專利名稱：從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢棄物回收利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種從粉煤灰和 煤矸石中提取鎵的生產(chǎn)工藝。
技術(shù)背景煤系固體廢物包括粉煤灰和煤矸石，來自煤的開采、加工和利用過程。 煤矸石是與煤伴生的巖石，在采煤和煤的洗選過程中，都有煤矸石排除。 粉煤灰則是燃煤廢雜，是燃煤電廠排出的固體廢棄殘?jiān)Ｄ壳?，我?guó)煤系固體廢物總堆存量已超過20億噸，而且還在不斷增加，不僅占用了大量 的土地資源，而且還嚴(yán)重污染著環(huán)境。不久的將來必須實(shí)施粉煤灰和煤矸石綜合利用，通過循環(huán)利用實(shí)現(xiàn)廢 棄物的零排放這一 目標(biāo)。國(guó)內(nèi)外目前對(duì)粉煤灰和煤矸石大多釆用燒制水 泥、空心磚等途徑，這些利用方式僅僅為一種低水平的利用，往往難以獲 得良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，如何提高粉煤灰和煤矸石的利用價(jià)值，成為礦 山、電力及相關(guān)企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展所面臨的亟待解決的重大問題。化學(xué)分析表明，煤中含有80多種元素，燃燒時(shí)其中少部分隨煙排掉, 大部分仍保留在粉煤灰中，其主要組成元素為硅、鋁、氧、鐵，其次還有 鈣、鎂、鉀、鈉、硫、釩、鈦等，同時(shí)還賦存一些珍貴的稀有金屬鍺、鎵、 鈾、釷等元素。因此，如能將其中的高附加值成分提取出來得到有效利用， 可成為一種來源廣泛的、可取得良好經(jīng)濟(jì)效益的再生資源。粉煤灰和煤矸石的綜合利用研究，特別是從中提取氧化銷的研究自上 世紀(jì)40年代開始至今，國(guó)內(nèi)外的許多專家、學(xué)者在這方面進(jìn)行了大量的 工作，提出了多種提取方法。其中，代表性的主要有石灰石燒結(jié)法、堿 石灰燒結(jié)法、堿燒法、氟氨助溶法等等。在這些方法中，石灰石燒結(jié)法是 目前唯一付諸于工業(yè)實(shí)踐的一種方法，其它方法由于工藝條件的限制、氧化鋁提取率低、能耗高、生產(chǎn)成本高、排渣量大等各種原因，目前仍然停 留在實(shí)驗(yàn)階段。需要指出的是，這些方法主要考慮粉煤灰和煤矸石中主量成分氧化鋁 的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而其他成分往往作為雜質(zhì)處理掉。特別是對(duì)賦存珍貴的稀有 金屬鎵、鍺、鈾、釷等元素未能綜合利用，針對(duì)粉煤灰中稀有金屬鎵、鍺 的回收，現(xiàn)有成果多是采用對(duì)粉煤灰高溫焙燒，使鎵、鍺升華并通過冷凝 富集方式回收。從煤矸石中回收鎵、鍺的技術(shù)研究則報(bào)道更少。從煤系固 體廢物中有效回收利用稀有金屬是實(shí)現(xiàn)綜合利用，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益的 途徑之一。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中鎵提取率低、能耗高、工藝復(fù)雜、 殘?jiān)看笠约皻堅(jiān)酶郊又档偷募夹g(shù)問題，而提供一種工藝簡(jiǎn)單，能耗 低，鎵提取率高的從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產(chǎn)工藝。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是 一種從粉煤灰和煤矸 石中提取鎵的生產(chǎn)工藝，其特征在于該工藝包括以下步驟(1) 對(duì)粉煤灰或煤矸石進(jìn)行研磨，并使其顆粒直徑為200-240目，將 研磨后的粉煤灰或煤矸石與Na2C03按粉煤灰或煤矸石碳酸鈉=1 : 0.5-5 的比例混合、攪拌，該比例為重量百分比；(2) 將步驟(1)形成的混合物在溫度600-10001:條件下煅燒0.5-2小時(shí)；(3) 向燒結(jié)產(chǎn)物中加入適量的水，其中的Na2Si03和NaA102被溶于水 中，按重量百分比燒結(jié)物水=1 : 50-200，在溫度60-95。C條件下浸取0.5-2小時(shí)后過濾；U)向步驟(3)所得濾液中通入C02，碳分3小時(shí)后過濾，得到H2Si03 和Al(OH)3混合物，過濾得硅銷混和物；(5 )在步驟(4 )所得的濾液中加入工業(yè)鹽酸，使其溶液的pH為1.0-5.5， 倒入裝有經(jīng)活化的吸附材料的吸附柱內(nèi)，鎵被吸附在柱子上；(6)將步驟(5)得到的吸附鎵的柱子用洗脫液0.5-3.5mol/LHCl洗 脫，洗脫后的溶液為GaCl3溶液，再經(jīng)濃縮、結(jié)晶，即制得氯化鎵。 步驟(2)中所述煅燒的時(shí)間為0.5-1小時(shí)。步驟(3)中所述燒結(jié)物與水的重量百分比為1 : 70 150;浸提溫度為 70 °C ~85 °C;浸提時(shí)間在1~1.5小時(shí)。步驟(5)中所述溶液的pH為2.0-3.5。步驟(5)中所述吸附材料為海泡石、蒙脫石或陽離子樹脂。步驟(6)中所述洗脫液的酸度為1.0-2.5mol/LHCl。 本發(fā)明首先對(duì)原料如粉煤灰或煤矸石進(jìn)行研磨，并使其顆粒直徑為 200-400目，將研磨后的粉煤灰或煤矸石與Na2C03按粉煤灰或煤矸石碳 酸鈉=1 : 0.5 5的比例混合、攪拌、高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)物的主要物相有霞石 和偏鋁酸鈉、硅酸鈉。燒結(jié)過程中所發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下Al6 Si2013+ 4Si02+ 3Na2C03—6NaAlSi04+ 3C02TA1203+ Na2C03= 2NaA102+ C02TSi02+ Na2C03= Na2Si03+ C02T燒結(jié)產(chǎn)物用水溶解，固液重量白粉比為燒結(jié)物水-i : 50 200。水提取過程中，鎵、Na2Si03和NaA102進(jìn)入濾液。向?yàn)V液中通入C02，碳分 2小時(shí)后過濾，得到Al(OH)3。再向?yàn)V液中加入鹽酸，調(diào)整體系酸度使pH 為2-5，將浸出液注入裝有吸附劑的吸附柱中，再用鹽酸洗脫，微量鎵被富 集回收。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采取中溫煅燒、水浸、 碳分、上柱吸附、洗脫等工藝環(huán)節(jié)之后，獲得氯化鎵，粉煤灰和煤矸石中 鎵的提取率可達(dá)到80%以上；解決了現(xiàn)有技術(shù)中殘?jiān)看笠约皻堅(jiān)酶?加值低的難題；本發(fā)明整個(gè)工藝過程均在常壓條件下進(jìn)行，因此對(duì)設(shè)備要 求條件低，整個(gè)工藝過程實(shí)現(xiàn)了資源的有效利用，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成新 的污染。以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不僅限于以下 實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1(1 )對(duì)粉煤灰進(jìn)行研磨，并使其顆粒直徑小于200目，最好在200-400 目之間，將研磨后的粉煤灰與Na2C03按重量百分比粉煤灰碳酸鈉=1 : 1 的比例混合、攪拌；(2) 將步驟(1)形成的混合物在溫度800。C條件下煅燒50分鐘；(3) 按重量百分比燒結(jié)物水=1 : 50的比例，向燒結(jié)物中加入適量 的水，在溫度60'C條件下浸取2小時(shí)后過濾；(4) 向步驟(3)所得濃縮濾液中通入C02,碳分2小時(shí)后過濾，得到 H2Si03和Al(OH)3混合物；(5) 在步驟(4)所得的濾液中加入工業(yè)鹽酸，使其溶液的pH為3， 倒入裝有經(jīng)活化的海泡石吸附柱內(nèi)，鎵被吸附在柱子上；(6) 將步驟(5)得到的吸附鎵的柱子用2.5mol/LHCl洗脫，洗脫液 為GaCl3溶液，再經(jīng)濃縮、結(jié)晶，即制得氯化鎵。實(shí)施例2(1) 對(duì)煤矸石進(jìn)行研磨，并使其顆粒直徑為240目，將研磨后的煤矸石與Na2C03按粉煤灰碳酸鈉=1 : 3的比例混合、攪拌；(2) 將步驟(1)形成的混合物在溫度卯0。C條件下煅燒30分鐘；(3) 向燒結(jié)產(chǎn)物中加入適量的水，其中的Na2Si03和NaA102被溶于水 中，按重量百分比燒結(jié)物水=1 : 85,在溫度8(TC條件下浸取1小時(shí)后過濾；(4) 向步驟(3)所得濾液中通入C02，碳分3小時(shí)后過濾，得到112&03 和Al(OH)3混合物，過濾得硅鋁混和物；(5) 在步驟(4)所得的濾液中加入工業(yè)鹽酸，使其溶液的pH為2， 倒入裝有經(jīng)活化的磺酸基聚苯乙烯系凝膠型陽離子交換樹脂的吸附柱內(nèi)， 鎵被吸附在柱子上；(6) 將步驟(5)得到的吸附鎵的柱子用1.5mol/LHCl洗脫，洗脫液 為GaCl3溶液，再經(jīng)濃縮、結(jié)晶，即制得氯化鎵。實(shí)施例3(1) 對(duì)粉煤灰進(jìn)行研磨，并使其顆粒直徑為220目，將研磨后的粉煤 灰與Na2C03按粉煤灰碳酸鈉=1 : 2的比例混合、攪拌，該比例為重量百分比；(2) 將步驟(1)形成的混合物在溫度1000'C條件下煅燒1小時(shí)；(3) 向燒結(jié)產(chǎn)物中加入適量的水，其中的Na;jSi03和NaA102被溶于水 中，按重量百分比燒結(jié)物水=1 : 200,在溫度95°。條件下浸取0.5小時(shí)后過濾；(4) 向步驟(3)所得濾液中通入C02,碳分3小時(shí)后過濾，得到H2SiOj 和Al(OH)3混合物，過濾得硅鋁混和物；(5) 在步驟(4)所得的濾液中加入工業(yè)鹽酸，使其溶液的pH為l.O， 倒入裝有經(jīng)活化的蒙脫石的吸附柱內(nèi)，鎵被吸附在柱子上；(6) 將步驟(5)得到的吸附鎵的柱子用洗脫液1.Omol/LHC1洗脫， 洗脫后的溶液為GaCl3溶液，再經(jīng)濃縮、結(jié)晶，即制得氯化鎵。
權(quán)利要求
1. 一種從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產(chǎn)工藝，其特征在于該工藝包括以下步驟(1)對(duì)粉煤灰或煤矸石進(jìn)行研磨，并使其顆粒直徑為200-240目，將研磨后的粉煤灰或煤矸石與Na2CO3按粉煤灰或煤矸石∶碳酸鈉＝1∶0.5-5的比例混合、攪拌，該比例為重量百分比；(2)將步驟(1)形成的混合物在溫度600-1000℃條件下煅燒0.5-2小時(shí)；(3)向燒結(jié)產(chǎn)物中加入適量的水，其中的Na2SiO3和NaAlO2被溶于水中，按重量百分比燒結(jié)物∶水＝1∶50-200，在溫度60-95℃條件下浸取0.5-2小時(shí)后過濾；(4)向步驟(3)所得濾液中通入CO2，碳分3小時(shí)后過濾，得到H2SiO3和Al(OH)3混合物，過濾得硅鋁混和物；(5)在步驟(4)所得的濾液中加入工業(yè)鹽酸，使其溶液的pH為1.0-5.5，倒入裝有經(jīng)活化的吸附材料的吸附柱內(nèi)，鎵被吸附在吸附柱上；(6)將步驟(5)得到的吸附鎵的吸附柱用洗脫液0.5-3.5mol/L HCl洗脫，洗脫后的溶液為GaCl3溶液，再經(jīng)濃縮、結(jié)晶，即制得氯化鎵。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產(chǎn)工藝， 其特征在于步驟(2)中所述煅燒的時(shí)間為0.5~1小時(shí)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從粉煤灰和煤旰石中提取鎵的生產(chǎn)工藝， 其特征在于步驟(3)中所述燒結(jié)物與水的重量百分比為1 : 70-150;浸提 溫度為70。C 85。C;浸提時(shí)間在1-1.5小時(shí)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產(chǎn)工藝， 其特征在于步驟(5)中所述溶液的pH為2.0-3.5。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產(chǎn)工藝， 其特征在于步驟(5)中所述吸附材料為海泡石、蒙脫石或陽離子樹脂。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產(chǎn)工藝， 其特征在于步驟(6)中所述洗脫液的酸度為1.0-2.5mol/LHCl。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從粉煤灰和煤矸石中提取鎵的生產(chǎn)工藝，該工藝基于對(duì)煤系固體廢棄物中氧化鋁、硅膠提取的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深度利用工藝中產(chǎn)出的廢液，進(jìn)行鎵的回收。本發(fā)明采取中溫煅燒、水浸、碳分、上柱吸附、洗脫等工藝環(huán)節(jié)之后，獲得氯化鎵，解決了現(xiàn)有技術(shù)中殘?jiān)看笠约皻堅(jiān)酶郊又档偷碾y題，粉煤灰和煤矸石中鎵的提取率可達(dá)到80％以上；本發(fā)明整個(gè)工藝過程均在常壓條件下進(jìn)行，因此對(duì)設(shè)備要求條件低，整個(gè)工藝過程實(shí)現(xiàn)了資源的有效利用，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成新的污染。
文檔編號(hào)C22B3/00GK101255504SQ20081001787
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者楊勝科, 潘愛芳, 馬潤(rùn)勇 申請(qǐng)人:潘愛芳