提铝残渣制备复合土壤调理剂的方法及煤系固废的综合利用技术

本发明专利技术涉及煤系固废综合利用领域，公开了提铝残渣制备复合土壤调理剂的方法及煤系固废的综合利用。该方法包括：将提铝残渣、钙剂、可选的镁剂的混合物和水进行第一加热反应，得到第一产物料浆；其中，所述提铝残渣中，硫酸根的浓度为1wt％

【技术实现步骤摘要】
提铝残渣制备复合土壤调理剂的方法及煤系固废的综合利用


[0001]本专利技术涉及煤系固废综合利用领域，具体涉及提铝残渣制备复合土壤调理剂的方法及煤系固废的综合利用。

技术介绍

[0002]我国是一个铝土矿资源短缺的国家，矿石主要以中低品位的一水硬铝石为主，其生产工艺复杂，工艺能耗及生产成本较高，随着我国经济的快速发展，铝土矿资源日益贫化，缺口越来越大。由于我国铝土矿进口量大，造成世界铝土矿价格大幅度上涨，且矿石品位的波动较大，矿石资源不足的问题严重制约了我国氧化铝工业的发展。另一方面，我国是世界上最大的产煤国，其中大部分用于发电，电厂每年产生大量的粉煤灰。当前我国粉煤灰的利用集中在建筑行业与道路工程方面的低附加值利用，粉煤灰高附加值领域的应用较少。煤矸石主要处理方式仍以堆填为主，占用大量土地，污染环境给企业、社会造成较大经济负担。在煤炭开采和洗选中产生的煤矸石，燃煤发电产生的粉煤灰，以及煤炭气化产生的气化渣，主要化学组成都为氧化铝和二氧化硅，可作为一种潜在的硅铝资源。因此，对于煤系固废，如煤矸石、粉煤灰和气化渣的处理及综合利用，愈来愈得到人们高度重视。
[0003]当前针对煤系固废，例如煤矸石、粉煤灰和气化渣，已经开发了提取氧化铝的技术。从煤矸石、粉煤灰和气化渣提铝的主要技术可以分为碱法和酸法，碱法粉煤灰提铝，包括石灰石烧结法、碱石灰烧结法、水化学法等，均已成功实现氧化铝提取，主要问题在于碱法提铝需要添加氧化钙，导致提铝后产生更多固废并缺乏利用途径，导致商业化难以长期运行。酸法包括硫酸法、盐酸法和硝酸法等，提铝后产生固废较少但呈酸性，需要用碱中和后达标排放。提铝之后会产生大量的提铝废渣，对环境会造成二次的损害。
[0004]针对我国土壤盐碱化和缺硅情况，也尝试采用粉煤灰和煤矸石制备土壤调理剂，已经取得了一些进展。在粉煤灰酸法提铝过程中，可以把含有的有害金属有效脱除，因此酸法提铝残渣是制备硅肥的理想原料。但是酸法提铝残渣本身有较多的酸残留，难以通过洗涤完全去除，并且洗涤产生的稀酸也难以有效利用，加碱中和处理会增加成本，并且带来二次废盐污染。同时，根据现有的焙烧或湿法制备硅肥专利技术，如果采用残酸含量较多的提铝残渣，则与加入的碱中和生成盐类后，将导致宝贵的碱损失，并使土壤盐碱化。现有粉煤灰提铝残渣制备硅肥，以Na2O计的碱含量普遍较高，长期使用容易土壤盐碱化。例如，焙烧工艺需要碱作为助剂，导致硅肥中碱含量高达10
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20％以上。湿法工艺，需要在碱液存在下加入酸法提铝残渣和肥源，可以在一定程度降低碱含量，但仍然可高达6％。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的煤系固废难以综合利用，产生二次污染的问题，提供煤系固废的综合利用方法。该方法实现在高效提铝的同时，减少并有效利用提铝残渣中的残酸，制备低碱复合土壤调理剂，对土壤高效补硅，并降低碱损失和避免土壤盐碱化。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种提铝残渣制备复合土壤调理剂的方法，包括：
[0007](1)将提铝残渣、钙剂、水和可选的镁剂的混合物进行第一加热反应，得到第一产物料浆；其中，所述提铝残渣中，硫酸根的浓度为1wt％
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20wt％；
[0008](2)将所述第一产物料浆进行第一固液分离，将得到的固相与碱液进行第二加热反应，得到第二产物料浆；
[0009](3)将所述第二产物料浆进行第二固液分离，将得到的固相进行洗涤和干燥，得到复合土壤调理剂。
[0010]本专利技术第二方面提供一种煤系固废的综合利用方法，包括：
[0011]S1、将煤系固废进行硫酸法提铝，经固液分离，得到提铝液和提铝残渣；
[0012]S2、将所述提铝液进行处理，得到硫酸铝，用于制备氧化铝产品；
[0013]S3、采用前述任意一项所述的方法，将所述提铝残渣制成复合土壤调理剂。
[0014]本专利技术第三方面提供一种复合土壤调理剂，所述复合土壤调理剂由前述任意一项所述的方法制得，或者，所述复合土壤调理剂由前述任意一项所述的综合利用方法制得，其中，所述复合土壤调理剂的有效硅含量大于20wt％，碱含量小于0.5wt％。
[0015]本专利技术第四方面提供一种前述的复合土壤调理剂在土壤高效补硅和盐碱化土壤改良中的应用。
[0016]本专利技术先在提铝残渣中添加钙剂和可选的镁剂进行第一加热反应后，再加入碱液进行第二加热反应，在提铝残渣中加入钙剂后，残留在提铝残渣中的硫酸根会与钙剂中的钙反应形成硫酸钙；最终会生成以硫酸钙和硅酸钙化合物为主要成分的复合土壤调理剂，硅酸钙化合物中硅钙的比例是可变的。这种先加钙剂再加碱液的控制方法，会防止形成硅铝酸钠，避免钠的消耗，利于碱液回收；同时使得最终得到的复合土壤调理剂的碱含量大大降低，在保证复合土壤调理剂的有效硅含量大于20wt％的同时，保证碱含量小于0.5wt％，该复合土壤调理剂可用于土壤补硅和盐碱化土壤的改良。
[0017]本专利技术针对煤系固废利用的难题，以煤矸石、粉煤灰和气化渣为原料，采用硫酸法提铝，使得提铝残渣中的残酸能够被有效利用，避免与碱中和产生可导致土壤盐碱化的盐类。同时，结合酸法提铝的特点，通过生产工艺的改进，还制备得到了低碱硅肥，实现了煤系固废的综合利用。
具体实施方式
[0018]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0019]本专利技术中，液固质量比(liquid
‑
solid ratio)是指混合物中液体物料质量与固体物料质量的比值。
[0020]本专利技术的第一方面提供一种提铝残渣制备复合土壤调理剂的方法，包括：
[0021](1)将提铝残渣、钙剂、水和可选的镁剂的混合物进行第一加热反应，得到第一产物料浆；其中，所述提铝残渣中，硫酸根的浓度为1wt％
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20wt％，优选为3wt％
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15wt％，更优
选为6wt％
‑
12wt％。
[0022](2)将步骤(1)得到的第一产物料浆进行第一固液分离，将得到的固相与碱液进行第二加热反应，得到第二产物料浆；
[0023](3)将步骤(2)得到的第二产物料浆进行第二固液分离，将得到的固相进行洗涤和干燥，得到复合土壤调理剂。
[0024]根据本专利技术的一种优选的实施方式，所述提铝残渣为硫酸法提铝残渣或硫酸铵法的煤系固废的提铝残渣，其中，所述煤系固废为煤矸石、粉煤灰和气化渣中的至少一种，具体的，所述硫酸法提铝残渣是以煤系固废为原料经硫酸法提铝得到的；所述硫酸铵法提铝残渣是以煤系固废为原料经生成铵明矾的途径提铝得到的。
[0025]所述硫酸法提铝为稀硫酸浸出法提铝、浓硫酸浸出法提铝或浓硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提铝残渣制备复合土壤调理剂的方法，其特征在于，包括：(1)将提铝残渣、钙剂、可选的镁剂的混合物和水进行第一加热反应，得到第一产物料浆；其中，所述提铝残渣中，硫酸根的浓度为1wt％
‑
20wt％；(2)将所述第一产物料浆进行第一固液分离，将得到的固相与碱液进行第二加热反应，得到第二产物料浆；(3)将所述第二产物料浆进行第二固液分离，将得到的固相进行洗涤和干燥，得到复合土壤调理剂。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中，所述提铝残渣为硫酸法提铝残渣或硫酸铵法的煤系固废的提铝残渣；其中，所述煤系固废为煤矸石、粉煤灰和气化渣中的至少一种；优选地，所述硫酸法提铝为稀硫酸浸出法提铝、浓硫酸浸出法提铝或浓硫酸焙烧法提铝。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(1)中，所述混合物中，所述钙剂的加入量以CaO计，镁剂的加入量以MgO计，计算方法如下：检测提铝残渣中二氧化硅、硫酸根和以氧化铝计的铝的质量摩尔组成，单位为mol/kg；根据式(1)计算CaO和MgO的总加入量；M1+M2＝C1+C2+C3……………
(1)式(1)中，M1≥C1；M1为CaO的加入量，单位为mol/kg；M2为MgO的加入量，单位为mol/kg；C1＝(1
‑
1.5)X；C2＝(0.6
‑
4)Y；C3＝(0.2
‑
4)Z；其中，X代表硫酸根的质量摩尔组成，单位为mol/kg；Y代表二氧化硅的质量摩尔组成，单位为mol/kg；Z代表以氧化铝计的铝的质量摩尔组成，单位为mol/kg。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的方法，其中，所述钙剂选自氧化钙、氢氧化钙和石灰乳中的至少一种；优选地，所述镁剂选自氧化镁、氢氧化镁和氢氧化镁乳液中的至少一种。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的方法，其中，步骤(1)中，水与提铝残渣、钙剂和可选的镁剂之和的质量比为0.5
‑
5。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的方法，其中，步骤(1)中，所述第一加热反应的温度为20
‑
99℃，时间为0.5
‑
6h；优选地，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵利军，李文华，贺安民，陈爱国，
申请(专利权)人：国家能源投资集团有限责任公司北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：