開工，故大唐預(yù)脫硅堿石灰燒結(jié)法所有數(shù)據(jù)為投產(chǎn)后數(shù)據(jù)，其他2種方法的變動(dòng)成本即原材料和燃料動(dòng)力數(shù)據(jù)采用其實(shí)驗(yàn)室、中試或者規(guī)劃項(xiàng)目數(shù)據(jù)。所以，嚴(yán)格意義上說，其他2種工藝與大唐預(yù)脫硅堿石灰燒結(jié)法并不具有可比性;此外高鋁粉煤灰的成本只計(jì)算10元/噸的運(yùn)輸成本。

3 適合循環(huán)流化床高鋁粉煤灰的“鹽酸一步酸溶法”制取氧化鋁工藝

在“鹽酸法”制取粉煤灰工藝的研究過程中，神華準(zhǔn)能開發(fā)有限公司與吉林大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的“鹽酸一步酸溶法”高鋁粉煤灰提取氧化鋁工藝技術(shù)很具有代表意義。該方法在提取氧化鋁的同時(shí)，還可以同時(shí)生產(chǎn)硅、鎵、鐵等一系列副產(chǎn)品，且該工藝已經(jīng)過連續(xù)性的工業(yè)化中試試驗(yàn)研究。對(duì)于大規(guī)模高鋁粉煤灰提取氧化鋁的生產(chǎn)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義和實(shí)踐意義。該工藝采用循環(huán)流化床高鋁粉煤灰。主要工藝流程為由罐車送至配料車間儲(chǔ)灰罐，經(jīng)皮帶秤或螺旋計(jì)量送至配料槽，與來自儲(chǔ)酸罐的鹽酸、蒸發(fā)車間的冷凝水（初次啟動(dòng)時(shí)使用工業(yè)水）按一定比例配料，合格的成品料漿送至溶出工序進(jìn)行溶出反應(yīng);在溶出反應(yīng)罐高溫蒸汽的加熱（150℃-160℃）作用下，粉煤灰中的氧化鋁、氧化鐵等與鹽酸反應(yīng)，溶出料漿經(jīng)閃蒸降溫后，與來自沉降系統(tǒng)的一次洗液稀釋，稀釋料漿送至沉降分離工序;稀釋料漿進(jìn)入分離沉降槽進(jìn)行固液分離后，其底流進(jìn)入六次分離洗滌系統(tǒng)，六洗底流的一部分由立盤進(jìn)行過濾分離，濾液由濾液池返回五洗洗滌槽;立盤濾餅加入石灰進(jìn)行中和處理，經(jīng)過板框過濾后外排。其余底流分別送至對(duì)應(yīng)的板框壓濾機(jī)處理，濾液返回五洗洗滌槽，此部分濾餅用于進(jìn)行白泥綜合實(shí)驗(yàn)。分離溢流通過一級(jí)深床過濾過濾浮游物，過濾后的粗液經(jīng)離心泵送至新型氧化系統(tǒng)進(jìn)行氧化，將氯化鋁溶液中的Fe2+全部反應(yīng)成Fe3+;當(dāng)氧化系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，則使用備用方案，即分離溢流通過一級(jí)深床過濾后，在粗精液槽直接加入固體氧化劑，使粗精液中的Fe2+全部反應(yīng)成Fe3+;氧化后的氯化鋁溶液進(jìn)入除鐵系統(tǒng)制得除鐵精制液。除鐵洗脫液進(jìn)入鎵回收系統(tǒng)提鎵，提鎵廢液進(jìn)入提鎵洗脫液臨時(shí)處理系統(tǒng)處理，經(jīng)噴霧干燥后固體包裝堆存，回收液體進(jìn)入水處理系統(tǒng)處理。除鐵精制液通過除鈣系統(tǒng)去除鈣雜質(zhì)制得除鈣精制液，一部分除鈣精制液送至二級(jí)精濾系統(tǒng)進(jìn)行過濾處理后再送至蒸發(fā)工序;一部分直接輸送至蒸發(fā)工序。除鈣洗脫液進(jìn)入除鈣廢水處理系統(tǒng)，經(jīng)蒸發(fā)濃縮后，加濃硫酸進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的料漿經(jīng)板框過濾后濾餅和白泥一起外排，液體回用至酸回收車間的酸回收系統(tǒng)。除鈣精制液經(jīng)三效順流蒸發(fā)系統(tǒng)蒸發(fā)濃縮生成含有一定固含的氯化鋁料漿，經(jīng)離心機(jī)分離后固體結(jié)晶氯化鋁送至焙燒工序;蒸發(fā)產(chǎn)生的冷凝水送至配料工序、沉降工序、酸吸收工序回用，部分冷凝水送入水處理工序，經(jīng)中和、沉降、超濾及反滲透處理后，高鹽水送至露天礦抑塵，合格的回用水作為循環(huán)水補(bǔ)水返回至循環(huán)水系統(tǒng)。結(jié)晶氯化鋁經(jīng)皮帶送至回轉(zhuǎn)窯，在高溫作用下，結(jié)晶氯化鋁分解成氧化鋁、氯化氫氣體和水蒸氣，氧化鋁經(jīng)冷卻機(jī)冷卻降溫后包裝儲(chǔ)存。氯化氫氣體和水蒸氣隨煅燒煙氣送至酸回收車間，經(jīng)洗滌塔洗滌降溫吸收，再經(jīng)三級(jí)酸吸收塔吸收，生成一定濃度的鹽酸，送至鹽酸儲(chǔ)罐作為配料鹽酸循環(huán)使用，尾氣經(jīng)堿洗塔中和處理后達(dá)標(biāo)外排。

4 廢水處理技術(shù)

本工藝技術(shù)中的廢水處理要充分考慮水的回收利用以及資源化利用，以減輕對(duì)環(huán)境的污染和降低生產(chǎn)成本，確保利用該技術(shù)生產(chǎn)的氧化鋁具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，從而使粉煤灰酸法提取氧化鋁工業(yè)化技術(shù)全面推廣。根據(jù)廢水成分特點(diǎn)，可以把廢水分為二類，第一類是借鑒現(xiàn)有水處理中的一些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)中水回用、鹽外排的廢水，包含蒸發(fā)二次汽冷凝水、堿洗塔排水、循環(huán)水廢水。第二類是含鹽量特別高，富含有價(jià)元素，具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可以制造工業(yè)產(chǎn)品的廢水，包含除鐵洗脫液、除鈣洗脫液、蒸垢液。對(duì)二類水的處理及利用需要采取不同的處理技術(shù)，才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

結(jié)語：“鹽酸法”高鋁粉煤灰制取氧化鋁工藝具有工藝流程短、能耗低、固廢減量化、酸循環(huán)利用綜合利用率高、生產(chǎn)成本低、適用于高鋁粉煤灰和低品位鋁土礦等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 高鋁粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[J].中國有色建設(shè).2018（01）.

[2] 黎娜.高鋁粉煤灰提取氧化鋁工藝的經(jīng)濟(jì)比較[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇.2019（24）.

[3] 周秋生.高鋁粉煤灰在堿溶過程中的結(jié)構(gòu)演變及行為[J].礦冶工程.2018（05）.