煤矸石提取氧化铝工艺设计
煤矸石提取氧化铝活化过程的研究
- 50 -第35卷第2期 非金属矿 Vol.35 No.2 2012年3月 Non-Metallic Mines March, 2012煤矸石是煤矿建井和生产过程中排出的一种混杂岩体，煤矸石产生量约占煤炭开采量的10%~15%。
目前我国贮存煤矸石超过40亿吨、占地近2万公顷。
煤矸石一般露天堆放，经日晒、雨淋、风化、分解，产生大量酸性水或含重金属的离子水，下渗损害地下水质，外流导致地表水污染，近1/3的煤矸石由于硫铁矿和含碳物的存在发生自燃，产生有害有毒气体，严重污染环境，还会产生滑坡和泥石流等自然灾害[1]。
煤矸石是以铝硅酸盐为主的铝矿资源，含有丰富的铝硅元素[2]，但煤矸石本身无活性，结构、晶相稳定，所以常温煅烧下氧化铝溶出率低[3]，在高温下煤矸石微观结构中各微粒产生剧烈的热运动，脱去矿物中结合水，致使硅氧四面体和铝氧三角体不能充分聚合成长链，形成大量自由端的断裂点，质点不再按照一定规律排列，形成处于热力学不稳定状态玻璃相结构，使烧成后的煤矸石含大量活性氧化硅和氧化铝[4-5]，其与碳酸钙反应，生成易溶于碳酸钠的铝酸钙盐，经脱硅、碳分等得到纯度较高的氧化铝。
1 实验部分煤矸石提取氧化铝活化过程的研究任根宽（宜宾学院 化工系，四川 宜宾 644007）摘 要 铝、硅主要以高岭土形式存在于煤矸石中，活性非常低，在高温下煤矸石微观结构中各微粒产生剧烈的热运动，形成处于热力学不稳定状态玻璃相结构，可使烧成后的煤矸石中含有大量活性氧化铝，达到活化目的。
本实验以萤石为助剂、煤粉为还原剂，采用石灰石烧结法活化煤矸石。
实验表明，最佳活化条件为：石灰饱和系数KH 0.8、萤石用量1%、煤粉的加入量1.5%、煅烧温度1260 ℃、烧成时间90 min 。
此条件下煤矸石中氧化铝的溶出率高达89.5%。
关键词 煤矸石 溶出率 活化 氧化铝中图分类号：TD849+.5 文献标识码：A 文章编号：1000-8098(2012)02-0050-03Study on Activation Process of Extraction of Alumina from Coal GangueRen Genkuan(Department of Chemical Engineering, Yibin University, Yibin, Sichuan 644007)Abstract The kaolin form of aluminum-silicon in coal gangue has low activity, each particle of microcosmic structure of coal gangue causes violently hot movement under high temperature, the glass phase structure of unsteady state in thermodynamics forms, and increases the activity of alumina in coal gangue, achieves activation. The conditions of activation of coal gangue is studied with limestone sintering method, with fluorite as assistant and fine coal as reducing agent. The experimental results show that the conditions of activation were obtained as follows ：KH 0.8, dosage of fluorite 1%, fine coal 1.5%, calcination temperature 1260 ℃, calcination time 90 min. Alumina leaching efficiency of 89.5% was achieved in gangue under this condition.Key words coal gangue leaching efficiency activation alumina收稿日期：2012-01-101.1 主要原料与试剂 煤矸石，取自山西大同煤矿，其主要化学成分(%)为：SiO 2，47.23；Al 2O 3，33.57；Fe 2O 3，1.56；CaO ，1.82；MgO ，1.05；其它，1.91；烧失量，l2.86。
用煤矸石中制备氢氧化铝和氧化铝的研究
用煤矸石中制备氢氧化铝和氧化铝的研究用煤矸石中制备氢氧化铝和氧化铝的研究用煤矸石中制备氢氧化铝和氧化铝的研究用煤矸石中制备氢氧化铝和氧化铝的研究1、制备条件1、设备：电炉、反应釜、真空泵、量筒等2、原料：红柱石、褐煤、铁粉3、制备方法：把红柱石、褐煤混合在一起煅烧，然后将其冷却、破碎、过筛，最后再把它们混合在一起搅拌均匀，这样就可以制备氢氧化铝了。
接下来，把黄铁矿粉末与煤渣混合在一起放入密闭容器中进行煅烧，再把它们冷却、破碎、过筛，这样就可以制备氧化铝了。
用量筒量取二氧化碳和氢氧化钠的体积比为1： 1，再倒入量筒中混合均匀。
实验开始时先让我们仔细观察上面所说的实验制备氢氧化铝和氧化铝的方法。
观察完了之后，就按照上面的制备氢氧化铝的操作步骤，开始做准备工作。
首先，先把粉状氢氧化铝放到烧杯里，再向烧杯中加入500毫升水，用玻璃棒不断搅拌，直到氢氧化铝完全溶解，再向烧杯中滴入适量的氯化钠溶液，这样就能保证烧杯中氢氧化铝的含量达到标准。
1、原料。
质量分数为10%~30%的煤矸石，粉状氧化铝质量分数为0.1%~15%的氢氧化钠溶液， PH=12.8的盐酸溶液。
2、仪器和试剂。
250mL锥形瓶(装有NaOH溶液)， 250mL锥形瓶(内盛适量的NaOH 溶液)，玻璃棒，酸式滴定管，烧杯，酒精灯，量筒，盐酸，蒸馏水，镊子，胶头滴管，导管，回流冷凝管，分液漏斗，铁架台。
3、实验步骤。
(1)加热蒸发煤矸石。
把煤矸石放到坩埚中，把熔化了的碱液倒入坩埚中，再盖上坩埚盖，静置大约五分钟，再用酒精灯对坩埚进行加热，加热温度为100 ℃，把煤矸石中的水分完全蒸发掉。
(2)配制氢氧化铝溶液。
用蒸馏水配成浓度为2%的NaOH溶液，然后向里面加入适量的盐酸，使得它的浓度为0.9%。
(3)煅烧褐煤。
在铁锅中放入煤渣，放到火上加热，边加热边翻动，使它不粘在锅底上，然后放入少许的铁粉，让它在坩埚里面燃烧。
(4)冷却褐煤，加入氢氧化钠。
硫酸提取煤矸石中氧化铝的研究
硫酸提取煤矸石中氧化铝的研究绪论煤矸石是煤炭开采、洗选过程中产生的废弃物，也是现阶段我国排放量最大的工业固体废弃物之一，被视为气、液、固三害俱全的“工业废料”。
目前，我国煤矸石堆积总量已超过40亿t，形成矸石山1500多座，而且仍在逐年增长。
大量堆积的煤矸石不仅污染水质和大气，还占用了越来越多的耕地，对生态和环境构成了双重破坏。
现阶段，煤矸石主要用来制砖，生产水泥，有的直接用于填埋，占煤矸石平均质量分数25%左右的氧化铝资源却没有得到合理的利用。
因此对煤矸石有用元素的提取及综合利用，将能在资源节约，环境保护，节能减排和增收节支方面产生显著的社会，经济和环境效益。
1 煤矸石的前期研究按国家标准GB/T 1574-2007煤灰成分分析方法分析煤矸石主要组分的含量其结果如下表：煤矸石经高温煅烧后，颜色为灰白色。
以下为原料和几个煅烧温度下的衍射图图1 煤矸石的原料衍射图图2 750℃煅烧后的煤矸石的衍射图图3 850℃煅烧后的煤矸石的衍射图图4 1050℃煅烧后的煤矸石的衍射图由图1可以看出煤矸石原料中各个晶型都比较稳定，主要是高岭石和石英两种晶体，不具备反应活性，750℃煅烧后的煤矸石出现馒头峰，峰型开始变多，这说明高岭石已经分解，具有了反应活性，1050℃煅烧后从衍射图上可以看出有强度很弱的莫来石特征峰，说明此时已有少量的莫来石结晶析出。
破碎粉磨过的煤矸石通过高温煅烧会使其表面微观结构发生变化，会使结构膨胀，微孔增多，表现出良好的化学活性。
其中的32O Al 可以酸浸出来 经过暑假所做的正交实验和单因素实验得到了氧化铝溶出的最优条件： 实验条件 在最优条件下反应32O Al 的溶出率可以达到81%，再加入第一次加入酸量的一半来与过滤后的滤饼反应，即煤矸石经过两级反应，32O Al 的溶出率可以达到91%。
这说明煤矸石中绝大多数的氧化铝是可以通过酸浸这种方法来实现溶出的 。
2．考察反应中脱铁我们把酸浸分为两步，先用硫酸按上述最优条件反应，然后滤液再加煤矸石进行脱铁吸附。
煤矸石提取氧化铝工艺设计
煤矸石提取氧化铝工艺设计首先，我们需要了解煤矸石的特性和成分。
煤矸石是煤矿开采后产生的废弃物，其中含有一定比例的氧化铝。
为了提取氧化铝，我们需要设计一个合适的工艺流程。
工艺设计的第一步是煤矸石的预处理。
由于煤矸石含有一定比例的有机物和硫酸盐等杂质，需要进行破碎、洗涤和浸泡等处理。
破碎可以将煤矸石破碎成合适的粒度，洗涤和浸泡可以去除一部分杂质。
这些预处理步骤可以提高后续步骤的提取效率。
接下来的步骤是浸出。
将预处理后的煤矸石与硫酸等强酸进行反应，使氧化铝溶解成盐酸铝，并与硫酸盐等杂质分离。
这一步需要控制反应温度和浸出时间，以提高氧化铝的回收率和纯度。
浸出后的溶液需要进行过滤和沉淀。
通过过滤，可以去除溶液中的固体颗粒和杂质。
沉淀是将溶液中的盐酸铝转化为固态氧化铝的过程。
沉淀需要控制pH值和温度，以获得较高的纯度和结晶度。
最后一步是氧化铝的烧结和粉碎。
将沉淀后的氧化铝进行烧结，使其形成一定的颗粒大小和结构。
烧结后的氧化铝需要经过粉碎，以满足不同应用领域的要求。
在整个工艺设计过程中，需要考虑的因素有很多。
首先是设备的选择和布局。
不同步骤需要不同的设备和操作条件，需要合理选择和布置设备，以提高工艺效率和生产能力。
其次是化学试剂的选择和添加。
煤矸石提取氧化铝的过程中需要添加一些化学试剂，如硫酸和盐酸等，来促进反应和分离。
需要选择合适的试剂和添加剂，并控制其添加量和浓度。
最后是工艺条件的控制。
工艺过程中的温度、压力、pH值等条件需要进行实时控制和监测，以确保工艺稳定和产品质量。
总之，煤矸石提取氧化铝的工艺设计需要综合考虑煤矸石的特性和成分，选择适合的工艺流程和条件。
通过预处理、浸出、过滤、沉淀、烧结和粉碎等步骤，可以从煤矸石中提取出纯度较高的氧化铝，为工业生产提供原材料。
煤矸石焙烧活化-酸浸提取氧化铝的实验研究
第46卷 第6期 2023 年 11 月
煤炭转化
COAL CONVERSION
Vol.46 No.6 Nov.2023
郭文超,朱晓波,张治国,等.煤矸石焙烧活化-酸浸提取氧 化 铝 的 实 验 研 究[J].煤 炭 转 化,2023,46(6):80-89.DOI:10.19726/ki.ebcc.202306008. GUO Wenchao,ZHU Xiaobo,ZHANGZhiguo,etal.Experimentalstudyonextractionofaluminafromcoalganguebyroastingactivationacidleaching[J].CoalConversion,2023,46(6):80-89.DOI:10.19726/ki.ebcc.202306008.
第6期
郭文超等 煤矸石焙烧活化-酸浸提取氧化铝的实验研究
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浸法和碱熔法。碱 熔 法 存 在 高 碱 耗、生 产 工 艺 繁 琐 和产生 废 渣 量 大 等 缺 点,而 酸 浸 法 浸 取 煤 矸 石 中 Al2O3 具 有 效 率 高、操 作 简 单 等 优 势。 李 瑜 等 利 [9] 用硫酸作为酸 浸 介 质 浸 出 煤 矸 石 中 Al2O3,在 最 佳 条件 下 浸 出 率 达 79.6%。 官 长 平 等 通 [10] 过 添 加 氟 化钠助剂,在盐酸体系下浸出煤矸石 中 的 Al2O3,在 最佳条件下浸出率达70.40%。上 述 研 究 针 对 低 铝 煤矸石采用酸浸法 提 取 其 中 的 氧 化 铝,但 浸 出 率 不 理想。关于 高 铝 质 型 煤 矸 石 中 提 取 Al2O3 的 研 究 报道 较 多,涉 及 的 产 品 有 氧 化 铝 和 硫 酸 铝 。 [11-13] YANGetal[14]采 用 水 化 学 法 从 高 铝 煤 矸 石 中 提 取 Al2O3,在最佳条件下浸出率可达94.68%。 该 研 究 针 对 高 铝 煤 矸 石 中 氧 化 铝 的 提 取 ,具 有 成 本 低 、浸 出 率高的优点,但是对 煤 矸 石 的 矿 物 及 化 学 组 成 有 严 格要求。煤矸 石 中 氧 化 铝 质 量 分 数 一 般 为 30% ~ 50% ,根 据 煤 矸 石 化 学 成 分 含 量 分 类 ,高 铁 低 铝 煤 矸 石中氧化铝质量分数为 25% ±15%、氧 化 铁 质 量 分 数为12%~18%;高铁高铝煤 矸 石 中 氧 化 铝 质 量 分 数为45%±35%、氧 化 铁 质 量 分 数 为 12% ~18%。 我国煤矸石数 量 庞 大 且 大 部 分 是 低 铝 煤 矸 石 , [15-16] 不 具 有 普 适 性 。 因 此 ,在 上 述 学 者 研 究 的 基 础 上 ,本 研 究 以 高 铁 低 铝 煤 矸 石 为 研 究 对 象,提 取 其 中 Al2O3,实 现 煤 矸 石 减 量 化、资 源 化 利 用,为 煤 矸 石 综合利用提供参考依据。
煤矸石制备高纯氧化铝
煤矸石提取氧化铝行业及技术报告一、项目背景我国粉煤灰年排放量近6亿吨，主要是低附加值利用，地区差异很大，煤炭富集地区（山西、内蒙等）粉煤灰利用率不足30%。
我国内蒙古中西部和山西北部等地区的部分煤炭资源中有高岭石、勃姆石等含铝矿物，用于发电后的粉煤灰中氧化铝含量高达30%-50%，是一种具有较高开发价值的含铝资源。
仅内蒙古自治区已探明的高铝煤炭储量为236.4 亿吨，高铝粉煤灰潜在蕴藏量62.5 亿吨，相当于目前我国铝土矿已探明储量的2倍。
据统计2020年内蒙古煤炭产量10亿吨，鄂尔多斯地区煤炭产量6.4亿吨，高铝煤炭产量达1.5-2亿吨，用于发电后产生近5000万吨高铝粉煤灰。
鉴于国内目前铝土矿资源储量和矿石品位日趋下降的现实情况，使用固体废弃物粉煤灰作为生产原料提取氧化铝不但解决了矿石枯竭带来的氧化铝工业可持续发展问题，同时解决粉煤灰带来的污染和堆存问题。
对实现资源价值最大化、保护生态环境、发展循环经济、发挥特色资源优势、促进区域经济发展、践行“绿水青山就是金山银山”具有重要意义。
粉煤灰丰富地区为煤炭产地，依托煤炭资源可实现“煤-电-（粉煤灰）-氧化铝-铝”产业链生产，真正实现循环经济和绿色制造。
煤矸石是煤矿开采中剩下的活化能低、不易被开发利用的一种固体废弃物。
为了解决煤矸石造成的问题，国家提出了《煤矸石综合利用技术政策要点》，要求加强煤矸石的资源化利用，建立煤矸石资源数据库。
目前，我国通过循环流化床技术将煤矸石用于发电，通过烧结制作煤矸石烧结砖用于建筑行业，还有将煤矸石用于填充采空区、用于路基维护等。
但是这些利用技术基本上还是属于粗放型的手段，没有真正实现煤矸石的资源化利用，不能从根本上完全解决煤矸石产量巨大的问题。
煤矸石的主要成分有二氧化硅、三氧化二铝等矿物质，是建筑水泥的主要成分和工业原料。
为了提高硅铝元素的利用率，诸多学者提出了煤矸石提取氧化铝，同时制取水泥的工艺技术。
二、行业基本概述国际上通常将质量分数为 99.0~99.85%的原铝经过三层电解法或偏析法精炼的精铝称为高纯铝。
煤矸石提取氧化铝工艺设计
煤系固体废弃物（煤矸石）处理工艺设计煤系固体废弃物主要成分为煤矸石、粉煤灰和锅炉渣。
煤矸石的来源于煤的开采、加工过程。
粉煤灰和锅炉渣来源于煤的利用过程(火力发电)。
本工艺设计主要针对煤矸石的资源化处理。
一、煤矸石的来源煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排出的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。
它包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。
一般每采1t原煤排出矸石0.2t左右。
煤矸石是指煤矿在建井、开拓掘进、采煤和煤炭洗选过程中排出的含碳岩石及岩石，是指煤矿建设生产过程中所排放出的固体废弃物的总称。
煤矸石的来源主要有以下三个方面（1）岩石巷道掘进时产生的煤矸石，通常称为原矿石，占煤矸石的60%-70%。
主要岩石有泥岩、页岩、粉砂岩、砂岩、砾岩、石灰岩等。
（2）采煤过程中从顶板、底板和夹在煤层中的岩石夹层里所产生的煤矸石，占煤矸石的10%-30%。
煤层顶板常见的岩石包括泥岩、粉砂岩、砂岩、砂砾岩；煤层底板的岩石多为泥岩、页岩、黏土岩、粉砂岩；煤层夹肝的岩石有黏土岩、碳质泥岩、粉砂岩、砂岩等。
（3）煤炭分选或洗选过程中产生的煤矸石，又被称为洗矸石，约占煤矸石的5%。
其中主要由煤层中的各种夹石如高岭石、黏土岩、黄铁矿等组成。
二、煤矸石的特性2.1 煤矸石的组成煤矸石的组成有有机物（含碳物）和无机物（岩石物质）组成的混合物。
一般，煤矸石的热值：837~418KJ/kg。
煤矸石的化学组成，%主要矿物包括高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝等。
2.2 煤矸石的外观特征和显微结构2.2.1 外观特征碳质页岩为黑色或黑灰色，层状结构，表面有油脂光泽，不完全理解，不规则块状，断面参差，易碎，滴入稀盐酸有小气泡缓慢放出。
泥质页岩为黄灰色或黑褐色，土状光泽，有松疏的黑色小粒，片状结构，不完全理解，质软性脆，不规则块状，易碎，滴入稀盐酸不起反应。
高铝煤矸石制取氧化铝余热发电技术方案
高铝煤矸石制取氧化铝余热发电技术1、背景技术我国是一个氧化铝生产大国，2008年产量达到2537万吨。
虽然我国的氧化铝资源总量丰富，但矿石类型主要以高硅、高铁、低铝硅比和以一水硬铝石为特点，难以采用经济的拜耳法工艺生产氧化铝，具有开采、利用价值的铝土矿资源在未来6-7年内面临枯竭。
因此寻找新的氧化铝资源，开发节能降耗的氧化铝生产工艺将是中国铝工业可持续发展的关键。
中国是以煤炭为主要能源的国家，在相当长时间内这种能源结构不会发生根本改变，2008年全国火电耗煤14.2亿吨，产生粉煤灰4亿多吨，产生煤矸石在1.4～3.6亿吨以上。
由于煤矸石和粉煤灰含铝，是潜在的氧化铝资源，提取氧化铝是煤系固体废弃物合理利用的技术途径之一，但因采用传统氧化铝的烧结法工艺提铝，存在能耗高，工艺复杂，环境污染大等原因，至今未有具有竞争力的产业化项目投产的报道。
本项目把煤矸石余热发电和氧化铝提取工艺结合起来，可显著提高资源、装备的利用效率，降低成本，减少环境污染。
这对于我国电力工业和铝工业的可持续发展和总体经济效益的提高具有重要的示范带动作用。
2、技术方案本项目以高铝煤矸石为研究对象，拟采用的主要技术方法为：在煤矸石发电过程中，加入煤矸石活化剂，利用煤矸石燃烧的温度条件，把煤矸石中的氧化铝和氧化硅转化成可用水、酸、碱溶解浸出的活性矿物，在不明显影响煤矸石发电的情况下，利用经济的方法制取氧化铝、白炭黑和有关化工产品，实现煤矸石的完全资源化利用。
2.1工艺路线2.2工艺说明（1）把煤矸石磨成粉体，若煤矸石发热量不足，需要补加高铝煤，把煤矸石活化剂配成溶液，并与煤矸石充分混合，制成5—10mm颗粒，送入回转窑中煅烧，温度控制在800～900℃，在这一条件下，煤矸石中的煤质成份燃烧，硅酸盐成份发生分解和转化。
富余热量产生蒸汽采用余热锅炉发电，余热蒸汽和电能供后续氧化铝提取工艺所需；固相组成为Na2O.Al2O3.2SiO2（7.3%）、Na2O.Al2O3（28%）、Na2SiO3（50.6%）、其它14.1%。
煤矸石提取氧化铝的生态化利用技术项目建议书
2.国内外现状和技术发展趋势 2.1 氧化铝生产方法简介 氧化铝总产量 90%以上用于电解生产铝，此外还供硅酸盐、耐火材料、机械、无线 电、冶金工业、制药等行业使用，在国民经济中有着极大的作用。 自然界中含铝矿物有 250 多种， 作为生产氧化铝的原料主要是铝土矿， 其中氧化铝 含量占 50%-70%,,其次是二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛，此外还含有镓、钒等杂质。 用铝土矿或其它含铝原料生产氧化铝， 实质上就是使矿石中的氧化铝与其它杂质分离 的过程。 生产氧化铝的方法有碱法、酸法、电热法。 ①碱法生产氧化铝 碱法的基本原理是使矿石中的氧化铝与碱在一定条件下生成铝酸钠， 进入溶液而与二 氧化硅和氧化铁等杂质分离， 然后再使纯净的铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝， 氢氧化铝 经高温锻烧制得成品氧化铝。 碱法生产氧化铝又可分为拜尔法、烧结法、联合法。 拜尔法是直接以苛性钠溶液处理铝土矿， 使矿石中氧化铝生成铝酸钠， 而矿石中的 二氧化硅则成为不溶性残渣———赤泥， 与铝酸钠溶液分离， 将净化后的铝酸钠溶液进 行搅拌分解，再经过滤分离得到氢氧化铝，经洗涤后焙烧成氧化铝，分离所得的大量苛 性碱溶液称为母液，母液经蒸发再用于处理下一批矿石。 烧结法是将矿石、碱粉、石灰石混合配料，先进行高温烧结，使矿石中氧化铝生成 固体铝酸钠， 三氧化二铁生成可以水解的铁酸钠， 而二氧化硅与氧化钙生成不溶性的原 硅酸钙，再用稀碱液溶出烧结块———熟料，使铝酸钠进入溶液与赤泥分离。 含有部分二氧化硅的溶液经脱硅后得到铝酸钠溶液精制液 CO2 通入二氧化碳 气体使之分解得到氢氧化铝及母液。 母液经蒸发后补充适当的碱粉与下批矿石及石灰配 料烧结。洗涤后的氢氧化铝经焙烧得到氧化铝。 一般来说，拜尔法具有流程简单，投资较少，产品质量高，生产成本较低的优 点。但处理低品位矿石时其优越性较差，而且还要消耗价格昂贵的苛性碱。 烧结法的优点是可以处理品位较低矿石，而且只消耗价格便宜的碳酸钠，与拜尔法 相比， 在同样的条件下 1 处理低品位矿时/， 烧结法的碱耗较低， 氧化铝总回收率较高， 但流程复杂，投资较大，产品氧化铝质量较差，成本较高。 因此含硅很低的优质铝土矿就采用拜尔法，含硅高，铝硅比较低的铝矿石，一般采 用烧结法。 为了充分利用矿产资源，综合两种方法的优点，以提高氧化铝总回收率，提高产品 质量，降低生产成本，将两种方法联合起来使用，这样就产生并联法是用拜尔法处理高 品位矿，烧结法处理低品位矿；串联法中烧结法只处理拜尔法赤泥；将拜尔法赤泥同时 配一些低品位矿石可改善大窑的操作，这种将串联和并联结合起来的方法叫做混联法。 ②酸法生产氧化铝 酸法是用适当的无机酸处理矿石，生产相应的铝盐，矿石中的氧化硅不与酸作用而残留 于渣中；将铝盐进一步净化除铁后，使之分解得到氧化铝。 用酸法生产氧化铝在理论上是合理的，对高品位的铝土矿而言，该法不具有拜耳法的优 势，但是对低品位的含铝矿而言，该法依然具备一定的优势。长期以来该法由于酸的回收以 及设备问题，未引起人们的高度重视。只有小规模的工业化应用。 ③电热法生产氧化铝 电热法用来处理高铁铝矿，将矿与炭还原剂配成炉料在电弧炉内高温 2000℃,下进行还 原熔炼。 矿石中的氧化硅和氧化铁被还原成硅铁合金， 而氧化铝则呈熔融状态的铝酸钙渣上
用煤矸石中制备氢氧化铝和氧化铝的研究
用煤矸石中制备氢氧化铝和氧化铝的研究近年来，由于环境保护的发展，活性炭法已经成为了氢氧化铝以及氧化铝的制备技术的重要组成部分。
煤矸石在制备活性炭的技术中用来替代传统的碳源，因其成本低廉，可再利用性强而受到关注。
因此，本研究旨在研究煤矸石用于制备氢氧化铝及氧化铝的技术。
首先，煤矸石经过适当的处理，会改变它的结构、形状和表面特性，从而影响活性炭的孔隙结构和表面形貌。
其次，煤矸石的活性炭可以控制煤矸石中心的酸性，因此影响活性炭吸附量及其孔道结构，从而影响制备氢氧化铝及氧化铝的效果。
最后，活性炭的表面特性，如氧含量和化学组成，影响着活性炭的强度，从而影响活性炭的过滤效果。
本研究采用煤矸石为碳源，制备氢氧化铝及氧化铝。
该研究设计碳源处理条件，制备活性炭，并研究活性炭的表面特性、结构、形状及活性炭的酸性，以及氢氧化铝及氧化铝的制备过程。
研究结果表明，将未处理的煤矸石进行热处理，可以增加煤矸石的孔隙结构，改变表面形貌和氧含量，从而影响活性炭的吸附量及其孔道结构。
另外，当活性炭的氧含量在30%以上时，煤矸石的最佳处理条件即可获得最优的结果，但活性炭的酸性增加时，活性炭的过滤效果可能会减弱。
本研究进一步表明，通过调节处理条件，可以得到满足要求的活性炭，进而可以得到优质的氢氧化铝及氧化铝。
此外，煤矸石还可以用作其它技术的原料，如煤油改良剂、柴油添加剂、天然气助燃剂、
太阳能电池材料等，从而发挥出它的作用。
总之，本研究强调了煤矸石在制备氢氧化铝及氧化铝技术中的重要性，可以研究出符合要求的活性炭，从而达到节能减排和资源利用的目标。
煤矸石提取氧化铝
➢ 矿物组成：粘土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石）、 石英、方解石、黄铁矿。
➢ 化学组成：氧化物SiO2+Al2O3占60～90％。
SiO2 51～65
Al2O3 16～36
煤矸石的化学成分
CaO 1～7
MgO 1～4
Fe2O3 2～9
Na2O+K2O 1～2.5
烧失量 2～17
煤矸石发热量一般为800～1500卡/克,其无机成分主要是硅、
4)用作农用肥料：钼、锌、锰、铜、硼等元素，可作为农作物生长
的刺激剂
5)回收硫化铁：有的煤矸石含有较多的硫化铁，可通过分选回收作
为制取硫酸的原料。我国有七个选煤厂建立了硫化铁回收车间，从 煤矸石中回收硫化铁，总设计能力为7.5×105t／a。
6)生产化工产品：聚合铝、氧化铝、硫酸铵等。
煤矸石提取氧化铝工艺设计
现行的处理方法
1)回收能源：作为大型沸腾炉燃料供热或发 电：热值>8360kJ/kg。
山西省霍州煤矸石发电厂
设计总装机容量为 4.8万千瓦
现行的处理方法
2)生产建筑材料：煤矸石的成分中主要为粘土矿物，可生产水泥、
烧结砖瓦、免烧砖瓦、空心砌块、建筑陶瓷、轻骨料（陶粒）、岩 棉等；
3)用作建筑材料：代替河砂、碎石等铺路、井下回填、造地复垦。
煤矸石 硫酸溶液
残渣
（NH4）2SO4
粉碎 硫酸浸出 过滤除渣 滤液中和 硫酸铝溶液 中和搅拌槽
NH3活Βιβλιοθήκη 炉焙烧Al（OH）3 烘干 洗涤脱水 过滤 Al（OH）3盐析
Al2O3
滤液
选择这个设计方案的理由
I. 国内氧化铝工业并不理想，采用煤矸石作为 原料提取氧化铝，即解决了煤矸石的大量堆 积，同时也能解决一部分氧化铝的需求量， 一举两得。
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煤系固体废弃物（煤矸石）处理工艺设计煤系固体废弃物主要成分为煤矸石、粉煤灰和锅炉渣。
煤矸石的来源于煤的开采、加工过程。
粉煤灰和锅炉渣来源于煤的利用过程(火力发电)。
本工艺设计主要针对煤矸石的资源化处理。
一、煤矸石的来源煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排出的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。
它包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。
一般每采1t原煤排出矸石0.2t左右。
煤矸石是指煤矿在建井、开拓掘进、采煤和煤炭洗选过程中排出的含碳岩石及岩石，是指煤矿建设生产过程中所排放出的固体废弃物的总称。
煤矸石的来源主要有以下三个方面（1）岩石巷道掘进时产生的煤矸石，通常称为原矿石，占煤矸石的60%-70%。
主要岩石有泥岩、页岩、粉砂岩、砂岩、砾岩、石灰岩等。
（2）采煤过程中从顶板、底板和夹在煤层中的岩石夹层里所产生的煤矸石，占煤矸石的10%-30%。
煤层顶板常见的岩石包括泥岩、粉砂岩、砂岩、砂砾岩；煤层底板的岩石多为泥岩、页岩、黏土岩、粉砂岩；煤层夹肝的岩石有黏土岩、碳质泥岩、粉砂岩、砂岩等。
（3）煤炭分选或洗选过程中产生的煤矸石，又被称为洗矸石，约占煤矸石的5%。
其中主要由煤层中的各种夹石如高岭石、黏土岩、黄铁矿等组成。
二、煤矸石的特性2.1 煤矸石的组成煤矸石的组成有有机物（含碳物）和无机物（岩石物质）组成的混合物。
一般，煤矸石的热值：837~418KJ/kg。
煤矸石的化学组成，%主要矿物包括高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝等。
2.2 煤矸石的外观特征和显微结构2.2.1 外观特征碳质页岩为黑色或黑灰色，层状结构，表面有油脂光泽，不完全理解，不规则块状，断面参差，易碎，滴入稀盐酸有小气泡缓慢放出。
泥质页岩为黄灰色或黑褐色，土状光泽，有松疏的黑色小粒，片状结构，不完全理解，质软性脆，不规则块状，易碎，滴入稀盐酸不起反应。
砂质页岩为深灰色或灰白色，腊状光泽，结构较泥质、碳质页岩粗糙坚硬，组成均一，沿层理有草叶状条痕，极不全完解理，滴入稀盐酸有气泡放出，还有铁锈斑点。
2.2.2显微结构碳质页岩以不透明黑色矿物为主，有少量石英和粘土矿，泥质页岩以石英为主，有一定量的不透明黑色矿物和少量云母；砂质页岩主要是石英和云母，还有一定量的不透明矿与碳酸盐矿物，石英颗粒较粗。
碳质页岩和泥质页岩在出煤井时含有较多的碳质，往往还含有胶质有机物、树脂，孢子以及其他植物残体，随着含量的增加岩石颜色加深，经长期堆积，内部发热自燃，大部分已起一定煅烧作用，使表面形成一层很厚的硫酸铝或其他复盐。
砂质岩出井煤时，块度较其他页岩大，难粉碎，不自燃，难风化。
2.3 煤矸石的物理特性1、可塑性煤矸石必须经细碎后才有塑性，矸石中砂岩塑性较页岩差。
混合矸石经粉碎至250目筛筛余>2%时,其可塑指标可达2.8~3相应含水率为23~25%,如果进一步细碎至300目筛筛余<2%,则塑性会更大.2、粘度随矸石的颗粒的比表面增大,矸石泥团基本可以塑性成型时,泥浆粘度在1.1左右,可用于注浆成型.3、真比重和硬度煤矸石中的砂岩的真比重和硬度较页岩的大,所以,各地矸石硬度差异很大,含页岩多的矸石硬度在2~3,含砂岩多的矸石在4~5之间.混合矸石的真比重一般在2.6左右,其安息角在40~50度间.4、收缩性煤矸石塑性低,收缩也就较小,一般线收缩在2.5~3%.烧结后的线收缩在2.2—2.4%,相应吸水率在17~19%.5、烧结温度范围煤矸石的烧结温度一般在1050 左右.900 左右为一次膨胀,1120 至1160 时收缩最小,温度继续上升至1160 以上时产生二次膨胀,由固相转为固掖相或完全融熔6、脱碳温度煤矸石的脱碳温度一般总是低于最佳烧结温度,最佳脱碳温度常发生在1000 上下,最低脱碳时间为200—250分钟;在整个脱碳过程中,应保持氧化气氛.7、耐火度煤矸石属于中低耐火材料,一般耐火度在1300~1350,这主要取决于化学组成,从相图角度看,若含和高则熔点高,若含碱金属和碱土金属高则熔点就低.三、煤矸石的危害煤矸石露天堆放，侵占大量土地；矸石堆易坍塌形成重力灾害；其淋滤液携带有害可溶物，可污染水环境、土壤环境；矸石堆扬尘或自燃又污染了大气环境。
3.1 矸石占地矸石堆多位于井口附近，紧邻居民区，侵占大量耕地、林地、居民地和工矿用地，破坏地质地貌景观。
3.2 矸石堆引发重力灾害矸石堆自然安息角为38°～40°，在人为开挖和降雨淋滤作用下，易失稳引发重力灾害，如渣石流、坍塌等。
3.3 矸石堆淋滤液污染水环境破坏土壤的有机养分煤矸石对土壤的污染除了占用土地以外，还表现为使土地盐渍化以及破坏土壤的有机养分，影响农作物的生长。
煤矸石在风化过程中可分解成部分可溶盐，如Co、SO2、Mg+、Ca+、K+或Na+等，当这些可溶盐浸入土壤，将导致土壤盐渍化。
另外，煤矸石中含有有害重金属，经过雨淋之后会渗入土壤，增加了土壤中重金属的含量，从而破坏土壤中的有机养分。
四、煤矸石的主要处理途径根据我国各地煤矸石组成的特点，我国煤矸石主要用于发电、肥料、建筑材料、化工原料等。
4.1 发电煤矸石中含有部分碳和其他可燃物，可以被用作燃料使用。
但是由于一般煤矸石中可燃物的含量比较低，发热量大约在1000- 3000kcal/kg 之间。
其作为一种低热值燃料，利用其发电时一般采用循环流化床锅炉燃烧技术。
该锅炉在燃烧时，由炉底鼓风机向炉膛进风使破碎成颗粒的煤粒呈悬浮状态，形成流化床。
煤可在炉内与空气充分混合，强化了燃烧和传热。
一般来说，热值大于4200kJ/kg 的煤矸石通过洗选后可作为燃料直接利用，热值高于6270kJ/kg 的煤矸石可而直接作为燃料燃烧供电。
4.2 化工原料煤矸石中所含的化合物种类较多，以SiO2 和Al2O3 的含量最高。
其主要化工利用途径是通过各种方法，提取其中化学元素，生产硅铝材料。
含铝较高的煤矸石，化工产品主要有硫酸铝、结晶氯化铝、聚合氯化铝、4A 沸石等。
4.3 建筑材料我国利用煤矸石来制造建筑材料普遍。
用其制成的建材强度高、质量轻、吸水率小、稳定性好。
因为其本身含可燃物，用来代替粘土制砖，减小了能源消耗。
从建筑材料的发展趋势来看，煤矸石制造空心砖前景更为广阔。
4.4 肥料矸石含有10%- 20%的有机质和多种植物生长所需的B、Zn、Cu、Mn、Mo 等微量元素。
部分煤矸石中的氮、磷、钾和微量元素含量是普通土壤的数倍，可生产有微生物和机肥肥料。
煤矸石有机肥一般采用化学活化法制成，将有机质含量较高的矸石磨成粉末后与过磷酸钙按照一定的比例混合，加入活化添加剂，搅拌，加入适量水，堆肥活化。
还可以在其中加入氨，钾和微量元素等制成复合肥料。
煤矸石肥料可增加土壤的透气性、疏松性、改善土壤的团粒结构，提高土壤肥力。
4.5 利用煤矸石筑路、填坑、土地复垦煤矸石可以被用作充填采煤沉陷区，填筑沉陷的公路、铁路路基、堤坝等，而向沉陷区直接排矸与向矸石山排矸相比，并不增加费用，在经济上是可行的。
用煤矸石填埋后的塌陷地，可以用作建筑用地，也可以在其上覆土还田，直接种植农作物。
这样可以同时解决矿区塌陷地和煤矸石造成的生态问题。
这些大批量处理矸石的方法，是解决矸石污染的有效途径之一。
这种方法在平原矿区，如河北、河南、两淮等地已有20 多年的应用历史。
如：开滦煤矿从1989 年起即用煤矸石填坑造地，并进行复土和种植试验，3 年共复土35 万m3 以上，造地28.7hm2；阳泉矿与郊区富山村合作进行填矸造地6.67hm2，价值达500 万元，利用煤矸石达60 万吨，现已进行耕种绿色植物试验，并被列为山西省的示范项目。
4.6 比较常见的资源化流程图4.6.1 煤矸石制固体聚合氯化铝4.6.2 煤矸石制聚硅酸铝混凝剂五、煤矸石资源化处理工艺设计5.1 工艺设计流程图由于煤矸石中有大量的氧化铝，因此，现行的常规处理煤矸石的工艺过程中，通常是先将其中的氧化铝提炼出来，再将提取后的废渣根据各组分的不同含量来决定作建筑材料、农用肥料。
因此针对课题要求：每天2t ；无二次污染，我选择以下的工艺流程作为煤矸石资源化处理工艺设计：中和搅拌槽中的反应方程式：42434244244424342423)(2)(3)(2)(2)()(SO NH OH Al OH NH SO Al NH SO Al NH SO NH SO Al OHNH O H NH +−→−+−→−+−→−+5.2 工艺设计中细节5.2.1 滤液中和由于煤矸石中含有少量的氧化铁，在提取氧化铝过程中会对氧化铝的纯度以及产量照成影响，因为三价铁在PH 为2时开始水解，所以在流程中滤液中和这一步可以除去大部分的三价铁。
5.2.2 残渣的利用第三步中过滤出的残渣可以用作建筑材料的制作。
六、工艺过程步骤详解6.1 破碎6.1.1 破碎目的破碎是预处理，是为了后面的处理更加有效率已经反应更完全。
1.使矿石中有用成分解离，从地壳中开釆出来的矿物原料，或因有用成分含量过低，或因几种有用成分与杂质共生，或因粒度不合要求,通常不能直接使用。
只有用煤矸石粉碎机将其充分粉碎，使有用成分与杂质充分解离，才能经选矿等一系列的加工处理，剔除杂质，提高有用成分品位。
2.使物料的比表面增大，比表面是单位质量或体积的物料的表面积。
显然，物料的粒度越小、比表面越大，即比表面与粒度成反比。
增大比表面的目的有二：一是使物料与周围介质的接触面积增大，因而反应速度增加，这有利于提高如催化剂的接触反应、固体燃料的燃烧与气化、物料的溶解、吸附与干燥以及化工上利用粉末颗粒流化床的大接触面积来强化传质与传热等的效率；二是提高物料的性能，如在水泥工业中提高水泥标号，因为水泥熟料同石膏一起用煤矸石粉碎机磨成粉末状态的最终产品，粒度愈细，比表面愈大，水泥的标号就愈高。
6.1.2 破碎设备根据煤矸石的特性，我觉得应该用两种破碎机联合破碎。
由于煤矸石的尺寸不一，大小差距较大，因此第一步用颚式破碎机进行初步破碎，为得到比较细的反应的物料，第二部使用球磨机进行磨粉加工，提高物料的反应速率。
颚式破碎机工作原理：电动机驱动皮带和皮带轮，通过偏心轴使动颚上下运动，当动颚上升时肘板与动颚间夹角变大，从而推动动颚板向固定颚板接近，与其同时物料被压碎或劈碎，达到破碎的目的；当动颚下行时，肘板与动颚夹角变小，动颚板在拉杆，弹簧的作用下，离开固定颚板，此时已破碎物料从破碎腔下口排出。
随着电动机连续转动而破碎机动颚作周期运动压碎和排泄物料，实现批量生产。
性能特点：颚式破碎机破碎比大，产品粒度均匀，结构简单，工作可靠，维修简便，运营费用低。