用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法
【專利摘要】本發明公開了一種用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法，為全濕法堿性體系粉煤灰提取氧化鋁及硅資源的工藝，包含了預脫硅、氧化鋁出、制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣等步驟，既避免了燒結法工藝的高能耗，又避免了酸法工藝的強腐蝕性。本發明供的用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法，預脫硅反應活性硅溶出率達到95%以上，氧化鋁溶出率達到91%以上。
【專利說明】用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高鋁粉煤灰高值化利用其中氧化鋁和氧化硅的【技術領域】，特別涉及一種高鋁粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法。
【背景技術】
[0002]氧化鋁是生產鋁錠的主要原材料。世界上95%以上的氧化鋁是通過鋁土礦生產的。我國是世界最大的氧化鋁生產國，目前每年氧化鋁產量超過3000萬噸。但同時我國鋁土礦資源相對匱乏，鋁土礦儲量僅占世界總儲量的7%左右，且多為難處理的一水硬鋁石礦，加上近年國外優質品位鋁土礦的限購政策，資源問題已經成為我國氧化鋁工業可持續發展的瓶頸。
[0003]我國內蒙古中西部和山西北部等地區的煤炭發電后產生的高鋁粉煤灰儲量豐富，僅內蒙準格爾煤田潛在的高鋁粉煤灰資源蘊藏量就達150億噸，相當于我國目前鋁土礦保有儲量的8倍以上，并且部分高鋁粉煤灰中氧化鋁含量可達到40%-50%。近幾年來，我國各大院校和科研單位積極開展了高鋁粉煤灰提取氧化鋁新工藝研究，主要工藝方法為:預脫硅-堿石灰燒結法、一步酸溶法、硫酸銨燒結-拜耳法、石灰石燒結-低溫拜耳法等，其中酸法因存在對設備材質腐蝕嚴重、產品雜質含量較高難以生產冶金級氧化鋁等問題難以實現大規模工業化生產，硫酸銨燒結法存在渣相流量大、氨氣回收利用難等缺點也沒有產業化實例，石灰石燒結法與堿石灰石燒結法類似，但其洛量更大、能耗更聞，并且回收率較堿石灰石燒結法稍低，而預脫硅-堿石灰燒結法是目前唯一實現工業化生產并取得成功的工藝方法，但仍存在流程較長、燒結能耗較高的問題。
[0004]因此如何提供一種新的粉煤灰綜合利用工藝，綜合利用其中的氧化鋁和氧化硅，制備高附加值鋁產品和硅產品，并且采用全濕法流程，避免因燒結產生的高能耗，降低成本是目前亟待解決的。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法，解決了現有的聞招粉煤灰開發工藝存在的聞能耗、聞成本的問題。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供了一種用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法，包含:
[0007]預脫硅反應:將高鋁粉煤灰與氫氧化鈉溶液混合加入常壓溶出罐中加熱進行反應，其中高鋁粉煤灰與氫氧化鈉溶液質量比為1:2-1: 4，反應完畢后過濾分離，得到脫硅灰和硅酸鈉溶液；
[0008]其中，預脫硅反應中氫氧化鈉溶液的質量百分濃度為5%-13.5%,反應的溫度為60 0C -100℃。
[0009]活性硅酸鈣一制備:向預脫硅反應得到的硅酸鈉溶液添加石灰乳反應，反應完畢后過濾得到活性硅酸鈣一產品和氫氧化鈉溶液，活性硅酸鈣一產品可用于造紙填料和制備硅酸鈣板等建材，氫氧化鈉溶液蒸發補堿后重新用于預脫硅反應；
[0010]其中，制備活性硅酸鈣一過程中，石灰乳有效氧化鈣濃度為175-185g/L，有效氧化鈣與溶液中硅酸鈉的摩爾比為0.9-1.2，反應溫度為80°C -100°C。
[0011]氧化鋁溶出:向預脫硅反應得到的脫硅灰中添加石灰乳、氫氧化鈉溶液混合，加熱溶出，反應料漿蒸發過濾分離后得到偏鋁酸鈉溶液和提鋁殘渣；
[0012]其中，氧化鋁溶出過程中，石灰乳添加比例為，石灰乳中氧化鈣與脫硅灰中二氧化硅摩爾數比例為0.8-1.2，氫氧化鈉溶液濃度為25%-45%，反應溫度為200°C -290°C，反應壓力為 0.5Mpa_3MPa。
[0013]偏鋁酸鈉制備:向氧化鋁溶出反應得到的偏鋁酸鈉溶液中添加水和偏鋁酸鈉晶種，在攪拌的過程中進行析晶反應，得到析出的水和偏鋁酸鈉晶體和析晶母液，析出晶體經過三級洗滌去除雜質后得到水和偏鋁酸鈉產品，析晶母液蒸發補堿后返回氧化鋁溶出。
[0014]其中，在偏鋁酸鈉制備過程中，晶種添加量與溶出偏鋁酸鈉溶液中偏鋁酸鈉含量的比值0.5-2，析晶反應溫度制度為初始溫度向終極溫度不斷降溫的過程，析晶初始溫度為700C _65°C，析晶終極溫度為50°C _40°C，析晶時間為20h_60h。
[0015]水熱反應回收堿:將氧化鋁溶出反應得到的提鋁殘渣(提鋁殘渣主要成分為水合硅酸鈉鈣CaNaHSiO3)中添加稀堿液進行水熱反應，過濾分離后得到回收堿液和硅酸鈣濾餅，硅酸鈣濾餅經過四級逆流洗滌后得到活性硅酸鈣二產品。水熱過程為水合硅酸鈉鈣在水或低堿溶液中，在一定溫度和壓力下發生水解反應的過程，水解為硅酸鈣、水和氧化鈉，從而脫除回收其中的堿，反應方程式為2CaNaHSi03 — 2CaSi03+Na0H。
[0016]其中，在水熱反應回收堿過程中，稀堿液的氫氧化鈉濃度為3%_8%，所得回收堿液濃度為4%-10%，反應液固比為3:1-6:1，水熱反應時間為lh-6h。
[0017]本發明提供的用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法，為全濕法堿性體系粉煤灰提取氧化鋁及硅資源的工藝，既避免了燒結法工藝的高能耗，又避免了酸法工藝的強腐蝕性，而且通過預脫硅工藝降低了氧化鋁回收系統的物料流量，從而克服了高堿濕法工藝提取氧化鋁過程的高物料流量，進一步減少了能耗。
[0018]本發明供的用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法，預脫硅反應活性硅溶出率達到95%以上，氧化鋁溶出率達到91%以上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施例提供的粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0020]參見圖1，下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而更為清楚。但這些實施例僅是范例性的，并不對本發明的范圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和范圍下可以對本發明技術方案的細節和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發明的保護范圍內。
[0021]實施例1:[0022]1、預脫硅反應[0023]原料為內蒙某火電廠的高招粉煤灰,組成如表1所示。
[0024]表1高鋁粉煤灰樣品化學組成
[0025]
【權利要求】
1.用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法，其特征在于，包含: 預脫硅:將所述粉煤灰與氫氧化鈉溶液混合反應，其中所述粉煤灰與氫氧化鈉溶液質量比為1:2-1:4，反應完畢后過濾分離,得到脫娃灰和娃酸鈉溶液； 制備活性硅酸鈣一:將所述硅酸鈉溶液添加石灰乳反應，反應完畢后過濾得到所述活性硅酸鈣一和氫氧化鈉溶液； 溶出氧化鋁:將所述脫硅灰添加石灰乳、氫氧化鈉溶液混合并反應，反應料漿蒸發過濾分離后得到偏鋁酸鈉溶液和提鋁殘渣； 制備偏鋁酸鈉:向所述偏鋁酸鈉溶液添加水和偏鋁酸鈉晶種進行析晶反應，得到所述偏鋁酸鈉的晶體和析晶母液，析晶母液蒸發補堿后用于所述溶出氧化鋁。
2.如權利要求1所述用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法，其特征在于，所述預脫硅還包含: 氫氧化鈉溶液的質量百分濃度為5%-13.5%，所述預脫硅的反應溫度為60°C -100°C。
3.如權利要求1所述用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法，其特征在于，所述制備活性硅酸鈣一還包含: 石灰乳有效氧化鈣濃度為175-185g/L，所述有效氧化鈣與所述硅酸鈉溶液中硅酸鈉的摩爾比為0.9-1.2，反應溫度為800C -1OO0C。
4.如權利要求1所述用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法，其特征在于，所述溶出氧化鋁還包含:· 石灰乳中氧化鈣與所述脫硅灰中二氧化硅摩爾數比例為0.8-1.2，氫氧化鈉溶液質量濃度為25%-45%，反應溫度為200°C _280°C，反應壓力為0.5Mpa_3Mpa。
5.如權利要求1所述用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法，其特征在于，所述制備偏鋁酸鈉還包含: 所述偏鋁酸鈉晶種的添加量與所述偏鋁酸鈉溶液中偏鋁酸鈉含量的質量比值0.5-2，所述析晶反應的初始溫度為70°C _65°C，終極溫度為50°C -40°C，降溫速率為0.3°C -1°C /h，析晶時間為20h-60h。
6.如權利要求1所述用粉煤灰同時制備偏鋁酸鈉和活性硅酸鈣的方法，其特征在于，還包含: 向所述提鋁殘渣添加稀堿液進行水熱反應，過濾分離后得到回收堿液和硅酸鈣濾餅，所述硅酸鈣濾餅經過洗滌后得到活性硅酸鈣二； 所述稀堿液中氫氧化鈉質量濃度為3%-8%，反應質量液固比為3:1-6:1,所述水熱反應的反應時長為lh_6h。
【文檔編號】C01B33/24GK103708479SQ201310747243
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】公彥兵, 張戰軍, 楊會賓 申請人:大唐國際發電股份有限公司高鋁煤炭資源開發利用研發中心