背景及概述[1-2]
铝盐是重要的化工原料，用途非常广泛。其中，硫酸铝和氯化铝主要用于饮用水、工业用水、废水和污水处理、造纸、印染、鞣革，还可用于消防材料及其木材防护剂等，氯化铝还可以用于精密铸造等行业。采用酸浸法提取粉煤灰中的铝，常用方法有二种：盐酸酸浸法提取氯化铝和硫酸酸浸法提取硫酸铝。例如采用盐酸酸浸法，其步骤为：粉煤灰粉碎、湿法磁选除铁、盐酸酸浸反应、减压浓缩、50℃～60℃加热重结晶2～5次、固液分离、干燥得到低铁结晶氯化铝产品，所得结晶氯化铝产品中Fe含量低于0.025％。在上述盐酸酸浸提取的专利申请中，由于盐酸溶液的浓度不可能很高，一般只有20％～30％，因而需要大量消耗额外的水份，而且盐酸容易挥发，导致氯化氢气体泄漏。
此外，盐酸对金属设备具有较大的锈蚀作用，从而限制了这种技术的推广应用。采用硫酸酸浸法提取硫酸铝，以粉煤灰为原料，加入50％～60％硫酸，浸泡12～24h，在100℃加热2～4h，趁热过滤，反复洗涤滤饼呈中性，将滤液合并煮沸浓缩至15～20波美度，抽滤即得硫酸铝晶体，具有原料易得，工艺简单，成本低等特点。但是由于原来粉煤灰没有除铁，酸浸液也没有采用有效的除铁措施，导致硫酸铝产品杂质成分较高，产品用途受到限制。利用粉煤灰制备硫酸铝的方法，包括以下步骤：机械活化、硫酸加热加压浸出反应、生成碱式硫酸铝、碱式硫酸铝液体加入硫酸、转化为硫酸铝溶液、蒸发浓缩、冷却析晶得到硫酸铝晶体，该专利申请以提高铝的提取率为追求目标，其中涉及到形成中间体碱式硫酸铝的复杂过程，所获得的硫酸铝晶体含有较多的杂质，难以制备出高纯低铁硫酸铝产品，推广应用受限。
制备[1]
利用煤矸石生产低铁硫酸铝的方法，其生产工艺步骤包括：（1）选用含Al2O3＞25%、总铁＜10%的煤矸石为原料，将其破碎后要求全部通过0.5mm的方孔筛；（2）对破碎的煤矸石原料进行活化处理，将煤矸石原料在750～850℃下，煅烧5～10分钟，在0.5～1min之内冷却到150℃以下，然后粉磨至过80目筛余量＜5%；（3）按液固质量比2～4:1配料，硫酸用量取活化煤矸石中Al2O3含量理论耗酸量的1.05～1.1倍，其余部分液体则用清水或滤饼洗涤液。搅拌后在90～95℃温度下反应2～4h，反应完后趁热过滤，用相当于滤渣质量的清水或洗液进行置换，并入滤液中；（4）在步骤（3）所得酸浸滤液中加入煤矸石继续反应，操作温度为90～95℃，当溶液的PH值＞2.5时，缓慢加入氧化剂，维持反应条件不变，当反应液的PH值＞2.7，反应终止，趁热过滤得低铁硫酸铝溶液；（5）采用真空浓缩，将步骤（4）所得净化滤液进行浓缩结晶、分离、干燥脱水，得低铁无水18硫酸铝，铝铁比（Al2O3：Fe）＞160，符合造纸及水处理硫酸铝技术标准优级品要求。所述酸浸反应后过滤所得煤矸石渣用水进行三次清洗，一洗液用于下次酸浸反应的配液，二洗液用于下次酸浸反应的配液或酸浸反应后煤矸石渣的清洗，三洗液用于下次酸浸反应后煤矸石渣的清洗，依此类推；所述酸浸过滤液经煤矸石中和、氧化除铁后过滤液中铝铁比（Al2O3：Fe）＞160时，反应后的煤矸石渣返回到酸浸，重复（3）、（4）和（5），制备低铁硫酸铝；当除铁液中的铝铁比（Al2O3：Fe）＜160、且新鲜煤矸石用量超过次酸浸反应用量的120%时，滤渣不再循环使用，反应终止，重新进行新的循环反应。
主要参考资料
[1] CN201110209467.3一种利用煤矸石生产低铁硫酸铝的方法
[2] CN201010601181.5一种粉煤灰生产高纯低铁硫酸铝及其综合利用的工艺方法