一种以煤系高岭岩或煤矸石为原料制备铝酸钠溶液的方法
【专利摘要】本发明主要涉及一种以煤系高岭岩或煤矸石为原料制备铝酸钠溶液的方法，是将高岭岩或煤矸石粉磨后与高浓度碱液在添加适量氧化钙的情况下反应，反应结束后固液分离得到铝酸钠粗液与脱铝渣，铝酸钠粗液经过净化后可用于生产氧化铝，脱铝渣经处理后可用以生产水泥等建筑材料。本方法在低温低压的条件下不使用任何助剂，用碱液直接溶出提取煤系高岭岩或煤矸石中氧化铝，氧化铝提取率可达90%以上，具有工艺流程简单、能耗低、铝提取率高、原料储备充足、成本低廉、资源综合利用性高、绿色环保等优点。
【专利说明】一种以煤系高岭岩或煤矸石为原料制备铝酸钠溶液的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤系高岭石或煤矸石资源高值化综合利用领域，尤其是涉及一种以煤 系高岭岩或煤矸石为原料制备铝酸钠溶液的方法。
【背景技术】
[0002] 我国是富煤贫油的发展中大国，一次能源消费结构中煤炭约占70%以上，随着煤 炭产量的逐年增长，大量的副产品--煤矸石也源源不断地被生产出来。煤矸石产量一般 为当年煤炭产量的15%左右，现已积存40亿吨，且仍以每年1. 5亿吨的速度增加，占到我国 工业固体废弃物排放总量的40%以上。然而，目前已利用的煤矸石约为300万吨，不到其总 量的15%。大量堆积的煤矸石不仅污染水体和大气，还占用耕地，对生态和环境构成了双 重破坏，因此推进煤矸石高值化利用已刻不容缓。
[0003] 煤矸石主要是由大量无机质混合少量有机质组成。无机质主要为二氧化硅与氧化 铝，二者总量占煤矸石组成的60%以上。目前煤矸石主要用来制砖、发电、生产水泥，有的 直接用于填埋和井下充填。煤矸石含氧化铝的平均质量分数在20%以上，经济有效地提取 铝一直是煤矸石资源高效利用的研究方向，这也关系到我国铝工业资源的多元、长远、可靠 保障和铝工业科学可持续发展。
[0004] 从煤矸石中提取氧化铝的方法大致可分为酸法、烧结法与铵盐助溶法等。其中 酸法相关的专利申请有：北京矿业研究总院发明的一种从高硅含铝矿物原料中酸法提取 铝的方法（200610127316. 2)、潘爱芳等发明的一种从煤矸石中提取高纯氧化铝与硅胶的 方法（CN201010013634. 2)、长春市超威新材料科技有限公司发明的煤矸石提取氧化铝的 方法（CN200810051316. 8)、宁夏大学发明的煤矸石生态化利用联产氧化铝\白炭黑\低 灰碳的方法（CN200510088308. 7)、河南理工大学发明的一种煤矸石提取氧化铝的新工艺 (CN200710300052. 0)等，酸法提取煤矸石中铝的优点在于溶出温度较低，提取率高，处理后 既不增加废弃物的量，又可生产出系列氧化铝衍生产品；但是酸法处理煤矸石均需要首先 将煤矸石在600-90(TC预焙烧活化，活化过程一般需要补充优质煤炭资源，而且会产生大量 有害气体；酸法生产过程也存在着对生产设备的材质要求高、酸介质的循环性差、得到的氧 化铝产品纯度低、氧化铝提取率低等问题。烧结法又包括碱石灰烧结法与石灰石烧结法，相 关的发明专利包括山西大学发明的一种用煤矸石生产氧化铝的方法（CN200510048215. 1)、 内蒙古蒙西高新技术集团有限公司发明的综合利用煤矸石联产电、铝、水泥生产工艺 (CN02116060.0)等，烧结法具有工艺成熟、流程简单、介质循环性强等优点，但是烧结的过 程中需要600-1300°C的高温，能耗高，同时煤矸石中的C、S等变成有害气体进入大气引起 的环境问题也不能忽视。铵盐助溶法处理煤矸石或采用铵盐烧结的方法或采用铵盐直接 溶出的方法，其相关专利包括兰州工业资源技术研究所发明的酸盐联合法生产氧化铝工艺 (CN91111359. 2)、东北大学发明的一种由含铝物料制备氧化铝的方法（CN200910187282. X)、黄明发明的煤矸石复合酸铵提取氢氧化铝（CN200910164389. 2)等，铵盐助溶法处理煤 矸石后渣量较低，但是该方法也需要对矸石预先进行焙烧处理，能耗较高，溶出后涉及重结 晶过程，流程复杂，且焙烧过程易造成NH3等废气污染。
[0005] 综上所述，目前煤系高岭岩或煤矸石综合利用需要解决的是如何简化生产流程、 降低能耗与生产成本、减少环境污染等问题。
【发明内容】
[0006] 本本发明的目的是针对上述已有的煤系高岭岩及煤矸石提取氧化铝的方法存在 的不足，提出一种可以利用碱法直接处理煤矸石提取氧化铝制备铝酸钠溶液的生产方法， 进而有效的节约能耗和实现资源的综合利用。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术实现的。
[0008] 本发明提供的利用碱法直接处理煤矸石提取氧化铝制备铝酸钠溶液的生产方法， 其步骤如下：
[0009] 第一，细磨与混料：将煤系高岭岩或煤矸石破碎后与强碱溶液按固液质量体积比 1:5-1:15 (ml/g)的比例混匀后输送到反应器中，所述强碱溶液为浓度300-700g/L的氢氧 化钠溶液，或者为浓度300-700g/L的氢氧化钾溶液，或者苛性比大于15、Na20(K20)浓度为 230-550g/L的铝酸钠溶液、铝酸钾溶液；
[0010] 第二，溶出反应：将步骤（1)得到的混合物料在反应器中进行溶出反应，反应温度 为200-350°C，反应时间为0. 5-3h，反应完成后得到料浆；
[0011] 第三，分离：将步骤（2)得到的料浆进行过滤液固分离，得到铝酸钠溶液与脱铝 渣，脱铝渣经过处理后可用作水泥原料；
[0012] 本发明提供的从煤系高岭石或煤矸石中碱法提取氧化铝的方法具有如下明显优 越性：
[0013] (1)氧化铝提取温度低。本发明氧化铝溶出温度为200?350°C，比传统烧结法降 低600?800°C，大幅度降低了生产能耗，节约生产成本；
[0014] (2)矿物无需经过煅烧脱碳预处理，实现了矿物的直接溶出，避免了煅烧过程中产 生的二次污染与高能耗，操作过程绿色环保；
[0015] (3)可实现氧化铝的高效提取，溶出后脱铝渣中铝硅比< 0. 1，矿物中氧化铝提取 率在90%以上；
[0016] (4)脱碱介质可循环利用。碱介质经过净化处理后，可实现碱介质的循环利用，无 废液排放。
【具体实施方式】
[0017] 实施例1
[0018] 用本发明的方法处理煤矸石，以内蒙古某地煤矸石为例，其工业分析结果如下表1 所示
[0019] 表1矸石工业分析数据表
[0020]
【权利要求】
1. 一种以煤系高岭岩或煤矸石为原料制备铝酸钠溶液的方法，其特征在于，用高浓度 碱液在添加适量氧化钙的情况下直接处理细磨后的矸石，得到含铝的高苛性比铝酸钠溶液 与低铝渣相，其包括以下步骤： 第一，细磨与混料：将煤系高岭岩或煤矸石破碎后与强碱溶液按固液质量体积比 1:5-1:15 (ml/g)的比例混匀后输送到反应器中，所述强碱溶液为浓度300-700g/L的氢氧 化钠溶液，或者为浓度300-700g/L氢氧化钾溶液，或者苛性比大于15、Na 20(K20)浓度为 230-550g/L的铝酸钠溶液、铝酸钾溶液； 第二，溶出反应：将步骤（1)得到的混合物料在反应器中进行溶出反应，反应温度为 200-350°C，反应时间为0. 5-3h，反应完成后得到料浆； 第三，分离：将步骤（2)得到的料浆进行过滤液固分离，得到高苛性比铝酸钠溶液与脱 铝渣，脱铝渣经过处理后可用作水泥原料。
2. 根据权利要求1所述的以煤系高岭岩或煤矸石为原料制备铝酸钠溶液的方法，其特 征在于：氧化I丐的添加量为煤砰石用量的30-50%。
3. 根据权利要求1或2所述的以煤系高岭岩或煤矸石为原料制备铝酸钠溶液的方法， 其特征在于：添加的氧化钙是石灰、脱硫石膏或磷石膏等以氧化钙为主要成分的物质。
4. 根据权利要求1所述的以煤系高岭岩或煤矸石为原料制备铝酸钠溶液的方法，其特 征在于：氧化铝提取率在90%以上。
【文档编号】C01F7/06GK104140121SQ201310168383
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月9日 优先权日:2013年5月9日
【发明者】马淑花, 丁健, 王月娇, 郑诗礼, 张懿 申请人:中国科学院过程工程研究所