СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИХ ЗОЛ ОТ СЖИГАНИЯ УГЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК C01F7/38 

Изобретение относится к комплексной переработке углеотходов и зол от сжигания углей и может быть использовано для получения коагулянтов для очистки воды, глинозема и цемента из различных алюмосиликатных материалов.

Известен способ переработки зол от сжигания углей с получением золокерамических изделий (кирпичей, стеновых плит и т.п.), включающий смешение золы с глиной, формование и термообработку изделий [1]
К недостаткам этого способа относится
отсутствие комплексности в переработке зол: безвозвратные потери алюминия, содержание которого в золах достигает 30%
необходимость применения дополнительных пластичных вяжущих материалов - глин в количестве 20 100% от веса золы.

Известен также способ переработки глиноземсодержащих продуктов выщелачиванием минеральными кислотами [2] при этом алюминий переходит в раствор, из которого после очистки от примесей выделяют алюминиевую соль и затем при прокалке ее получают глинозем.

Недостатками всех кислотных способов являются
необходимость использования кислотостойкого оборудования, что удорожает способ;
летучесть большинства кислот;
большое количество кислых сбросных растворов и сложность их очистки от примесей;
отсутствие комплексности использования сырья (остаток от выщелачивания уходит в отвал).

Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки алюмосиликатного сырья (зол), включающий спекание золы с известняком и содой, выщелачивание алюминия 5%-ным раствором соды с получением глинозема из раствора и цемента из нерастворимого остатка [3]
Способ имеет следующие недостатки:
нерациональное использование сырья;
повышенный расход тепловой энергии на стадии спекания сырьевых смесей и выщелачивания спека;
высокий процент пылеуноса при спекании сырьевой смеси.

Отличие предлагаемого способа от прототипа, позволяющее устранить его недостатки, заключается в следующем:
вводится магнитная сепарация с получением слабомагнитной фракции золы, содержащей 3 6% Fe₂O₃, и сильномагнитной фракции, содержащей > 40% Fe₂O₃;
в сырьевую смесь (золы, известняка и соды) вводится ископаемый уголь с доведением его концентрации с учетом невыгоревшего угля до > 8% от массы золы, или > 2,3% в сырьевой смеси;
алюминийсодержащая сырьевая смесь подается в печь в окомкованном (гранулированном или брикетированном) виде с содержанием влаги <16% и размером гранул <20 мм (предпочтительно, 8 15 мм);
выщелачивание алюминия из спека проводится раствором соды 20 27 г/л с получением раствора, содержащего 50 70 г/л Al₂O₃;
на стадии получения из серого шлама портландцементного клинкера в сырьевую смесь вводится сильномагнитная фракция золы как железо- и алюминийсодержащие компоненты.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что слабомагнитная фракция золы (Fe₂O₃ 3 6%), получаемая после магнитной сепарации, шихтуется с известняком и содой, шихта гранулируется (или окомковывается или брикетируется) с добавкой или без добавки ископаемого угля и воды. Шихта спекается при 1180 1250^oC в течение 0,5 1,0 ч. Спек охлаждается, измельчается и выщелачивается раствором соды. Пульпа фильтруется. Раствор направляется на получение коагулянтов и глинозема, а серый шлам с добавкой сильномагнитной фракции золы, исходной золы и известняка спекается на портландцементный клинкер.

В процессе магнитной сепарации содержание оксида железа в слабомагнитной (обогащенной по алюминию) фракции золы снижается до 3,0 6,0% а в шихте до 1 2,9% Шихта золы с известняком и содой спекается при 1180 1250^oC. При уменьшении содержания железа в шихте (<1% ) повышается температура спекания (>1250^oC), что приводит к увеличению расхода тепловой энергии; при повышении содержания железа в шихте (≥ 2,9%), шихта получается легкоплавкой, спек плотный, малопористый, что приводит к повышенному расходу тепловой энергии на стадии выщелачивания и уменьшению степени извлечения алюминия в раствор.

Перед спеканием с целью сокращения расхода тепловой энергии и увеличения производительности печей примерно в 2 раза сырьевая смесь окомковывается (любым способом) с содержанием влаги <16% В процессе спекания окомкованной шихты в 5 10 раз уменьшается пылеунос, т.е. в 5 10 раз сокращается объем оборачиваемой пыли (достигающий без окомкования до 50% от загружаемой шихты), значительно сокращается селективный вынос щелочи с парогазовой смесью, упрощается система пылеулавливания и транспортировки пыли снова в печи. Размер гранул окомкованной сырьевой смеси должен быть менее 20 мм, так как увеличение размеров гранул приводит к увеличению времени спекания, т.е. к перерасходу тепловой энергии.

При наличии в сырьевой смеси либо невыгоревшего угля, либо его искусственного введения до > 2,3% получается спек более пористый, рыхлый, что позволяет значительно сократить время выщелачивания спека любым способом (противоточным, агитационным и др.) и уменьшить расход энергии на стадии измельчения спека, уменьшить ошламляемость его в процессе выщелачивания и интенсифицировать процесс разделения твердой и водной фаз, а также более полно извлечь водорастворимый алюминий при равных с прототипом условиях.

Выделение из золы железистой фракции перед извлечением алюминия позволяет не только уменьшить возможность оплавления сырьевой смеси, но и повысить производительность печи за счет сокращения грузопотока и уменьшить потери времени на ликвидацию настылеобразования и ремонт футеровки печи.

Сильномагнитная железистая фракция золы, выделяемая в голове технологии, направляется как сырьевой компонент на получение портландцементного клинкера. Кроме того, в сырьевую смесь вводится исходная зола как основной источник глинозема.

Выщелачивание алюминия из спека проводится раствором соды 20 27 г/л (11,7 15,8 г/л Na₂O) с получением устойчивых растворов алюминия, содержащих 50 70 г/л Al₂O₃ и 0,1 0,7 г/л оксида кремния.

Результаты применения предлагаемого способа на примере золы-уноса от сжигания ископаемых углей на Рязанской ГРЭС приведены в таблице.

Извлечение алюминия проводили как из исходной золы [1] так и из слабомагнитных фракций золы [2 4] Сильномагнитная фракция золы [5] использовалась на стадии получения портландцементного клинкера. Химический состав золы и ее фракций после магнитной сепарации,
1 Al₂O₃ 28,4; SiO₂ 54,8; Fe₂O₃ 7,6; CaO 3,0
2 Al₂O₃ 29,5; SiO₂ 56,0; Fe₂O₃ 6,0; CaO 3,0
3 Al₂O₃ 30,1; SiO₂ 58,3; Fe₂O₃ 3,0; CaO 3,2
4 Al₂O₃ 32,2; SiO₂ 59,0; Fe₂O₃ 2,1; CaO 3,3
5 Al₂O₃ 17,1; SiO₂ 24,2; Fe₂O₃ 57,0; CaO 1,5
Расход известняка на спекание с золой составлял 100% на образование 2CaO•SiO₂ и 2CaO•Fe₂O₃, расход кальцинированной соды 110% на образование NaAlO₂. В качестве углесодержащей добавки использовался каменный уголь Кузнецкого месторождения. Время спекания при максимальной температуре 1 ч, время выщелачивания спека 0,5 ч, температура 60^oC, крупность помола 1,0 мм. Соотношение при выщелачивании спек раствор соды равно 1:2.

Пример 1, в таблице (по прототипу). 1 кг золы, содержащей 28,4% Al₂O₃, шихтуют с известняком и содой, измельчают и спекают при 1200^oC в течение 0,1 ч. Спек охлаждают, измельчают до 95% минус 1,0 мм и выщелачивают 5%-ным раствором кальцинированной соды (29,3 г/л Na₂O) в течение 0,5 ч при 60^oC и Т:Ж 1:2.

Твердый остаток от выщелачивания (серый шлам) отделяют фильтрацией. Из раствора после обескремнивания выделяют способом карбонизации гидроксид алюминия.

Нерастворимый остаток после выщелачивания (≈ 1,8 кг) смешивают с 3,1 кг известняка, измельчают и спекают в течение 1 ч в трубчатой печи при 1400^oC. Клинкер измельчают в присутствии 5% гипса, и полученный цемент испытывают на прочность.

Примеры 2 13 в таблице. 1 кг золы (NN 1-4) с различным содержанием железа по примерам 1 и 2 шихтуют с добавкой (примеры 7 13) и без добавки (примеры 2 6) каменного угля, измельчают и гранулируют в присутствии воды (< 16%). Шихту перерабатывают как в примере 1. Для выщелачивания алюминия использовали раствор соды (Na₂O 8,2 15,8 г/л).

Нерастворимый остаток (серый шлам) смешивают с известняком, исходной золой и магнитной фракцией золы в соотношении 1:2,37:0,23:0,1, измельчают и спекают при 1400^oC в течение 1,0 ч. Клинкер измельчают с добавкой 5% гипса, и полученный цемент испытывают на прочность.

В процессе спекания глиноземсодержащих сырьевых смесей в укрупненном масштабе в трубчатой печи (длина 9 м, диаметр 0,8 м) вынос смеси в виде пыли из печи составил ≈ 55% при загрузке материала в сухом и увлажненном состоянии (по прототипу), а при загрузке окомкованной (гранулированной) смеси с влажностью ≈ 16% (по предлагаемому нами способу) вынос пыли составил ≈ 6% от подаваемого в печь материала.

При выщелачивании алюминия раствором соды (11,7 15,8 г/л Na₂O) получаемые растворы, содержащие 50 70 г/л Al₂O₃, устойчивы в течение длительного хранения.

Цемент, получаемый по прототипу, имеет прочность на сжатие через 28 сут 568 кг/см², а по предлагаемому способу 603 кг/см².

Из данных лабораторных опытов (примеры в таблице) и укрупненных испытаний видно, что предлагаемый способ позволяет достичь следующих технологических результатов и преимуществ по сравнению с прототипом:
сократить расход топливной энергии на стадии извлечения алюминия (на операциях спекания сырьевых смесей и выщелачивания спека);
повысить извлечение алюминия в готовую продукцию;
увеличить почти вдвое производительность печного оборудования за счет значительного снижения пылеуноса;
повысить качество получаемого цемента.

Использование: переработка алюминийсодержащих зол от сжигания ископаемых углей. Сущность изобретения: золу подвергают магнитной сепарации с получением слабомагнитной и сильномагнитной фракции. Слабомагнитную фракцию золы шихтуют с известняком и содой, шихту гранулируют, спекают, спек охлаждают, измельчают и выщелачивают раствором соды. Пульпу фильтруют, раствор обескремнивают и из него выделяют алюминий из раствора. Твердый остаток от выщелачивания используют при получении цемента. 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ переработки алюминийсодержащих зол от сжигания ископаемых углей, включающий шихтовку с известняком и содой, спекание, выщелачивание спека, разделение фаз, обескремнивание раствора, выделение алюминия из раствора и получение цемента с использованием твердого остатка от выщелачивания спека, отличающийся тем, что дополнительно проводят магнитную сепарацию с получением слабомагнитной и сильномагнитной фракций золы, после чего слабомагнитную фракцию шихтуют с известняком и содой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание окиси железа в слабомагнитной фракции составляет 3 6% а в известково-содовой смеси > 1,0% но < 2,9%
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание проводят раствором кальцинированной соды с концентрацией Na₂O 11,7 15,8 г/л. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что спекание проводят при наличии в сырьевой смеси ископаемого угля ≥ 2,3%
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что сырьевую смесь подают на спекание в окомкованном, или брикетированном, или гранулированном виде с влажностью ≅ 16% и крупностью гранул < 20 мм, предпочительно 8 15 мм. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в сырьевую смесь для получения портландцементного клинкера с использованием серого шлама в качестве железа и алюминийсодержащих компонентов вводят сильномагнитную фракцию золы и исходную золу.