專利名稱：利用煤系高嶺土制備超細氧化鋁聯產白炭黑的方法
技術領域：
本發明屬于煤系高嶺土綜合利用領域，具體涉及ー種利用煤系高嶺土堿法制備超細氧化鋁聯產白炭黑的方法。
背景技術：
煤系高嶺土是賦存于煤系地層的主要共伴生礦物，我國煤系高嶺土資源十分豐富，資源總量為497.09億噸。它們一般位于煤層頂板或底板，或以夾矸的形式存在于煤層中，在煤炭開采過程中常被作為矸石采出廢棄，不僅造成資源的浪費，而且堆積地表，占據良田，造成嚴重的環境污染。基于資源綜合利用、環境保護以及發展循環經濟的要求，開展以煤系高嶺土為原料，生產氧化鋁和白炭黑等高附加值化工產品具有非常重要的戰略意義。煤系高嶺土的加工方法包括酸法和堿法，酸法在浸取煤系高嶺巖時會將許多可溶出的雜質如Fe、T1、Mg等帶入溶液，須增添后序的處理工序,另外,酸法對環境的污染大,并且對設備的腐蝕嚴重。中國專利CN101234774A公開了ー種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的方法，利用煤系高嶺巖或煤矸石中內熱源對其中高嶺石煅燒性能的特殊影響，通過粉碎、低溫煅燒、鹽酸浸取、過濾、提純、分布熱解制得氧化鋁。中國專利CN1334240A公開了ー種利用高嶺巖(土)生產超純氧化鋁的エ藝，是將高嶺巖(土)熟料與酸反應生產鋁鹽，鋁鹽加堿形成鋁酸鹽，有效的分離了 Fe、Ti等雜質，然后加酸形成鋁的水化物，鋁的水化物經干燥、洗滌后，一次性剔除產品中堿離子。另外，現有的煤系高嶺土的開發利用普遍只是側重于利用煤系高嶺土或煤矸石含有的氧化鋁和ニ 氧化硅的某一方面，造成了資源的綜合利用率低、產品附加值不高等問題；高能耗和資源綜合利用低，生產過程中副產物不能循環使用，變成了環境的垃圾，造成了產品的單位成本高。有鑒于此，特提出本技術方案。
發明內容
本發明的目的在于提供ー種利用煤系高嶺土生產超細氧化鋁和白炭黑的エ藝方法，該方法實現了所有副產物的循環利用，具有資源利用率高、生產成本低、產品附加高、環境污染小、エ藝簡單容易控制等優點。為了實現上述目的，本發明采取如下技術方案:ー種利用煤系高嶺巖生產超細氧化鋁聯產白炭黑的方法，包括以下步驟:(I)將煤系高嶺巖破碎成粉料后，進行焙燒；(2)焙燒后的粉料經自然冷卻后，于80 100°C條件下用質量分數為5-25%燒堿溶液進行浸取30 90分鐘，過濾，得到硅酸鈉液和堿浸渣，燒堿的總用量按照Na2O: SiO2=1.0 1.2的摩爾比計算；
(3)向娃酸鈉液中加入分散劑,分散劑的加入量為娃酸鈉液質量的0.5 5%,通入ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，當溶液的pH為4 7時碳酸化反應結束，過濾，得到原硅酸沉淀濾餅和脫硅液；(4)將原硅酸沉淀濾餅進行陳化、焙燒，得白炭黑；(5)向脫硅液中加入生石灰繼續反應，反應結束后過濾，得到碳酸鈣濾餅和燒堿溶液，碳酸鈣濾餅干燥后作為石灰石原料循環使用，燒堿溶液調制成堿浸所需的濃度循環使用；(6)將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si = 2 3，Na/Al = I 1.2配料，在1000 1350°C下進行燒結處理，時間控制在0.5 I小時，燒結過程中產生的窖氣為ニ氧化碳，回收作碳酸化使用；(7)將燒結處理的熟料在600 700°C取出，使其實現自粉化；(8)將自粉化的粉料進行水淬、過濾，得到NaAlO2溶液和硅鈣渣；(9)向NaAlO2溶液中加入分散劑，分散劑的加入量為NaAlO2溶液質量的0.5 5%,通入ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，當溶液的pH為4 7時碳酸化反應結束，過濾，濾餅經洗滌、焙燒后得到超細氧化鋁，濾 液為純堿的稀溶液，經濃縮后循環使用。本發明提供的上述利用煤系高嶺巖生產超細氧化鋁聯產白炭黑的方法，采用堿法脫硅和堿石灰燒結法，對設備的腐蝕小、要求低，エ藝方法中產生的副產物全部回收循環使用,燒結過程中產生的窖氣通入硅酸鈉液和NaAlO2液中進行碳酸化處理，脫硅液中加入生石灰得到的碳酸鈣干燥后作為石灰石原料循環使用、得到的燒堿溶液調制成堿浸所需的濃度循環使用，自粉化后得到的硅鈣渣可制成高標水泥，NaAlO2溶液進行碳酸化處理后得到的濾液為純堿的稀溶液，經濃縮后循環使用，整個エ藝方法實現了零排放；另外，該方法聯廣白炭黑和氧化招，能耗低，煤系聞嶺巖的綜合利用率聞，廣品的附加值尚。根據本發明的方法，上述步驟(I)中將煤系高嶺巖破碎成50 300目的粉料，將粉料在700-1050°C內焙燒30 60分鐘；。上述步驟(I)中:優選將煤系高嶺巖破碎成200目的粉料；優選的焙燒溫度為9600C ;優選的焙燒時間為60分鐘。根據本發明的方法，優選的，上述步驟⑵中:用質量分數為10% 20%的燒堿溶液浸取50 70分鐘,最優選用質量分數為15%的燒堿溶液于95°C浸取60分鐘；燒堿的總用量按照Na2O: SiO2 = 1.2的摩爾比計算。本發明的堿浸脫硅還可以采用燒堿溶液分兩次加入浸取粉料的方法。另外，本發明還給出了一種優選的分兩次加入燒堿溶液浸取的方法，具體的操作方法為:加入燒堿溶液時，第一次加入的燒堿溶液的質量分數為15 20%，第一次加入的燒堿溶液的質量分數為15 20%，第一次加入燒堿的質量為燒堿總量的50-80%，第一次浸潰的時間為30 40分鐘，第二次加入的燒堿溶液的質量分數為10 15%，第二次加入燒堿的質量為燒堿總量的20-50%,第二次浸潰的時間為20 30分鐘。根據本發明的方法，所述步驟(3)和步驟(9)中碳酸化處理的條件為:加入的分散劑的質量為硅酸鈉溶液或NaA102溶液質量的0.6 I %，CO2的濃度不低于15 %，碳酸化反應的起始溫度50 95°C，壓カ為0.25 0.4Mpa，終點溫度為40 60°C，當溶液的pH為6時碳酸化反應結束。
所述分散劑優選為六偏磷酸納、聚こニ醇、十二烷基硫酸鈉、聚こ烯醇、三こ醇胺中的ー種或多種組合。優選的分散劑由六偏磷酸納和聚こニ醇按1:1的質量比組成。根據本發明的方法，所述步驟(4)中:將原硅酸沉淀濾餅陳化6 9小吋，200 250°C脫水，然后在500 650°C焙燒I小時，粉碎即得白炭黒。根據本發明的方法，優選的，所述步驟(6)中:將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si = 2，Na/Al = I配料，在1200 1300°C下進行燒結處理，時間控制在50分鐘。根據本發明的方法，所述步驟(8)中:水淬的溫度控制在20°C，時間控制在30 60mino根據本發明的方法，所述步驟(9)中:于800°C焙燒2h后得到超細氧化鋁。以下為對本發明的進ー步詳述:對煤系高嶺巖粉體的焙燒目的是為了使其活化，焙燒的溫度為700-1050°C吋，高嶺巖中的SiO2轉變為易于與堿反應的無定形SiO2,高嶺巖中的無定形Al2O3轉化為晶態的Y-Al2O3，晶態的Y-Al2O3化學性質溫度，從而在堿浸的作用下脫硅留鋁；加熱到1000-1050°C吋，SiO2能穩定的以無定形狀態存在，Al2O3能穩定地以Y -Al2O3晶態存在，從而進一步提聞了脫娃率。在用堿浸脫硅的過程中，隨著堿浸時間的繼續，脫硅液的粘度不斷増大，脫硅效率越來越低，堿浸效果差，現有技術中，為了提高脫硅速度和脫硅率，采用ニ段溶出脫硅，具體的方法是:當焙燒礦溶出脫硅一段時間后即進行固液分離，并將濾餅重新放入新的堿液中繼續攪拌溶出，但是ニ段溶出脫硅增加了エ藝步驟和成本，延長了總的操作時間，増大了鋁損失量，同時，由于堿浸后的硅酸鈉液中含鋁量高而放棄聯產白炭黑，綜合利用率低，產品的附加值低。
本發明優選采用兩次加入燒堿溶液浸取粉料，第一次加入質量分數為15 20%的燒堿溶液，燒堿溶液的質量分數較高，第一次加入燒堿的量為燒堿總量的50-80%，該條件下脫硅反應在初期能以較快的反應速率進行，當反應進行到一定的程度，反應液的粘度變大，反應體系中各物質之間的擴散系數和擴散速度減小，從而降低了礦石中的硅溶出率，這時補加質量分數為10 15%的燒堿溶液，補加的燒堿的量為燒堿總量的20-50%，既補充了反應液中的燒堿量，又對反應液起了稀釋作用，降低了反應液的粘度，使得脫硅反應能以較快的速率進行下去，提高了脫硅的效率和脫硅率。兩次加入燒堿溶液浸取粉料，ー是提高了脫硅的效率，從而提高了硅的利用率以及増大了鋁硅比，有利于后續的熟石灰燒結法的進行；ニ是脫硅的速率快、時間短，極大地降低了堿浸過程的鋁損失量，有利于提高鋁的利用率，同時降低了堿浸液中的鋁含量，有利于后續生產白炭黑過程中的提純。本發明中，碳酸化處理時加入六偏磷酸納、聚こニ醇、十二烷基硫酸鈉、聚こ烯醇、三こ醇胺中的ー種或多種組合，有利于得到更加細小均勻的ニ氧化硅和氧化鋁；將原硅酸沉淀濾餅在PH值為5 7的范圍內陳化6 9小時，于100 110°C脫水，然后在500 650°C焙燒I小時后，得到的白炭黑的粒徑在30 50nm。在堿浸脫硅之后，極大地提高了堿浸渣的鋁硅比，不僅滿足了堿石灰燒結法對原料的要求，還極大地提高了 Al2O3的實際溶出率，減少了石灰石的消耗量，并減少了堿石灰燒結過程中的副反應，降低了副產物硅鈣渣的量。將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si = 2 3，Na/Al = I 1.2配料，在1000 1350°C下進行燒結處理，時間控制在0.5 I小時，既可保證各物質在燒結過程中能充分進行反應，又因為堿浸渣中硅含量少，配入的石灰石的用量少，増加了 Al2O3與Na2CO3的接觸，從而極大地提高Al2O3的浸出率。將燒結處理的熟料在600 700 °C取出，P _2Ca0 SiO2迅速的轉變為Y-2Ca0 *SiO，體積膨脹，比重降低，致使晶體變為細粉，使熟料產生自粉化。從而使堿石灰燒結法エ藝具有更優的經濟性。與現有技術相比，本發明提供的利用煤系高嶺土生產超細氧化鋁聯產白炭黑的方法的有益效果為:1.本發明采用堿法脫硅和堿石灰燒結法，對設備的要求低；2.本發明中所有的副產物都被回收循環利用，實現了零排放，能耗低，經濟環保；3.本發明利用煤系高嶺土生產超細氧化鋁聯產白炭黑，資源的綜合利用率高、產品附加值聞;4.生產的白炭黑和Al2O3純度高、顆粒均勻、粒度細小。
圖1為本發明提供的利用煤系高嶺土生產超細氧化鋁聯產白炭黑的エ藝流程圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明進行進ー步詳細的說明，但并不因此而限制本發明，在不脫離本發明設計思想的前提下，本領域技術人員對本發明的技術方案作出的各種變化和改進，均屬于本發明的保護范圍。實施例1
本實施例中采用的煤系高嶺土中氧化鋁、ニ氧化硅、燒失量分別占40.08%、37.65%、和 17.32%。稱取煤系高嶺土 50克，將煤系高嶺巖破碎成粉料后，進行焙燒活化，焙燒后的粉料經自然冷卻后，置于浸取器內，與質量分數為25%稀燒堿于80°C條件下反應30分鐘，燒堿的總用量按照Na2O: SiO2 = 1.0的摩爾比計算，反應完畢后，過濾，得到硅酸鈉液和堿浸渣。向硅酸鈉液中加入六偏磷酸納，六偏磷酸納的質量為硅酸鈉溶液質量的0.5%，通入ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，當溶液的PH為4時碳酸化反應結束，過濾，得到原硅酸沉淀濾餅和脫硅液，原硅酸沉淀濾餅經過陳化、干燥、粉碎即制得白炭黒。向脫硅液中加入生石灰繼續反應，反應結束后過濾，得到碳酸鈣濾餅和燒堿溶液，碳酸鈣濾餅干燥后作為石灰石原料循環使用，燒堿溶液調制成堿浸所需的濃度循環使用。將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si = 2，Na/Al = I進行配料，配好料后放入堿融器內反應，在1350°C下進行燒結處理I小吋，燒結過程中產生的窖氣為ニ氧化碳，回收作碳酸化使用。將燒結處理的熟料在600°C取出，使其實現自粉化。將自粉化的粉料進行水淬、過濾，得到NaAlO2溶液和硅鈣洛。向NaAlO2溶液中加入分散劑六偏磷酸納,六偏磷酸納的質量為NaAlO2溶液質量的5 %，通入ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，當溶液的pH為7時碳酸化反應結束，過濾，濾餅經洗滌、焙燒后得到超細氧化鋁，濾液為純堿的稀溶液，經濃縮后循環使用。經檢測，煤系高嶺巖中的氧化鋁和ニ氧化硅利用率分別為96.3%,94.4%，純堿、燒堿、石灰石、ニ氧化碳、水的循環使用率均超過90%，得到的氧化鋁粉體的粒徑為50 IOOnm,白炭黑粒徑為20 50nm，白炭黑的純度為98.0%，氧化鋁的純度為98.6%。實施例2本實施例中采用的煤系高嶺土中氧化鋁、ニ氧化硅、燒失量分別占37.36 %,42.79%,15.60%。稱取煤系高嶺土 50克，將煤系高嶺巖破碎成粉料后，進行焙燒活化，焙燒后的粉料經自然冷卻后，置于浸取器內，與質量分數為5%稀燒堿于100°C條件下反應90分鐘，燒堿的總用量按照Na2O: SiO2 = 1.2的摩爾比計算，反應完畢后，過濾，得到硅酸鈉液和堿浸渣。向硅酸鈉液中加入分散劑聚こニ醇，聚こニ醇的質量為硅酸鈉溶液質量的5%，通入ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，當溶液的PH為7時碳酸化反應結束，過濾，得到原硅酸沉淀濾餅和脫硅液，原硅酸沉淀濾餅經過陳化、干燥、粉碎即制得白炭黒。向脫硅液中加入生石灰繼續反應，反應結束后過濾，得到碳酸鈣濾餅和燒堿溶液，碳酸鈣濾餅干燥后作為石灰石原料循環使用，燒堿溶液調制成堿浸所需的濃度循環使用。將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si = 3，Na/Al = 1.2進行配料，配好料后放入堿融器內反應，在1000°c下進行燒結處理0.5小吋，燒結過程中產生的窖氣為ニ氧化碳，回收作碳酸化使用。將燒結處理的熟料在700°C取出，使其實現自粉化。將自粉化的粉料進行水淬、過濾，得到NaAlO2溶液和硅鈣渣。向NaAlO2溶液中加入分散劑聚こニ醇，聚こニ醇的質量為NaAlO2溶液質量的0.5%，通入ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，當溶液的PH為4時碳酸化反應結束，過濾，濾餅經洗滌、焙燒后得到超細氧化鋁，濾液為純堿的稀溶液，經濃縮后循環使用。
經檢測，煤系高嶺巖中的氧化鋁和ニ氧化硅利用率分別超過96.1%、94.5%，純堿、燒堿、石灰石、ニ氧化碳、水的循環使用率均超過90 %，得到的氧化鋁粉體的粒徑為50 lOOnm，白炭黑粒徑為20 50nm，白炭黑的純度為98.0%，氧化鋁的純度為98.4%。實施例3本實施例中采用的煤系高嶺土中氧化鋁、ニ氧化硅、燒失量分別占40.08%,37.65%,17.32%。稱取煤系高嶺土 50克，將煤系高嶺巖破碎成200目粉料后，在960°C高溫下煅燒60分鐘進行焙燒活化，焙燒后的粉料經自然冷卻后，置于浸取器內，與質量分數為15 %燒堿溶液于95°C條件下反應60分鐘,燒堿的總用量按照Na2O: SiO2 = 1.2的摩爾比計算,反應完畢后，SiO2的脫出率為86.33%，過濾，得到硅酸鈉液和堿浸渣。向硅酸鈉液中加入復合分散劑，復合分散劑的量為硅酸鈉溶液質量的I %，復合分散劑由六偏磷酸納與聚こニ醇按1:1的質量比組成，再80°C下通入濃度為15%的ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，反應的壓カ為0.3Mpa，終點溫度為50°C，當溶液的pH為6時碳酸化反應結束，過濾，得到原硅酸沉淀濾餅和脫硅液，原硅酸沉淀濾餅經過6小時陳化、分別經220°C脫水和600°C焙燒I小時、磨細即制得白炭黒。向脫硅液中加入生石灰繼續反應，反應結束后過濾，得到碳酸鈣濾餅和燒堿溶液，碳酸鈣濾餅干燥后作為石灰石原料循環使用，燒堿溶液調制成堿浸所需的濃度循環使用。將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si = 2，Na/Al = I進行配料，配好料后放入堿融器內反應，在1250°C下進行燒結處理I小吋，燒結過程中產生的窖氣為ニ氧化碳，回收作碳酸化使用。當爐溫降低到600°C將熟料取出急冷，使其實現自粉化。將自粉化的粉料投入溫度為20°C的水中快速攪拌30分鐘，過濾，得到NaAlO2溶液和硅鈣渣。向NaAlO2溶液中加入復合分散劑，復合分散劑的量為NaAlO2溶液質量的I %，復合分散劑由六偏磷酸納與聚こニ醇按1:1的質量比組成，在80°C下通入濃度為16%的ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，反應的壓カ為0.3Mpa，終點溫度為50°C，當溶液的pH為6時碳酸化反應結束，得到Al (OH)3沉淀，陳化2小時后，過濾，濾餅經洗滌、800°C焙燒2小時后磨細得到超細氧化鋁，濾液為純堿的稀溶液，經濃縮后循環使用。經檢測，煤系高嶺巖中的氧化鋁和ニ氧化硅利用率分別為97.5%,96.4%，純堿、燒堿、石灰石、ニ氧化碳、水的循環使用率均超過90%，得到的氧化鋁粉體的粒徑為50 IOOnm,白炭黑粒徑為30 50nm，白炭黑的純度為98.7%，氧化鋁的純度為98.9%。。實施例4本實施例中采用的煤系高嶺土中氧化鋁、ニ氧化硅、燒失量分別占37.36 %,42.79%,15.60%。 稱取煤系高嶺土 50克，將煤系高嶺巖破碎成200目粉料后，在960°C高溫下煅燒30分鐘進行焙燒活化，焙燒后的粉料經自然冷卻后，置于浸取器內，與質量分數為15 %燒堿溶液于95°C條件下反應60分鐘,燒堿的總用量按照Na2O: SiO2 = I的摩爾比計算,反應完畢后，SiO2的脫出率為91.33%，過濾，得到硅酸鈉液和堿浸渣。向硅酸鈉液中加入聚こニ醇，聚こニ醇的量為硅酸鈉溶液質量的0.6%，再80°C下通入濃度為17%ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，反應的壓カ為0.4Mpa，終點溫度為50°C，當溶液的pH為6時碳酸化反應結束，過濾，得到原硅酸沉淀濾餅和脫硅液，原硅酸沉淀濾餅經過6小時陳化、分別經220°C脫水和600°C焙燒I小時后，磨細即制得白炭黒。向脫硅液中加入生石灰繼續反應，反應結束后過濾，得到碳酸鈣濾餅和燒堿溶液，碳酸鈣濾餅干燥后作為石灰石原料循環使用，燒堿溶液調制成堿浸所需的濃度循環使用。將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si = 2，Na/Al = I進行配料，配好料后放入堿融器內反應，在1250°C下進行燒結處理I小吋，燒結過程中產生的窖氣為ニ氧化碳，回收作碳酸化使用。當爐溫降低到600°C將熟料取出急冷，使其實現自粉化。將自粉化的粉料投入溫度為20°C的水中快速攪拌30分鐘，過濾，得到NaAlO2溶液和硅鈣渣。向NaAlO2溶液中加入十二烷基硫酸鈉，十二烷基硫酸鈉的量為NaAlO2溶液質量的0.6%，再80°C下通入濃度為15%的ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，反應的壓カ為0.4Mpa，終點溫度為50°C，當溶液的PH為7時碳酸化反應結束，得到Al (OH) 3沉淀，陳化2小時后，過濾，濾餅經洗滌、800°C焙燒2小時后磨細得到超細氧化鋁，濾液為純堿的稀溶液，經濃縮后循環使用。經檢測，煤系高嶺巖中的氧化鋁和ニ氧化硅利用率分別為97.6%、96.6%，純堿、燒堿、石灰石、ニ氧化碳、水的循環使用率均超過90%，得到的氧化鋁粉體的粒徑為50 IOOnm,白炭黑的純度為98.8%，氧化鋁的純度為98.9%。。實施例5本實施例中采用的煤系高嶺土中氧化鋁、ニ氧化硅、燒失量分別占37.36 %,42.79%,15.60%。稱取煤系高嶺土 50克，將煤系高嶺巖破碎成200目粉料后，在960°C高溫下煅燒60分鐘進行焙燒活化，焙燒后的粉料經自然冷卻后，置于浸取器內，與質量分數為20 %燒堿溶液于95°C條件下反應50分鐘,燒堿的總用量按照Na2O: SiO2 = 1.2的摩爾比計算,反應完畢后，SiO2的脫出率為91.69%，過濾，得到硅酸鈉液和堿浸渣。向硅酸鈉液中加入聚こニ醇，聚こニ醇的量為硅酸鈉溶液質量的1.0%，再50で下通入濃度為15% ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，反應的壓カ為0.4Mpa，終點溫度為60°C，當溶液的pH為6時碳酸化反應結束，過濾，得到原硅酸沉淀濾餅和脫硅液，原硅酸沉淀濾餅經過9小時陳化、分別經250°C脫水和500°C焙燒I小時后，磨細即制得白炭黒。向脫硅液中加入生石灰繼續反應，反應結束后過濾，得到碳酸鈣濾餅和燒堿溶液，碳酸鈣濾餅干燥后作為石灰石原料循環使用，燒堿溶液調制成堿浸所需的濃度循環使用。將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si = 2，Na/Al = I進行配料，配好料后放入堿融器內反應，在1250°C下進行燒結處理50分鐘，燒結過程中產生的窖氣為ニ氧化碳，回收作碳酸化使用。當爐溫降低到600°C將熟料取出急冷，使其實現自粉化。將自粉化的粉料投入溫度為20°C的水中快速攪拌30分鐘，過濾，得到NaAlO2溶液和硅鈣渣。向NaAlO2溶液中加入十二烷基硫酸鈉，十二烷基硫酸鈉的量為NaAlO2溶液質量的1.0%，再95°C下通入濃度為15%的ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，反應的壓カ為0.25Mpa，終點溫度為40°C，當溶液的pH為6時碳酸化反應結束，得到Al (OH) 3沉淀，陳化2小時后，過濾，濾餅經洗滌、800°C焙燒2小時后磨細得到超細氧化鋁，濾液為純堿的稀溶液，經濃縮后循環使用。經檢測，煤系高嶺巖中的氧化鋁和ニ氧化硅利用率分別為97.0%、95.8%，純堿、燒堿、石灰石、ニ氧化碳、水的循環使用率均超過90%，得到的氧化鋁粉體的粒徑為50 IOOnm,白炭黑的純度為98.7%，氧化鋁的純度為99.0%。實施例6本實施例中采用的煤系高嶺土中氧化鋁、ニ氧化硅、燒失量分別占37.36 %,42.79%,15.60%。稱取煤系高嶺土 50克，將煤系高嶺巖破碎成300目粉料后，在1050°C高溫下煅燒60分鐘進行焙燒活化，焙燒后的粉料經自然冷卻后，置于浸取器內，與質量分數為10%燒堿溶液于95°C條件下反應70分鐘,燒堿的總用量按照Na2O: SiO2 = 1.2的摩爾比計算,反應完畢后，SiO2的脫出率為90.92%，過濾，得到硅酸鈉液和堿浸渣。向硅酸鈉液中加入聚こニ醇，聚こニ醇的量為硅酸鈉溶液質量的0.6%，再95°C下通入濃度為15%ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，反應的壓カ為0.25Mpa，終點溫度為40°C，當溶液的pH為5時碳酸化反應結束，過濾，得到原硅酸沉淀濾餅和脫硅液，原硅酸沉淀濾餅經過6小時陳化、分別經200°C脫水和650°C焙燒I小時后，磨細即制得白炭黒。向脫硅液中加入生石灰繼續反應，反應結束后過濾，得到碳酸鈣濾餅和燒堿溶液，碳酸鈣濾餅干燥后作為石灰石原料循環使用，燒堿溶液調制成堿浸所需的濃度循環使用。將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si = 2.5, Na/Al = 1.2進行配料，配好料后放入堿融器內反應，在1300°C下進行燒結處理50分鐘，燒結過程中產生的窖氣為ニ氧化碳，回收作碳酸化使用。當爐溫降低到700°C將熟料取出急冷，使其實現自粉化。將自粉化的粉料投入溫度為20°C的水中快速攪拌60分鐘，過濾，得到NaAlO2溶液和硅鈣渣。向NaAlO2溶液中加入十二烷基硫酸鈉，十二烷基硫酸鈉的量為NaAlO2溶液質量的1.0%，再50°C下通入ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，反應的壓カ為0.4Mpa，終點溫度為60°C，當溶液的PH為6時碳酸化反應結束，得到Al (OH) 3沉淀，陳化2小時后，過濾，濾餅經洗滌、800°C焙燒2小時后磨細得到超細氧化鋁，濾液為純堿的稀溶液，經濃縮后循環使用。經檢測，煤系高嶺巖中的氧化鋁和ニ氧化硅利用率分別為97.6%、95.9%，純堿、燒堿、石灰石、ニ氧化碳、水的循環使用率均超過90%，得到的氧化鋁粉體的粒徑為50 IOOnm,白炭黑粒徑為30 50nm，白炭黑的純度為98.7%，氧化鋁的純度為98.9%。實施例7本實施例中采用的煤系高嶺土中氧化鋁、ニ氧化硅、燒失量分別占37.36 %,42.79%,15.60%。稱取煤系高嶺土 50克，將煤系高嶺巖破碎成50目粉料后，在700°C高溫下煅燒60分鐘進行焙燒活化，焙燒后的粉料經自然冷卻后，置于浸取器內，于100°C條件下加入以Na2O計為50g的燒堿進行反應,燒堿分兩次加入,第一次加入質量分數為20%燒堿溶液反應40分鐘，第一次加入燒堿的質量為燒堿總用量的80%,第二次加入質量分數為10%燒堿溶液反應20分鐘，第二次加入燒堿的量為燒堿總質量的20%，反應完畢后，SiO2的脫出率為93.65%，過濾，得到硅酸鈉液和堿浸渣。向硅酸鈉液中加入聚こニ醇，聚こニ醇的量為硅酸鈉溶液質量的1.0%，再80°C下通入ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，當溶液的pH為5時碳酸化反應結束，過濾，得到原硅酸沉淀濾餅和脫硅液，原硅酸沉淀濾餅經過6小時陳化、分別經220°C脫水和600°C焙燒I小時后，磨細即制得白炭黒。向脫硅液中加入生石灰繼續反應，反應結束后過濾，得到碳酸鈣濾餅和燒堿溶液，碳酸鈣濾餅干燥后作為石灰石原料循環使用，燒堿溶液調制成堿浸所需的濃度循環使用。將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si = 3，Na/Al = I進行配料，配好料后放入堿融器內反應，在1200°C下進行燒結處理50分鐘，燒結過程中產生的窖氣為ニ氧化碳，回收作碳酸化使用。當 爐溫降低到600°C將熟料取出急冷，使其實現自粉化。將自粉化的粉料投入溫度為20°C的水中快速攪拌30分鐘，過濾，得到NaAlO2溶液和硅鈣渣。向NaAlO2溶液中加入十二烷基硫酸鈉，十二烷基硫酸鈉的量為NaAlO2溶液質量的1.0%，再80°C下通入ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，當溶液的PH為6時碳酸化反應結束，得到Al (OH)3沉淀，陳化2小時后，過濾，濾餅經洗滌、800°C焙燒2小時后磨細得到超細氧化鋁，濾液為純堿的稀溶液，經濃縮后循環使用。經檢測，煤系高嶺巖中的氧化鋁和ニ氧化硅利用率分別為97.3%,97.2%，純堿、燒堿、石灰石、ニ氧化碳、水的循環使用率均超過90%，得到的氧化鋁粉體的粒徑為50 IOOnm,白炭黑的純度為99.0%，氧化鋁的純度為99.0%。實施例8本實施例中采用的煤系高嶺土中氧化鋁、ニ氧化硅、燒失量分別占37.36 %,42.79%,15.60%。稱取煤系高嶺土 50克，將煤系高嶺巖破碎成200目粉料后，在960°C高溫下煅燒60分鐘進行焙燒活化，焙燒后的粉料經自然冷卻后，置于浸取器內，于95°C條件下加入以Na2O計為60g的燒堿進行反應,燒堿分兩次加入,第一次加入質量分數為15%燒堿溶液反應30分鐘,第一次加入燒堿的質量為燒堿總用量的50%,第二次加入質量分數為15%燒堿溶液反應30分鐘，第二次加入燒堿的量為燒堿總質量的50%，反應完畢后，SiO2的脫出率為92.95%，過濾，得到硅酸鈉液和堿浸渣。向硅酸鈉液中加入聚こニ醇，聚こニ醇的量為硅酸鈉溶液質量的0.6%，再80°C下通入濃度為17%ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，反應的壓カ為0.4Mpa，終點溫度為50°C，當溶液的pH為6時碳酸化反應結束，過濾，得到原硅酸沉淀濾餅和脫硅液，原硅酸沉淀濾餅經過6小時陳化、分別經220°C脫水和600°C焙燒I小時后，磨細即制得白炭黒。向脫硅液中加入生石灰繼續反應，反應結束后過濾，得到碳酸鈣濾餅和燒堿溶液，碳酸鈣濾餅干燥后作為石灰石原料循環使用，燒堿溶液調制成堿浸所需的濃度循環使用。將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si = 2，Na/Al = I進行配料，配好料后放入堿融器內反應，在1250°C下進行燒結處理I小吋，燒結過程中產生的窖氣為ニ氧化碳，回收作碳酸化使用。當爐溫降低到600°C將熟料取出急冷，使其實現自粉化。將自粉化的粉料投入溫度為20°C的水中快速攪拌30分鐘，過濾，得到NaAlO2溶液和硅鈣渣。向NaAlO2溶液中加入十二烷基硫酸鈉，十二烷基硫酸鈉的量為NaAlO2溶液質量的0.6%，再80°C下通入濃度為15%的ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，，反應的壓カ為0.4Mpa，終點溫度為50°C，當溶液的PH為7時碳酸化反應結束，得到Al (OH) 3沉淀，陳化2小時后，過濾，濾餅經洗滌、800°C焙燒2小時后磨細得到超細氧化鋁，濾液為純堿的稀溶液，經濃縮后循環使用。經檢測，煤系高嶺巖中的氧化鋁和ニ氧化硅利用率分別為97.2%、97.0%，純堿、燒堿、石灰石、ニ氧化碳、水的循環使用率均超過90%，得到的氧化鋁粉體的粒徑為50 IOOnm,白炭黑的純度為98.9%，氧化鋁的純度為99.1%。實施例9本實施例中采用的煤系高嶺土中氧化鋁、ニ氧化硅、燒失量分別占37.36 %,42.79%,15.60%。
稱取煤系高嶺土 50克，將煤系高嶺巖破碎成200目粉料后，在960°C高溫下煅燒60分鐘進行焙燒活化，焙燒后的粉料經自然冷卻后，置于浸取器內，于95°C條件下加入以Na2O計為55g的燒堿進行反應,燒堿分兩次加入,第一次加入質量分數為18%燒堿溶液反應40分鐘，第一次加入燒堿的質量為燒堿總用量的73%，第二次加入質量分數為12%燒堿溶液反應25分鐘，第二次加入燒堿的量為燒堿總質量的27%，反應完畢后，SiO2的脫出率為94.1過濾,得到娃酸鈉液和堿浸洛。向娃酸鈉液中加入復合分散劑，復合分散劑的量為硅酸鈉溶液質量的0.6%，復合分散劑由六偏磷酸納與聚こニ醇按1:1的質量比組成，再80°C下通入濃度為17%ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，反應的壓カ為0.4Mpa，終點溫度為50°C，當溶液的pH為6時碳酸化反應結束，過濾，得到原硅酸沉淀濾餅和脫硅液，原硅酸沉淀濾餅經過6小時陳化、分別經220°C脫水和600°C焙燒I小時后，磨細即制得白炭黒。向脫硅液中加入生石灰繼續反應，反應結束后過濾，得到碳酸鈣濾餅和燒堿溶液，碳酸鈣濾餅干燥后作為石灰石原料循環使用，燒堿溶液調制成堿浸所需的濃度循環使用。將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si = 2，Na/Al = I進行配料，配好料后放入堿融器內反應，在1250°C下進行燒結處理I小吋，燒結過程中產生的窖氣為ニ氧化碳，回收作碳酸化使用。當爐溫降低到600°C將熟料取出急冷，使其實現自粉化。將自粉化的粉料投入溫度為20°C的水中快速攪拌30分鐘，過濾，得到NaAlO2溶液和硅鈣渣。向NaAlO2溶液中加入加入復合分散劑，復合分散劑的量為NaAlO2溶液質量的0.6%，復合分散劑由六偏磷酸納與聚こニ醇按1:1的質量比組成，再80°C下通入濃度為15%的ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，反應的壓カ為0.4Mpa，終點溫度為50°C，當溶液的pH為7時碳酸化反應結束，得到Al (OH) 3沉淀，陳化2小時后，過濾，濾餅經洗滌、800°C焙燒2小時后磨細得到超細氧化鋁，濾液為純堿的稀溶液，經濃縮后循環使用。經檢測，煤系高嶺巖中的氧化鋁和ニ氧化硅利用率分別為96.5%,97.5%，純堿、燒堿、石灰石、ニ氧化碳、水的循環使用率均超過90%，得到的氧化鋁粉體的粒徑為50 IOOnm,白炭黑粒徑為30 50nm，白炭黑的純度為99.1%，氧化鋁的純度為99.1%。實驗例I本實驗例比較了煤系高嶺巖在堿浸脫硅過程中分別采用兩段溶出脫硅和兩次加堿脫硅對鋁損失量、硅酸鈉溶液中的鋁含量以及脫硅時間的影響。本實驗例中采用的煤系高嶺土中氧化鋁、ニ氧化硅、燒失量分別占37.36 %,42.79%U5.60%。將煤系高嶺巖破碎成200目粉料后，在960°C高溫下煅燒60分鐘進行焙燒活化，焙燒后的粉料經自然冷卻，毎次取50g焙燒后的粉料置于浸取器內進行浸潰實驗。第一組為兩段溶出脫硅:第一次脫硅的NaOH的質量分數為15%，液固比為15: 1，第二次脫硅的NaOH的質量分數為10%，液固比為30: 1，兩次脫硅的溫度均為95。。。第二組為兩段溶出脫硅:第一次脫硅的NaOH的質量分數為15%，液固比為15: 1，第二次脫硅的Na OH的質量分數為15%，液固比為15: 1，兩次脫硅的溫度均為95。。。 第三組為兩次加堿溶出脫娃:總的用堿量為以Na2O計為60g的燒堿進行反應,第一次加入質量分數為18%燒堿溶液，第一次加入燒堿的質量為燒堿總用量的68%，第二次加入質量分數為12%燒堿溶液，第二次加入燒堿的量為燒堿總質量的32%，兩次脫硅的溫度均為95で。表I采用兩段溶出脫硅和兩次加堿脫硅的實驗結果
權利要求
1.ー種利用煤系高嶺巖生產超細氧化鋁聯產白炭黑的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將煤系高嶺巖破碎成粉料后，進行焙燒； (2)焙燒后的粉料經自然冷卻后，于80 100°C條件下用質量分數為5-25%燒堿溶液進行浸取30 90分鐘，過濾，得到硅酸鈉液和堿浸渣，燒堿的總用量按照Na2O: SiO2 =1.0 1.2的摩爾比計算； (3)向娃酸鈉液中加入分散劑,分散劑的加入量為娃酸鈉液質量的0.5 5%,通入ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，當溶液的pH為4 7時碳酸化反應結束，過濾，得到原硅酸沉淀濾餅和脫硅液； (4)將原硅酸沉淀濾餅進行陳化、焙燒，得白炭黑； (5)向脫硅液中加入生石灰繼續反應，反應結束后過濾，得到碳酸鈣濾餅和燒堿溶液，碳酸鈣濾餅干燥后作為石 灰石原料循環使用，燒堿溶液調制成堿浸所需的濃度循環使用； (6)將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si= 2 3，Na/Al = I 1.2配料，在1000 1350°C下進行燒結處理，時間控制在0.5 I小時，燒結過程中產生的窖氣為ニ氧化碳，回收作碳酸化使用； (7)將燒結處理的熟料在600 700°C取出，使其實現自粉化； (8)將自粉化的粉料進行水淬、過濾，得到NaAlO2溶液和硅鈣渣； (9)向NaAlO2溶液中加入分散劑，分散劑的加入量為NaAlO2溶液質量的0.5 5%，通入ニ氧化碳氣體進行碳酸化處理，當溶液的pH為4 7時碳酸化反應結束，過濾，濾餅經洗滌、焙燒后得到超細氧化鋁，濾液為純堿的稀溶液，經濃縮后循環使用。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(I)中:粉料的粒度為50-300目，焙燒的溫度范圍為700-1050°C，焙燒的時間為30 60分鐘。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中:用質量分數為10% 20%的燒堿溶液浸取50 70分鐘，最優選用質量分數為15%的燒堿溶液于95°C浸取60分鐘；燒堿的總用量按照Na2O: SiO2 = 1.2的摩爾比計算。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，燒堿溶液分兩次加入浸取粉料。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，加入燒堿溶液時，第一次加入的燒堿溶液的質量分數為15 20%，第一次加入燒堿的質量為燒堿總量的50-80%，第一次浸潰的時間為30 40分鐘，第二次加入的燒堿溶液的質量分數為10 15%，第二次加入燒堿的質量為燒堿總量的20-50%,第二次浸潰的時間為20 30分鐘。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)和步驟(9)中碳酸化處理的條件為:加入的分散劑的質量為硅酸鈉溶液或NaA102溶液質量的0.6 I %，CO2的濃度不低于15%，碳酸化反應的起始溫度50 95°C，壓カ為0.25 0.4Mpa，終點溫度為40 60°C，當溶液的pH為6時碳酸化反應結束。
7.根據權利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述分散劑選自六偏磷酸納、聚こニ醇、十二烷基硫酸鈉、聚こ烯醇、三こ醇胺中的ー種或多種組合。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)中:將原硅酸沉淀濾餅陳化6 9小吋，200 250°C脫水，然后在500 650°C焙燒I小時，粉碎即得白炭黒。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟出)中:將堿浸渣、純堿與石灰石按照摩爾比:Ca/Si = 2，Na/Al = I配料，在1200 1300°C下進行燒結處理，時間控制在.50分鐘。
10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(8)中:水淬的溫度控制在.20 0C，時間控制在30 60min。
全文摘要
本發明屬于煤系高嶺土綜合利用領域，具體涉及一種利用煤系高嶺土堿法制備超細氧化鋁和白炭黑的方法。本發明提供的方法包括以下步驟將煤系高嶺巖破碎、焙燒、堿浸、過濾，得到硅酸鈉液和堿浸渣，硅酸鈉液進行碳酸化處理得到原硅酸沉淀濾餅和脫硅液，將原硅酸沉淀濾餅進行陳化、焙燒，得到白炭黑；堿浸渣采用堿石灰燒結法，將燒結處理的熟料進行自粉化、水淬、過濾，得到NaAlO2溶液，NaAlO2溶液進行碳酸化處理、焙燒后得到超細氧化鋁。本發明的生產方法對設備的要求低，所有的副產物都被回收循環利用，實現了零排放，能耗低，經濟環保，另外，資源的綜合利用率高、產品附加值高。
文檔編號C01F7/02GK103121700SQ20111036940
公開日2013年5月29日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者劉欽甫, 伍澤廣 申請人:中國礦業大學(北京)