一种从粉煤灰中提取氧化铝的机械活化结合氧压浸出法制造技术

本发明专利技术公开了一种从粉煤灰中提取氧化铝的机械活化结合氧压浸出法，涉及固体废弃物的资源化利用技术。具体发方法包粉煤灰煅烧粉碎、粉煤灰混合焦硫酸钠球磨活化、活化料混合过硫酸钠和去离子水升温反应、固液分离和检测等步骤。本发明专利技术具有能耗低，反应条件温和，无污染气体产生等优点，所得Al的最高提取率为98.92％，本发明专利技术为从固体废弃物回收有用元素提供了新的技术支撑。提供了新的技术支撑。提供了新的技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种从粉煤灰中提取氧化铝的机械活化结合氧压浸出法


[0001]本专利技术涉及固体废弃物的资源化利用技术，具体涉及一种从粉煤灰中提取氧化铝的机械活化结合氧压浸出法。

技术介绍

[0002]燃煤电厂产生的粉煤灰是一类体积小、重量轻、含有丰富重金属元素的工业固体废弃物，长期堆积会污染大气、土壤和水资源，因此，粉煤灰的资源化利用已成为全世界关注的焦点。值得一提的是，粉煤灰中含有大量有价值的元素，如铝，硅，铁和稼等，其中高铝粉煤灰中氧化铝的含量高达50％以上，是一种珍贵的潜在铝资源。然而，不恰当的回收方法可能会造成严重的环境和废物处置问题。基于此，开发一种清洁且高效的从粉煤灰中回收铝元素的技术是十分有意义的。
[0003]现有的从粉煤灰中提取氧化铝的典型冶金方法大致包括钠钙焙烧法、酸法以及熔盐法(硫酸铵/硫酸氢铵)，这些方法既有优点也有不足。比如钠钙焙烧法展示出操作的灵活性和技术的成熟性，但是需要较高的焙烧温度且产生的废渣量较大，其次钠钙焙烧法容易使粉煤灰中无定形的二氧化硅大量溶出，使得硅铝分离困难，且需要复杂的工艺进一步对浸出液进行分离提纯，导致回收成本高；酸法虽然耗能低、产生较少的废渣且硅不溶于酸，但是该反应体系对设备要求高，需要很强的防腐蚀处理设备；熔盐法中硫酸铵作提取剂，虽然回收效率高，但是烧结过程中会产生氨，污染大气。因此，开发一种在温和条件下能高效、清洁地回收氧化铝的新方法是当下研究者关注的重点和热点问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术不足，本专利技术提供一种从粉煤灰中提取氧化铝的机械活化结合氧压浸出法，利用焦硫酸钠机械活化粉煤灰，再利用过硫酸钠高压浸出法有效地破坏了粉煤灰中莫来石和刚玉等稳定晶相，在较温和的条件下得到了较高的Al提取率，该技术适合于从粉煤灰中提取氧化铝的工业生产。
[0005]为实现以上目的，本专利技术的技术方案通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种从粉煤灰中提取氧化铝的过硫酸盐高压浸出法，包括如下步骤：
[0007]1)将粉煤灰在800℃下煅烧后研磨，得预处理粉煤灰；
[0008]2)将预处理粉煤灰和焦硫酸钠放入球磨罐中，球磨活化，得活化熟料；
[0009]3)将活化熟料加入过硫酸钠和去离子水，搅拌混匀后全部转移至高压反应釜中，进行反应；
[0010]4)反应结束后将熟料进行固液分离，得到含有铝离子的滤液和滤渣；
[0011]5)取2～5g的滤液稀释至50g，利用电感耦合等离子体
‑
质谱仪测定滤液中Al
3+
的含量，再换算成氧化铝的含量。
[0012]进一步地，所述步骤1)中粉煤灰的煅烧需在马弗炉中煅烧3h，研磨后过200目筛确保粉煤灰的粒径在45um以下。
[0013]进一步地，所述步骤2)中，预处理粉煤灰与焦硫酸钠混合比例按照焦硫酸钠与预处理粉煤灰中氧化铝的摩尔比例(0～20)∶1混合，进一步优选为(0～4)：1；且球磨时间为0～10h，进一步优选为0～4h。
[0014]进一步地，步骤2)中，采用的行星式球磨机球磨活化粉煤灰，玛瑙球与物料的质量比为3∶1，采用正反转交替球磨方式，更替时间为15min/次。
[0015]其中，步骤2)中，利用焦硫酸钠活化粉煤灰的主要原理是焦硫酸钠是一种离子化合物且它的硫阴离子具有氧化性，S2O
72
‑
是硫酸根阴离子的二聚体，而SO
42
‑
中有桥接氧原子，硫酸盐基团易与Al
3+
连接形成复杂的三维网络，且几乎四面体SO
42
‑
基团中的所有氧原子都可以与Al
3+
结合，且该氧原子并不是与铝末端结合而是进一步与硫原子相连(Al
‑
O
‑
S结构)，从而破坏了部分的Al
‑
O
‑
Si结构。同时Na
+
表现出与铝硅酸盐中的氧原子是相互作用的电子受体，促使Al
3+
有望破坏原始晶体晶格的束缚形成阴离子硫酸盐络合物。其反应过程的方程式如下：
[0016]Na2S2O7→
Na2SO4+SO3ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0017]Al2O3(刚玉)+3Na2S2O7→
2Na3Al(SO4)3ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0018]Al6Si2O13(莫来石)+9Na2S2O7→
6Na3Al(SO4)3+2SiO2ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019]Al2O3(玻璃相)+3Na2S2O7→
2Na3Al(SO4)3ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0020]进一步地，步骤3)中，过硫酸钠添加量的多少按照过硫酸钠与所述粉煤灰中氧化铝的摩尔比例为(0～20)∶1，进一步优选为(0～4)∶1；去离子水的添加量按照去离子水与(活化熟料+过硫酸钠)的液固比为(1～20)∶1，进一步优选为(2～8)∶1；
[0021]其中，利用过硫酸钠高压浸出粉煤灰的主要原理是过硫酸钠与水接触会分解成HSO4‑
和O2，HSO4‑
产生的H
+
能与溶液中大量不饱和氧形成界面羟基，造成界面氧缺失，产生晶格空位，造成粉煤灰中铝硅酸盐晶体的晶格缺陷，削弱了氧原子对铝原子的束缚，从而使铝原子摆脱了晶格束缚进入溶液中。其反应过程的方程式如下：
[0022]Na2S2O8+H2O
→
2NaHSO4+1/2O2(pH＝3～7)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0023]Al2O3+6NaHSO4→
Al2(SO4)3+3Na2SO4+3H2O
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0024]进一步地，步骤3)中，所述步骤3)中反应过程设置搅拌转速为300rpm，反应温度范围为140～240℃；选择浸出温度范围优选为140～240℃主要是营造亚临界水的环境。当水的温度和压力低于它的临界温度Tc(374.3℃)和临界压力Pc(22.1Mpa)时，且在临近状态附近区域时，称为亚临界水。研究表明亚临界水是一种优良的反应介质，能够促进反应速率，从而促进铝的回收。
[0025]进一步地，所述步骤3)中，反应釜的起始升温速率设置为5℃/min，接近目标温度的80％后设置升温速率为3℃/min，目的是为了防止反应釜出现飞温的现象；
[0026]进一步地，步骤4)中，固液分离采用的抽滤方式，滤渣在105℃烘干后，可以进一步回收利用，如制备分子筛或多孔材料。
[0027]进一步地，步骤5)中，每次滤液取三个平行，利用电感耦合等离子体
‑
质谱仪测定元素的含量，确保测试结果的置信区间在90～95％。
[0028]进一步地，步骤5)中，溶液中Al
3+
浓度换算成氧化铝的公式为：浓度换算成氧化铝的公式为：其中，M
Al2O3
和M
Al
分别为A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从粉煤灰中提取氧化铝的机械活化结合氧压浸出法，其特征在于：包括如下步骤：1)将粉煤灰在800℃下煅烧后研磨，得预处理粉煤灰；2)将预处理粉煤灰和焦硫酸钠放入球磨罐中，球磨活化，得活化熟料；3)将活化熟料加入过硫酸钠和去离子水，搅拌混匀后全部转移至高压反应釜中，进行反应；4)反应结束后将熟料进行固液分离，得到含有铝离子的滤液和滤渣。2.根据权利要求1所述一种从粉煤灰中提取氧化铝的机械活化结合氧压浸出法，其特征在于：所述步骤1)中粉煤灰的煅烧需在马弗炉中煅烧3h，研磨后过200目筛确保粉煤灰的粒径在45um以下。3.根据权利要求1所述一种从粉煤灰中提取氧化铝的机械活化结合氧压浸出法，其特征在于：所述步骤2)中，预处理粉煤灰与焦硫酸钠混合比例按照焦硫酸钠与预处理粉煤灰中氧化铝的摩尔比例(0～20)∶1混合，且球磨时间为0～10h。4.根据权利要求1所述一种从粉煤灰中提取氧化铝的机械活化结合氧压浸出法，其特征在于：所述步骤2)中，采用行星式球磨机球磨活化粉煤灰，玛瑙球与物料的质量比为3∶1，采用正反转交替球磨方式，更替时间为15min/次。5.根据权利要求1所述一种从粉煤灰中提取氧化铝的机械活化结合氧压浸出法，其特征在于：步骤3)中，过硫酸钠的添加量按照过硫酸钠与活化熟料中预处理粉煤灰氧化铝的摩尔比例(0～20)∶1进行添加；去离子水的添加量按照去离子水与活化熟料+过硫酸钠的液固比为(1～20)∶1进行添加。6.根据权利要求1所述一种从粉煤灰中提取氧化铝的机械活化...

【专利技术属性】
技术研发人员：方红夏，周春财，徐世海，李晨，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：