基于氯化-氧压转化利用高铝粉煤灰制备氧化铝的方法

技术领域：

本发明属于技术领域，具体涉及一种基于氯化-氧压转化利用高铝粉煤灰制备氧化铝的方法。

背景技术：

我国煤炭消耗大国，据统计每燃烧1t煤就能产生250～300kg的粉煤灰和20～30kg的炉渣，2014年底中国火力发电装机总容量已达9.16亿千瓦，发电量为41,731亿千瓦时，产生粉煤灰达5.78亿吨。2015年，我国火电发电量占总发电量的约73％，火电发电仍然是我国最主要的电力来源。2015年粉煤灰排放为6.2亿吨，未来几年我国粉煤灰产生量仍将维持在较高水平，预计在5.6-6.1亿吨/年，稳居世界第一。2015年，我国高铝粉煤灰(氧化铝含量＞37％)年排放量超过3000万吨，以高铝煤炭资源量500亿吨计，可产生高铝粉煤灰140亿吨，是目前我国铝土矿资源的重要补充，其利用过程广泛受到相关从业人员的高度关注。

近年来，相关从业者针对高铝粉煤灰的高效、高值化利用进行了大量的研究工作，提出了碱石灰烧结法、石灰石烧结法、酸浸法、酸碱联合法等多种粉煤灰提取氧化铝工艺。但直至2006年国内粉煤灰提铝技术才有较大突破。2006年内蒙古蒙西高新技术集团公司开发的石灰石烧结法联产水泥工艺以及中国大唐集团公司针对其电厂高铝粉煤灰的特点开发的预脱硅-碱石灰烧结法提取氧化铝联产活性硅酸钙的工艺路线，均已进入工业化或工业试验阶段。

现有方法多采用酸或碱提取高铝粉煤灰中的氧化铝，会产生大量的酸、碱性渣，存在二次污染的问题。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于氯化-氧压转化利用高铝粉煤灰制备氧化铝的方法。

基于氯化-氧压转化利用高铝粉煤灰制备氧化铝的方法，包括以下步骤：

步骤1，物料混合：

(1)分别取高铝粉煤灰和焦煤，所述的焦煤中包括C和氧化硅，所述的高铝粉煤灰中包括氧化铝和氧化硅，按摩尔比，焦煤中的C：(高铝粉煤灰中的氧化铝+高铝粉煤灰中氧化硅+焦煤中氧化硅)＝(1.5～4):1

(2)将高铝粉煤灰、焦煤混合制成球团；

步骤2，氯化反应：

将球团加入到移动床反应器中，并向移动床反应器中通入氯气，进行氯化反应，获得固相产物和气相产物；其中，所述的氯气通入量为理论能使高铝粉煤灰中铝完全转化为AlCl

高铝粉煤灰中的莫来石等与氯气反应生成氯化铝和氯化硅等，高铝粉煤灰中的镁等与氯气反应生成氯化镁进入渣中；

步骤3，冷凝：

氯化得到的气相产物首先降温至180℃以下，获得氯化铝；进一步降温至56℃以下，获得四氯化硅产品，尾气经加压得到氯气，氯气压缩成液氯，返回氯化过程循环使用；

步骤4，氧压转化：

将氯化铝引流至加压氧压转化炉，气相中氧气分压为0.2～5MPa，保持氯化铝为熔融态进行氧化反应，反应温度为200～1000℃，反应时间15～90min，向体系中熔融态氯化铝中通入氧气，使氯化铝转化为氧化铝和氯气，氯气返回氯化过程循环使用。

所述的步骤1(1)中，高铝粉煤灰包括组分及质量百分含量为Al

所述的步骤1(1)中，焦煤中包括组分及质量百分含量为C 83.6％，氧化硅4.3％，余量为杂质。

所述的步骤2中，氯化过程中高铝粉煤灰中莫来石等与氯气的反应为：

Al

或Al

此外，粉煤灰还含有一部分的氧化铝及氧化硅，其与氯气的反应为：

Al

Al

SiO

SiO

所述的步骤2中，获得的氯化镁渣可作为除雪剂的原料。

所述的步骤3中，获得的四氯化硅作为多晶硅或高纯二氧化硅生产的原料。

所述的步骤3中，经检测，高铝粉煤灰和焦煤中75％以上的氧化硅转化为四氯化硅。

所述的步骤4中，氧压转化过程反应如下：

4AlCl

所述的步骤4中，氯化铝完全转化为氧化铝。

本发明的有益效果：

(1)工艺流程短，采用直接球团氯化的方式提取高铝粉煤灰中的铝、硅等多种组分，得到氯化铝直接氧压转化得到氧化铝产品；

(2)环境友好，过程不采用酸和碱，不产生酸碱废渣；

(3)转化效率高，采用氯化的方法可将高铝粉煤灰中大部分的莫来石型氧化铝转化为氯化铝，铝的提取效率高于湿法提取等方法；

(4)实现高铝粉煤灰综合利用，高铝粉煤灰中的铝和硅经氯化进入气相，后经冷凝分离分别得到氯化铝和氯化硅，氯化硅可作为制备多晶硅或高纯二氧化硅的原料；该方法的渣量是高铝粉煤灰量的20％以下，且渣中主要成分是氯化镁等，可用作除雪剂的原料。

具体的实施方式

本发明所举实施例采用的高铝粉煤灰主要成分为Al

本发明所举实施例采用的焦煤中C含量为83.6％，氧化硅4.3％，余量为杂质；

本发明所举实施例中采用的是高铝粉煤灰，本发明所述的生产内容不局限于采用该类原料，任何以铝为主要成分的原料均可采用该技术进行生产。

以下实施例中，经检测，高铝粉煤灰中85-95.4％的铝转化为氯化铝，高铝粉煤灰和焦煤中75-95％的氧化硅转化为四氯化硅。本发明的工艺同样适用于其他类型高铝粉煤灰原料，相应能够实现85％以下的铝转化为氯化铝。

实施例1

将高铝粉煤灰、焦煤按一定比例混合，制成球团，焦煤中的C与高铝粉煤灰中的氧化铝以及高铝粉煤灰和焦煤中氧化硅的总摩尔比为1.5:1。将球团加入到移动床反应器中，并向移动床反应器中通入氯气，氯气通入量为理论能使高铝粉煤灰中铝完全转化为AlCl

将氯化铝引流至加压氧压转化炉，气相中氧气分压为5MPa，反应温度为200℃，反应时间90min，向体系中熔融态氯化铝中通入氧气，使氯化铝转化为氧化铝和氯气，氯气返回氯化过程循环使用。经本方法处理后，氯化铝完全转化为氧化铝。

实施例2

将高铝粉煤灰、焦煤按一定比例混合，制成球团，焦煤中的C与高铝粉煤灰中的氧化铝以及高铝粉煤灰和焦煤中氧化硅的总摩尔比为4:1。将球团加入到移动床反应器中，并向移动床反应器中通入氯气，氯气通入量为理论能使高铝粉煤灰中铝完全转化为AlCl

将氯化铝引流至加压氧压转化炉，气相中氧气分压为0.2MPa，反应温度为1000℃，反应时间15min，向体系中熔融态氯化铝中通入氧气，使氯化铝转化为氧化铝和氯气，氯气返回氯化过程循环使用。经本方法处理后，氯化铝完全转化为氧化铝。

实施例3

将高铝粉煤灰、焦煤按一定比例混合，制成球团，焦煤中的C与高铝粉煤灰中的氧化铝以及高铝粉煤灰和焦煤中氧化硅的总摩尔比为3:1。将球团加入到移动床反应器中，并向移动床反应器中通入氯气，氯气通入量为理论能使高铝粉煤灰中铝完全转化为AlCl

将氯化铝引流至加压氧压转化炉，气相中氧气分压为1.5MPa，反应温度为500℃，反应时间30min，向体系中熔融态氯化铝中通入氧气，使氯化铝转化为氧化铝和氯气，氯气返回氯化过程循环使用。经本方法处理后，氯化铝完全转化为氧化铝。

实施例4

将高铝粉煤灰、焦煤按一定比例混合，制成球团，焦煤中的C与高铝粉煤灰中的氧化铝以及高铝粉煤灰和焦煤中氧化硅的总摩尔比为3.5:1。将球团加入到移动床反应器中，并向移动床反应器中通入氯气，氯气通入量为理论能使高铝粉煤灰中铝完全转化为AlCl

将氯化铝引流至加压氧压转化炉，气相中氧气分压为2.0MPa，反应温度为300℃，反应时间60min，向体系中熔融态氯化铝中通入氧气，使氯化铝转化为氧化铝和氯气，氯气返回氯化过程循环使用。经本方法处理后，氯化铝完全转化为氧化铝。

实施例5

将高铝粉煤灰、焦煤按一定比例混合，制成球团，焦煤中的C与高铝粉煤灰中的氧化铝以及高铝粉煤灰和焦煤中氧化硅的总摩尔比为2.5:1。将球团加入到移动床反应器中，并向移动床反应器中通入氯气，氯气通入量为理论能使高铝粉煤灰中铝完全转化为AlCl

将氯化铝引流至加压氧压转化炉，气相中氧气分压为0.8MPa，反应温度为800℃，反应时间25min，向体系中熔融态氯化铝中通入氧气，使氯化铝转化为氧化铝和氯气，氯气返回氯化过程循环使用。经本方法处理后，氯化铝完全转化为氧化铝。