СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИХ ЗОЛ ОТ СЖИГАНИЯ УГЛЕЙ

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИХ ЗОЛ ОТ СЖИГАНИЯ УГЛЕЙ


RU (11) 2097329 (13) C1

(51) 6 C01F7/38 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 96104435/25 
(22) Дата подачи заявки: 1996.03.05 
(45) Опубликовано: 1997.11.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Сайбулатов С.Ж. Ресурсосберегающая технология керамического кирпича на основе зол ТЭС. - М.: Стройиздат, 1990, с. 178 - 194. 2. Троицкий И.Д., Железнов В.А. Металлургия алюминия. - М.: Металлургия, 1977, с. 195 - 196. 3. R.Padilla and N.Y. Sohn. Alumina from Coal Wastes by the Lime-Soda sinter process: leaching and desilication of the Sodium - Aluminate Solution". Light Metals, 1983, p. 21 - 38. 
(71) Заявитель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии 
(72) Автор(ы): Шаталов В.В.; Лайнер Ю.А.; Свиридов А.Н.; Смирнова И.С.; Ряховский С.М.; Федоров В.Д.; Русаков И.И.; Каушанский В.Е.; Якунина Э.Ю. 
(73) Патентообладатель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии 

(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИХ ЗОЛ ОТ СЖИГАНИЯ УГЛЕЙ 

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. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



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 1250oC 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 1250oC. При уменьшении содержания железа в шихте (<1% ) повышается температура спекания (>1250oC), 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 2CaOSiO2 и 2CaOFe2O3, 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 60oC, 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 1200oC 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 60oC 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 1400oC. 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 1400oC 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. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



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.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru