專利名稱：用煤灰生產硅酸鈉與氫氧化鋁的方法
技術領域：
本發明是一種用煤灰生產硅酸鈉與氫氧化鋁的方法，它屬于硅的化合物與鋁的化合物領域，它包括將煤灰和氫氧化鈉溶液混合并加熱。
在化學文摘Vol6714017f和Vol7845744x中分別介紹了一種從煤灰中回收氧化鋁的方法。構成是用濃度為400gNa2O/L或475gNa2O/L的NaOH在280℃或240℃時浸淋煤灰15分鐘。不足之處是此法僅能將煤灰的顆粒界面消除以使其所含的SiO2與Al2O3溶入NaOH溶液中成混液(Na++OH-+SiO2+Al2O3)，而未能將Al2O3單獨從混液中分離出來，并且尚有3～5%的Al2O3未溶。在Vol80147598m和Vol92113076x中分別給出了一種從煤灰中制備氧化鋁及副產品的方法。構成是用濃度為200～500gNa2O/L的NaOH溶液在110～200℃與250～290℃或80℃106℃時浸淋煤灰15分鐘或3小時，之后，須再加入CaO。不足之處是該法僅在將混液(Na++OH-+SiO2+Al2O3)中的SiO2用CaO處理成低價值的硅鈣渣的前提下才回收到Al2O3，并且將未全部回收到的Al2O3等均作為副產品來制造普通水泥，致使大材小用。在US-4130627中公開了一種從粉煤灰中回收礦物質的方法。它的目的是從粉煤灰中回收一定產量的礦物質。構成是將粉煤灰和水用NaOH調節PH值為11～14時混合并加熱，之后過濾堿性混合液以從中回收固體成份，然后用鹽酸或氫氟酸淋溶該固體成份使其形成PH值為1～2.5的可溶性酸鹽來將固體成份中的鐵、鋁氧化，再電解此酸鹽使其析出鐵，同時在容器底部沉淀出SiO2，最后將除去SiO2的電解液用NH4OH或NaOH中和成PH值在6～8之間時析出Al(OH)3。不足之處是這種方法的工藝繁雜、生產成本高，并有電解污水的產生及排放。
本發明的目的在于避免上述現有技術中的不足之處而提供一種工藝簡單、回收率高、無廢物、液排棄的用煤灰生產硅酸鈉(Na2SiO3)與氫氧化鋁(Al(OH)3)的方法。
本發明的目的可以通過以下措施來達到煤灰中含有多種礦物質，主要是SiO2、Al2O3和少量的Fe2O3，以及微量的CaO、MgO、Na2O、K2O、SO3、長石(K2O·Al2O3·6SiO2)、片石(K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O)、莫來石(Al2O3·2SiO2·2H2O)等，還有未燃燒盡的碳，為提高Na2SiO3的品質與后續工藝的順利進行，先用物理方法對煤灰進行脫碳除鐵處理以將其中所含的碳與鐵先行提出。之后將煤灰與16～56%濃度的NaOH溶液相混合，它們之間的比例為1∶0.65～5(按重量計)。上述原料的選用是依據反應方程式而來;而原料間重量比例的變化是為解決煤灰中所含的SiO2在40～70%間波動與Al2O3在25～40%間波動時使原料盡可能地完全反應成生成物Na2SiO3與Al(OH)3而沒有剩余的反應物NaOH或SiO2或Al2O3所產生的對NaOH不同的配量的要求，以及對同一配量的NaOH，在不同的濃度時需有相對應的重量的問題。將上述原料置于容器內在溫度為310～340℃、壓力為1.5～4.5MPa的條件下不斷攪動，反應20～60分鐘后得到Na2SiO3與Al(OH)3的混液。其反應過程為當煤灰與NaOH相混合后，煤灰仍為顆粒狀，而NaOH則是離子狀態，也即是
(中括號意為顆粒狀的煤灰);當溫度逐漸接近310℃時，煤灰的顆粒界面消失，SiO2與Al2O3溶入NaOH溶液中，也即是當溫度≥310℃，壓力≥1.5MPa時，Al2O3逐漸被電離成離子狀態Al++++O＝于NaOH溶液中，也即是繼續保持溫度為310～340℃、壓力為1.5～4.5MPa20～60分鐘，則Na++OH-與Al++++O＝間將發生離子互換反應，也即是因O比OH-的活潑性強，并且Na的金屬活動性也比Al強，所以30＝與6Na+結合成3Na2O，進而與3SiO2結合成3Na2O·3SiO2而產生沉淀(因Na2SiO3的比重大)，而6OH-與2Al+++結合成2Al(OH)3，也即是反應的溫度如低于310℃或壓力小于1.5MPa或時間少于20分鐘，則都會造成Al2O3尚未全部被電離成離子狀態Al++++O＝，將使混液中除含有Na2SiO3與Al(OH)3外，還含有Al2O3、SiO2和NaOH，這將降低Na2SiO3的品質與Al(OH)3的提取率，并為后續工藝增加難度與生產成本，這是所不希望的。如溫度高于340℃或壓力大于4.5MPa或時間超過60分鐘，則Na2O會與SiO2過早地凝聚而產生膠性，這將使Na2SiO3與Al(OH)3的分離難以進行，并易產生鋁硅酸鈉(Na2(SiO3Al))，這是應當避免的。攪動是使原料受熱均勻，并可防止局部溫升過熱而使已生成的Na2SiO3結塊、糊底，進而導致反應不能完全進行下去。然后在停止攪動由Na2SiO3與Al(OH)3所組成的混液30～90分鐘內將澄清于上部的Al(OH)3稀液與沉淀于下部的Na2SiO3稠液用化工領域中普通技術人員公知的方法與設備相分離。如可采用葉片真空過濾分離器或板框過濾分離器均可。如果停止攪動的時間少于30分鐘，則Al(OH)3與Na2SiO3仍呈混雜狀態而未稀、稠兩液相分離;如果超過90分鐘，則Al(OH)3易與Na2SiO3生成Na2(SiO3Al)，這也是不適宜的。
本發明的目的還可以通過以下措施來達到在得到Na2SiO3與Al(OH)3的混液后和停止攪動此混液前，為縮短Na2SiO3稠液與Al(OH)3稀液的自行分離時間，可向該混液中加入30%濃度的硫酸，H2SO4與混液的比例為1∶10000(按重量計)。為充分利用熱能，可將Al(OH)3稀液直接送空氣分離槽，在飽和溫度(180℃)下Al(OH)3自行結晶成晶體和水，之后送滾桶離心機脫水成Al(OH)3成品;因滾桶離心機脫下的水中還含有微量的Al(OH)3，可作為Al(OH)3稀液的晶種而重新打回空氣分離槽，直至滾桶離心機最終脫下的水中已無Al(OH)3為止。這時水中仍含有微量的K2O、MgO、CaO，此時如排放則易造成污染，所以將其與Na2SiO3稠液一起送反應釜加熱熬出膠性，這樣既不影響Na2SiO3的品質，又能增強Na2SiO3的骨性。將脫水后的Al(OH)3送檢，可測得其純度近似100%，其重量近似于被處理的煤灰中的含鋁量。
本發明相比現有技術具有如下優點1、工藝簡便、生產成本低，不須再加入CaO，更不須多次的堿化、酸化、電解、中和的工藝過程，而是一步到位地生產出Na2SiO3與Al(OH)3;
2、回收率高，可將煤灰中所含的SiO2和Al2O3全部回收利用，而且煤灰中的其它微量元素也都全部利用了，并且Al(OH)3的純度近似100%，另外，因Na2SiO3是化工母本，可在此基礎上生產出Na2SiO3系列的多種產品，而使其綜合效益可觀;
3、可將煤灰全部轉化成有用的化工母本，而且無任何廢物、液的排棄，既有經濟效益，又有社會效益。
下面將結合實施例對本發明作進一步地詳述根據對國內某發電廠煤灰的化驗，其化學成分的重量百分率為
°Be產品2400kg。
實施例2將A爐的灰經重力分離機脫碳除鐵處理，取其1噸灰與36%濃度的NaOH溶液1.27噸一起置于4噸容量的反應釜內相混合;在攪動的條件下用電加熱上述原料直至反應釜內的溫度達310℃、壓力達2MPa時保持該溫度與壓力60分鐘;然后停止攪動與加溫加壓，將反應釜內的混液泵送沉淀槽，40分鐘后用板框過濾分離器將Al(OH)3稀液與Na2SiO3稠液相分離;之后，使用實施例1中的方法與設備處理Al(OH)3稀液與Na2SiO3稠液。最終獲得了Al(OH)3晶體410kg，Na2SiO351°Be產品1450kg。
實施例3將B爐的煤灰脫碳除鐵處理后，取其1噸灰與36%濃度的NaOH溶液1.55噸在3噸容量的容器內相混合;在攪動的情況下用蒸汽加熱，直至容器內溫度達330℃、壓力達2.5MPa時再保持住50分鐘，然后向容器內加入30%濃度的H2SO40.25kg，繼續攪動2～3分鐘后停攪，30分鐘后用泵將Al(OH)3稀液吸出;之后按實施例1中的方法與設備處理Al(OH)3稀液與Na2SiO3稠液(在加熱Na2SiO3稠液前向其中兌1噸水)。最后獲得了Al(OH)3晶體502kg，Na2SiO341°Be產品3000kg。
實施例4將B爐煤灰脫碳除鐵后取其1噸灰與56%濃度的NaOH溶液0.9噸在容器內混合，在攪動的條件下加溫、加壓至320℃、2.5MPa時保持該溫度與壓力30分鐘;然后停止攪動，30分鐘后用泵將Al(OH)3稀液吸出;之后按實施例1中所述的方法與設備處理Al(OH)3稀液與Na2SiO3稠液(在加熱Na2SiO3稠液前向其中兌0.5噸水)。最后得到Al(OH)3晶體503kg，Na2SiO351°Be的產品1800kg。
分別對上述四個實施例所生產出的Al(OH)3進行化驗，其純度分別在99.1～99.5%之間，余量為Fe2O3，其重量約全等于被處理的煤灰中的含鋁量。
權利要求
1.一種用煤灰生產硅酸鈉與氫氧化鋁的方法，包括將煤灰和氫氧化鈉溶液混合并加熱，本發明的特征是(1)對煤灰進行脫碳除鐵處理，之后(2)將煤灰與16～56%濃度的氫氧化鈉溶液相混合，它們之間的比例為1∶0.65～5(按重量計)，(3)在溫度為310～340℃、壓力為1.5～4.5MPa的條件下攪動，反應20～60分鐘后得到硅酸鈉與氫氧化鋁的混液，然后(4)在停止攪動該混液30～90分鐘內將澄清于上部的氫氧化鋁稀液與沉淀于下部的硅酸鈉稠液相分離。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征是在得到硅酸鈉與氫氧化鋁的混液后和停止攪動前向該混液中加入30%濃度的硫酸，硫酸與混液的比例為1∶10000(按重量計)。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征是將氫氧化鋁稀液直接送空氣分離槽結晶成氫氧化鋁晶體。
4.根據權利要求1或3所述的方法，其特征是將對氫氧化鋁稀液結晶、脫水后的水與硅酸鈉稠液一起加熱至硅酸鈉產生膠性。
全文摘要
本發明公開了一種用煤灰生產硅酸鈉與氫氧化鋁的方法。現有的方法僅能回收煤灰中部分的鋁，而且工藝繁雜、有廢物、液的排棄。本發明是先將煤灰進行脫碳除鐵，之后將其與氫氧化鈉溶液相混合，在提高溫度、增加壓力與攪動的條件下反應生成硅酸鈉稠液與氫氧化鋁稀液。本法工藝簡便、生產成本低，回收率高，可將煤灰全部轉化為有用的化工母本而無任何廢物、液的排放。
文檔編號C01F7/02GK1085875SQ9211238
公開日1994年4月27日 申請日期1992年10月17日 優先權日1992年10月17日
發明者王福華, 孫木元, 寧洪斌 申請人:寧洪斌, 王福年, 孫木元