СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КРЕМНЕЗЕМА И ГЛИНОЗЕМА ИЗ ЛЕТУЧЕЙ УГОЛЬНОЙ ЗОЛЫ
METHOD OF REDUCING SILICA AND ALUMINA FROM VOLATLE COAL ASH

Область изобретения
Данное изобретение касается высокоэффективной утилизации летучей золы и, в частности, способа восстановления кремнезема и глинозема из летучей золы, более конкретно касается способа, в котором кремнезем первым восстанавливают из летучей золы, сохраняя соотношение Al к Si, большее или равное 2, затем известным способом получают металлургический глинозем, остаток которого применяют как наполнитель или для получения цемента.
Предпосылки изобретения
Большое количество летучей золы выходит из электростанций, в которых сжигают уголь, принося серьезное загрязнение и убытки сельскому хозяйству и природной экологии вокруг станций. Следовательно, данный проект по высокоэффективной утилизации летучей золы необходимо срочно воплотить.
2
3
2
2
3
2
Летучая зола также является источником минералов. Обычно она содержит приблизительно 15-40% АlО и, по большей части, более 40% SiO, а летучая зола с высоким содержанием Al содержит даже более 40% АlО и приблизительно 50% SiO.
2
3
2
3
Ежегодно в Китае теплоэлектростанция выбрасывает более трехсот миллионов тонн летучей золы, где сто миллионов тонн является ничем другим, как летучей золой с высоким содержанием алюминия. Если ресурсы летучей золы с высоким содержанием алюминия, которые выбрасываются, полностью восстановить, ежегодно можно вырабатывать более 30 миллионов тонн АlО, что намного превышает общее производство АlО сейчас в Китае. Запасы боксита в Китае составляют только 1/10 средних мировых запасов. Следовательно, для устойчивого развития алюминиевой промышленности Китая важным является развитие и применение ресурсов летучей золы с высоким содержанием Al.
2
3
2
2
3
2
3
Способ восстановления АlО из летучей золы может быть разделен на кислотный способ и щелочной способ. При кислотном способе можно избежать разрушения SiO, наряду с этим оксид Al эффективно восстанавливается из летучей золы. Но при выщелачивании АlО недостатком кислотного способа является то, что множество растворимых примесей, таких как Fe, Ti, Mg, которые содержатся в летучей золе, попадают в раствор, таким образом, необходимо добавить последующую обработку; другим недостатком является то, что для аппарата для кислотного способа нужна большая устойчивость к кислотной коррозии, таким образом довольно сложно создать реакционное оборудование. Другой недостаток кислотного способа для восстановления АlО из летучей золы включает высокое потребление энергии и необходимые затраты на защиту окружающей среды.
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
В 1960-х годах в Польше применялся способ прокаливания натриевой извести для восстановления АlО из летучей золы, и там был построен опытный завод, который производил десять тысяч тонн АlО и 100 тысяч тонн цемента ежегодно. В 1980-х годах институт металлургии провинции Аньхой и Хефейский институт цемента в Китае сообщили о разработке в восстановлении АlО из летучей золы прокаливанием известняка и растворением NаСО и получением цемента с остатком. Эта разработка прошла экспертизу в марте 1982. Способ восстановления АlО из летучей золы прокаливанием натриевой извести и получения цемента с остатком, который изучали в Институте строительных материалов автономного округа Нинся, исследовали Технологической группой автономного округа Нинся в сентябре 1987. Исследование проекта под названием "Индустриализация восстановления АlО и получение цемента из летучей золы", который изучался и разрабатывался высоко технологической группой Mengxi LTD., проводили в автономной области внутренней Монголии S.&Т. департамента в декабре 2004, а предварительное исследование около 5000 тонн было выполнено самой группой. Но у способа обработки летучей золы с высоким содержанием Si и Al щелочным способом обычно имеются такие недостатки, как сложность, трудоемкость, большое количество обрабатываемого материала, большие вложения в оборудование, высокое потребление энергии и высокая стоимость. Более того, количество остатка в несколько раз превышает количество остатка от летучей золы; рынок цемента, полученного из остатка, ограничен; полная экономическая эффективность и уровень комплексной утилизации являются низкими. Все эти показатели затрудняют применение щелочного способа при комплексной утилизации летучей золы.
2
3
2
3
2
3
2
3
В настоящее время 90% АlО в мире получают способом Байера. Но при способе Байера необходимо относительно более высокое соотношение Al к Si, а именно большее 7, в необогащенной руде. Для получения АlО из боксита с соотношением Al к Si, большим 3, но меньшим 7, что экономически неблагоприятно при непосредственном применении способа Байера, необходимо прокаливание добавления порошка руды со щелочью и кальцием, или комплексные способы для восстановления АlО, что на 20-50$/т больше по сравнению со стоимостью при способе Байера. Отношение Al к Si в летучей золе обычно менее 1, что не соответствует условию, при котором промышленное оборудование способа Байера известного уровня техники можно применять для прямого восстановления АlО.
Краткое описание изобретения
Объектом данного изобретения является обеспечение способа восстановления кремнезема и глинозема из летучей золы, где первым восстанавливают из летучей золы кремнезем, оставшееся отношение Al к Si, большее или равное 2, затем металлургический глинозем получают известным способом, а твердое вещество после выщелачивания шлака в разбавленном щелочном растворе используют для получения наполнителя или цемента.
Согласно данному изобретению детальный способ восстановления кремнезема и глинозема из летучей золы включает этапы, на которых:
2
3
2
3
1) выщелачивают Si из летучей золы раствором NaOH с концентрацией более 40 мас.% при 70-150°С с получением NаSiO, отделяют раствор NaSiO и остаток после выщелачивания, имеющий отношение Al к Si, большее или равное 2;
2
3
2) получают кремнезем карбоксилированием отделенного раствора NaSiO;
2
3
3) получают АlО из остатка после выщелачивания;
4) твердое вещество после выщелачивания шлака в разбавленном щелочном растворе используют для получения наполнителя или цемента.
Детальный способ данного изобретения также включает любой из следующих этапов для предварительного активирования летучей золы:
а. обжиг летучей золы;
2
4
b. погружение летучей золы в раствор HSO;
с. погружение летучей золы в раствор NaOH.
2
4
Активацию летучей золы можно осуществить при помощи обжига погружением в кислоту или погружением в щелочь. Условием обжига является активация при обжиге в течение 1-1,5 часа при температуре, меньшей или равной 950°С. Для погружения летучей золы применяют раствор HSO любой концентрации при нормальной температуре или при определенной температуре. С другой стороны, подходящим щелочным раствором, который применяется для погружения летучей золы, является 5-20 мас.% раствор NaOH.
2
3
3
2
3
Уровень техники получения АlО с осадком после выщелачивания включает способ прокаливания натриевой извести или способ прокаливания известняка, где Al(ОН) получают прокаливанием шлака, выщелачиванием шлака, десиликацией раствора алюмината натрия и карбоксилированием-расщеплением, а затем получают АlО обжигом при высокой температуре.
После выщелачивания Si из летучей золы к форме алюмината натрия при помощи раствора NaOH с концентрацией, большей 40 мас.%, выщелачивающий раствор разбавляют водой для облегчения отделения раствора алюмината натрия и осадка после выщелачивания.
2
Если получать кремнезем способом карбоксилирования из раствора алюмината натрия, полученный раствор алюмината натрия можно превратить в основание при помощи СаО или Са(ОН), выпаривая разбавленный раствор NaOH, полученный для достижения концентрации, которая необходима для выщелачивания при повторном применении.
2
3
2
3
Способ по данному изобретению делает прорыв в традиционной теории восстановления и десиликации из материала с высоким содержанием Si-Al, предлагается новый способ получения АlО с использованием ресурсов с высоким содержанием Si-Al, например, летучей золы с высоким содержанием Al, при котором кремнезем восстанавливают до восстановления АlО. По сравнению с известным уровнем техники у данного изобретения имеются следующие преимущества.
2
3
2
3
2
3
2
3
1. Известный уровень техники в области обработки летучей золы касается только восстановления АlО из летучей золы с полным использованием остатка для получения цемента и с низкой скоростью восстановления АlО и низкой дополнительной стоимостью продукции. В отличие от этого данное изобретение восстанавливает Si из летучей золы для получения раствора NаSiO и кремнезема, который широко применяется, что существенно поднимает добавочную стоимость продукции и расширяет промышленный ассортимент ресурсов, содержащих Si. Эффективное восстановление сначала Si из летучей золы обуславливает увеличение соотношения Al к Si осадка после выщелачивания, благодаря чему добиваются низкой стоимости материала для получения АlО, что повышает ценность применения летучей золы.
2
3
2. Остаток, образованный после получения АlО, можно применять для получения либо наполнителя, либо цемента.
3. Все жидкие фазы способа по данному изобретению могут эффективно использоваться повторно, и ни остаток, ни вредный газ не выбрасываются во время процесса.
4. Способ по данному изобретению является простым, с низкими затратами, низкой стоимостью и высокой добавочной стоимостью, в котором полностью используются основные элементы летучей золы. Он является эффективным промышленным способом для утилизации ресурсов летучей золы.
Детальное описание предпочтительных вариантов осуществления
Пример 1
2
3
2
3
2
После обжига 100 кг летучей золы со средним диаметром частицы меньшим или равным 30 мкм и содержанием АlО, большим или равным 40%, при температуре ниже 400°С поместили в реакционную емкость, добавили туда 150 л 80% раствора NaOH и погрузили на 1 час при 115-125°С с перемешиванием, затем разбавили 200 л воды или разбавленного щелочного раствора для получения 310 л раствора NaSiO со 118 г/л SiO и 65 кг остатка после выщелачивания с отношением Al к Si приблизительно 3,25.
2
3
2
2
После разбавления раствора от 118 г/л до 60 г/л раствор NaSiO вылили в емкость для карбоксилирования. Ее наполнили газом СО, затем карбоксилировали при перемешивании при 70-85°С до рН, равного 9. Затем карбоксилирование остановили с последующей фильтрацией и отделением для получения приблизительно 35 кг кремнезема, который содержит более 98,5% SiO.
Карбоксилированный отфильтрованный раствор смешали с СаО. После подщелачивания при 75°С выпаривали его до концентрации, необходимой для выщелачивания золы. Затем его вернули обратно на этапы выщелачивания для повторного использования.
2
2
2
3
2
3
2
3
3
Добавлением Са с отношением СаО к SiO, меньшим или равным 2, и добавлением щелочи с отношением NаО к АlО и FеО, большим или равным 1:1,1, к десилицированному остатку после выщелачивания получили взвесь. Ее обожгли при 950-1350°С для получения шлака. Шлак растворили и погрузили в разбавленный щелочной раствор, затем отделили твердое вещество от жидкости. Десилицированный раствор поместили в емкость для карбоксилирования, затем заполнили газом СО для проведения карбонизированного осаждения, чтобы осадить Al(ОН). Его отфильтровали и отделили при рН равном 8 раствора для получения 34 кг Al(ОН).
3
2
3
После очистки Al(ОН) можно обжечь до АlО.
Осадок после восстановления Al можно применять для получения наполнителя с отличным показателем приемлемой технической обработкой, или можно применять для получения цемента подходящей обработкой.
Пример 2
2
3
2
3
2
100 кг летучей золы, которую подвергли обжигу при 200°С, со средним радиусом частицы меньшим или равным 30 мкм и с содержанием АlО, большим или равным 41%, поместили в реакционную емкость, затем добавили 160 л 70% раствора NaOH и кипятили погруженную золу в течение 2 ч при 120°С с перемешиванием, затем разбавили 200 л воды или разбавленным щелочным раствором для получения 300 л раствора NаSiO, содержащего 113 г/л SiO и 66 кг осадка после выщелачивания с отношением Аl к Si, большим или равным 3.
Дополнительная обработка раствора карбоната натрия и остатка после выщелачивания была такой же, как и в примере 1.
Пример 3
2
3
2
100 кг летучей золы с радиусом частицы меньшим или равным 50 мкм подвергли обжигу при 850°С, затем поместили в емкость для выщелачивания после удаления С. Затем туда добавили 220 л 60% раствора NaOH, погрузили на 2,5 ч при 125°С с перемешиванием, а затем разбавили 200 л разбавленного щелочного раствора, что дало 350 л раствора NаSiO, содержащего 110 г/л SiO и приблизительно 65 кг остатка после выщелачивания с отношением Al к Si, большим 4, что получено одновременно.
Дополнительная обработка раствора карбоната натрия и остатка после выщелачивания была такой же, как и в примере 1.
Пример 4
2
3
2
100 кг увлажненной летучей золы, выпущенной электростанцией, поместили в шаровую мельницу и измельчили до частиц радиусом, меньшим или равным 30 мкм. Измерили содержание воды в золе. Затем приготовили 70 мас.% раствор NaOH, погрузили летучую золу на 2 ч при 120-130°С с перемешиванием, а затем разбавили 200 л разбавленного щелочного раствора. Получили 310 л раствора NаSiO, содержащего 103 г/л SiO и приблизительно 66 кг остатка после выщелачивания с отношением Al к Si, большим или равным 3.
Дополнительная обработка раствора карбоната натрия и остатка после выщелачивания была такой же, как и в примере 1.
Пример 5
2
4
1 т летучей золы измельчили и удалили железо магнитным отделением. Затем ее погрузили в 10% раствор HSO на 240 ч при нормальной температуре, после удаления фильтрацией раствора, в который погружали, остаток очистили до значения рН, равного 5, что дало активированную летучую золу.
2
Активированную летучую золу поместили в реакционную емкость, в которую затем добавили 1,6 т 75% раствора NaOH, а затем кипятили погруженную золу в течение 2 ч при 100°С с перемешиванием, потом разбавили добавлением 2,5 т воды. Отфильтрованный раствор поместили в емкость для карбоксилирования, которую затем наполнили газом СО. Карбоксилирование при перемешивании проводили при 80°С, пока значение рН не стало равным 9. После окончания карбоксилирования провели фильтрование и отделение, что дало 420 кг кремнезема. Измерение доказало, что чистота составила 98,7%.
Дополнительная обработка раствора карбоната натрия и остатка после выщелачивания была такой же, как и в примере 1.
Пример 6
1 т летучей золы измельчили и удалили железо магнитным отделением. Затем ее погрузили в 18% раствор NaOH на 150 ч при нормальной температуре. После фильтрования и отделения раствора получили активированную летучую золу.
2
Активированную летучую золу поместили в реакционную емкость, в которую затем добавили 2 т 65% раствора NaOH, и затем кипятили погруженную золу в течение 3 ч при 110°С с перемешиванием, потом разбавили 2,5 т воды. Емкость для карбоксилирования наполнили отфильтрованным раствором и газом СО. Карбоксилирование при перемешивании проводили при 80°С, пока значение рН не стало равным 9. После окончания карбоксилирования провели фильтрование и отделение, что дало 400 кг кремнезема. Измерение показало, что чистота составляет 98,5%.
Дополнительная обработка раствора карбоната натрия и остатка после выщелачивания была такой же, как и в примере 1.
Пример 7
2
4
1 т летучей золы измельчили и удалили железо магнитным отделением. Затем ее погрузили в 30% раствор HSO на 480 ч при нормальной температуре, после удаления фильтрацией раствора, в который погружали, рН остатка довели до рН, равного 5, что дало активированную летучую золу.
2
Активированную летучую золу поместили в реакционную емкость, добавили 1,6 т 75% раствора NaOH, затем кипятили погруженную золу в течение 3 ч при 105°С с перемешиванием, потом разбавили 2,5 т воды. Емкость для карбоксилирования наполнили отфильтрованным раствором и газом СО. Карбоксилирование при перемешивании проводили при 80°С, пока значение рН не стало равным 9. После окончания карбоксилирования провели фильтрование и отделение, что дало 400 кг кремнезема. Измерение доказало, что чистота составляет 98,7%.
Дополнительная обработка раствора карбоната натрия и остатка после выщелачивания была такой же, как и в примере 1.
Применимость изобретения
Легко понять из вышеописанного, что применимость данного изобретения не вызывает сомнения. С преимуществами простоты, низких затрат, низкой стоимости и высокой добавочной стоимости оно успешно применяется для многократной утилизации ресурсов летучей золы.