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    一种实用型无害化粉煤灰综合利用新工艺
    [点击量:1477] [作者:南阳东研] [日期:2017-06-16]
    针对目前国内各种粉煤灰综合利用工艺所存在的不足,研发者以酸浸法和酸碱联合法工艺为基础开发出了一种全新的酸碱联合浸出粉煤灰综合利用新工艺。该工艺具有低消耗、低成本、高分解率、高产出、无害化和产品符合市场需要等优势,目前已通过中试和5000吨/a级工业化生产实验,为成熟的、具有较高应用与推广价值的粉煤灰高值化、精细化、无害化综合利用新技术。
      1、分解方式:酸碱联合浸出。
      2、产品方向:
      浸出并提取粉煤灰中的铝生产六氟铝酸钠(冰晶石)或高纯氧化铝,提取其中的硅生产高分散白炭黑或速溶硅酸钠,提取其中的铁生产氧化铁工业颜料(铁红、铁黄、铁黑等)。
      3、工艺概述:
      本工艺通过采取特殊技术措施,在不对粉煤灰进行焙烧,常压、中温条件下以硫酸为分解剂对粉煤灰进行分解,使其中的氧化铝、氧化铁转化为硫酸铝、硫酸铁及硫酸亚铁而被溶出,经过滤得主要成分为二氧化硅和炭的酸浸残渣和主要成分为硫酸铝、硫酸铁及硫酸亚铁的酸浸出液。以酸浸出液制备冰晶石(或高纯氧化铝)和氧化铁工业颜料,以酸浸残渣制备高分散白炭黑或速溶硅酸钠。
      冰晶石的制备:
      首先分离粉煤灰酸浸出液中的铝和铁,收得粗氢氧化铝和沉铝后母液(含铁),将沉铝后母液送沉铁工序。
      以磷肥工业副产廉价氟硅酸为原料,以氨中和氟硅酸制得副产白炭黑和氟化铵溶液。
      用氢氧化钠与粗氢氧化铝反应,经过滤制得偏铝酸钠溶液和富铁渣,使粗氢氧化铝中的铝和铁进一步分离。将偏铝酸钠溶液脱硅净化后与氟化铵溶液反应生成高分子比冰晶石沉淀,再经分离得冰晶石滤饼和冰晶石母液,将滤饼洗涤、脱水、干燥制得高分子比冰晶石产品。
      冰晶石母液含有氟和少量的氨,经脱氟除氨后达标排放或循环使用,脱氟过程所产生的氨和冰晶石合成过程产生的氨合并,经吸收制得氨水循环使用。所制得的氟化物循环用作活化剂。
      氧化铁工业颜料的制备:
      将沉铝后母液氧化,采用氧化水解法工艺沉淀溶液中的铁收得铁沉淀物。对铁沉淀物进行净化以去除其中的铝。再将铁沉淀物酸解、还原、净化制得纯净的硫酸亚铁溶液。将硫酸亚铁溶液冷却、结晶、分离收得七水硫酸亚铁和硫酸亚铁母液。七水硫酸亚铁用于生产氧化铁工业颜料,母液循环用于铁沉淀物的分解。
      将所得七水硫酸亚铁溶解、净化制得纯净硫酸亚铁溶液。将适量硫酸亚铁溶液送晶种制备反应器,控制不同工艺条件制得铁红、铁黄等晶种,将晶种转移至多功能集约式氨法氧化铁颜料氧化反应器,控制不同的工艺条件经氧化、过滤、漂洗、脱水、干粉、混拼、包装制得氧化铁颜料(铁红、铁黄、铁黑等)。分离氧化铁后的母液含有硫酸铵,经与碱土金属的氧化物反应生成氨和硫酸盐。氨经吸收制得氨水,送铝、铁分离及氧化铁颜料生产工序循环用作PH值调节剂。硫酸盐溶液送废水综合利用工序用于回收副产硫酸盐产品。
      高分散白炭黑的制备:
      碱解粉煤灰酸浸残渣,经过滤收得碱浸残渣和水玻璃。
      将水玻璃精制后与硫酸反应,在特定工艺条件下生成高分散性白炭黑沉淀。再经分离、漂洗、干燥造粒制得外观为微珠状的高分散性轮胎专用白炭黑。分离白炭黑所产生的母液含有硫酸钠(浓度高于常规白炭黑母液),经浓缩、结晶收得硫酸钠产品。
      4、主要经济技术指标:
      分解率:SiO2≥95%;Al2O3≥86%,Fe2O3≥75%。
      收率(以分解率为基础):SiO2≥95%;Al2O3≥90%,Fe2O3≥96%。
      5、经济效益分析:
      以桐柏安棚粉煤灰为例,化学组成为SiO2:54.22%;Al2O3:23.19%;
      Fe2O3:4.26%;MgO:4.68%;CaO:0.38%。
      按加工1000kg粉煤灰计,经济效益情况见下表:

      5.1、总产出:

      5.2、总成本:

      5.3、利润:
      每加工1000kg粉煤灰纯利润4073元,按每年加工6万吨粉煤灰计年净利润24438万元,可上缴国家税金2640万元。

      6、新工艺与其它典型工艺物资能源消耗对比分析:

      说明:
      1、石灰石焙烧法、预脱硅-碱石灰焙烧法、预脱硅-低钙焙烧法按生产一吨氧化铝计算;新工艺按生产一吨高分子冰晶石计算。
      2、新工艺每生产一吨冰晶石同时联产高分散性轮胎专用白炭黑705kg;由氟硅酸收得普通白炭黑320kg;氧化铁红98.6kg。
      3、新工艺所用粉煤灰为河南桐柏粉煤灰,化学组成为SiO2:54.22% ;Al2O3:23.19% ;Fe2O3:4.26%。
      4、石灰石焙烧法、预脱硅-碱石灰焙烧法、预脱硅-低钙焙烧法引用数据所用粉煤灰为石嘴山粉煤灰,含SiO2:47.05% ;Al2O3:37.37% ;Fe2O3:5.38%。
      5、新工艺数据来自南阳新源电子材料有限公司3000t/a粉煤灰综合利用小型工业化装置,其它数据引自杨静,蒋周青等·中国铝资源与高铝粉煤灰提取氧化铝研究进展·地质前缘(北京)201421(5):222。
      7、新工艺评析:
      新工艺的优点在于,在有活化剂存在的条件下采用酸碱互为活化、交替分解工艺,使粉煤灰中的铝、硅、铁得以溶出,分解率分别在95%、86%和75%以上。由于免予焙烧,节约了设备投资、降低了能源消耗;实现了对硅、铝、铁三种主要成分的综合利用;资源综合利用水平高;以磷肥工业副产的廉价氟硅酸为原料制得氟化铵并收得白炭黑,将氟化铵用于制备冰晶石,并通过对工艺废水的综合利用,实现了氨、钠的循环利用,消除了环境污染,降低了生成成本;制得的高分散性轮胎专用白炭黑是高档轿车轮胎行业的功能性材料,市场前景广阔、附加值较高,其生产成本和普通沉淀法白炭黑相同,但出厂价格却在5300~8000元/t之间,远远高于普通沉淀法白炭黑;以粉煤灰中铁资源制得了氧化铁工业颜料,市场前景较好,效益可观;工艺过程除了含炭废渣外没有其它固体废弃物产生,而且含碳废渣主要成分为未燃尽的炭可作为燃料循环使用;总之本工艺具有低耗,高效,低成本,高产出,无污染等特点,而且所产产品符合市场需要,附加值较高,能够为投资者创造经济效益。

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    肖景波,著名硼、镁化合物专家,高级工程师,曾任中国化工学会无机酸碱盐专业委员会第三、四届硼化物专家组副组长,中国硼工业五十年新人贡献奖,全国无机盐协会先进科技工作者,《硼化合物生产与应用》第一副主编。现任中国绿色建材产业发展联盟工业固废专业委员会学术委员会委员,中国固废资源化智库成员,中散协固废综合利用专委会委员。曾参与了《无机盐工艺学》等学术专著的编写,发表学术论文40余篇。多年来主要从事无机盐生产技术、湿法冶金技术、工业废弃物综合利用技术、非金属矿综合利用技术的研究,拥有多项科研成果,具有扎实的理论基础和丰富的工业实践经验,在工业废弃物资源综合利用领域具有较强影响力。

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