利用粉煤灰生產氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉工藝方法

專利名稱：利用粉煤灰生產氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉工藝方法
技術領域：
本發明涉及利用鋁硅酸鹽礦物的化工開發利用的方法，特別是一種利 用粉煤灰生產氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工藝方法。
背景技術：
據邊炳鑫、解強、趙有才在《煤系固體廢物資源化技術》(化學工業出版 社2005年5月第一版)一書中稱2000年全國粉煤灰排出量1. 6億噸，占地50萬畝，加上 歷年庫存的11億噸粉煤灰，2000年全國粉煤灰積存總量達到12. 5億噸。由于火力發電量 的增加，截止到2006年底，全國累計積存的粉煤灰已將近20億噸。粉煤灰的基本組成是鋁 硅酸鹽，主要是氧化鋁和二氧化硅，兩組分合計約占75-92%，其中氧化鋁約占23-38%，二 氧化硅一般占50%以上，另含少量鐵、鈣、鎂等元素的氧化物，各組分的含量因煤的產地而 異。從工業廢棄物粉煤灰中提取化工產品，變廢為寶，改善環境，是世界各國、更是我國的重 要產業政策。孫雅珍等人在CN1095689. 1994及陳建林在1994年第4期《環境導報》第14頁刊 文(對比文獻1)提出用50-60%的硫酸浸泡粉煤灰12-14小時，在100°C加熱2-4小時，趁 熱過濾，反復洗滌濾餅至中性，棄去濾餅，將濾液加熱濃縮至15-20波美度再冷卻結晶，抽 濾得到硫酸鋁晶體。此對比文獻1采用酸浸粉煤灰工藝得到硫酸鋁產品，氧化鋁的提取率 只有60-65 %，而粉煤灰中的另一種更主要的組分二氧化硅卻沒有被利用，技術的經濟價值 不高。謝英在1992年第3期《粉煤灰綜合利用》第54頁刊文(對比文獻2)提出將粉煤 灰與燒堿溶液混合攪拌并加熱至沸騰，再保溫攪拌一段時間，過濾，棄去濾餅，將濾液加水 或通入二氧化碳、加碳酸銨，得到氫氧化鋁沉淀，再經過濾、將濾餅烘干得到氫氧化鋁。此對 比文獻2采用的濕法工藝，氧化鋁的提取率也只有70 %左右，粉煤灰中另一更主要的組分 二氧化硅也沒有被利用。韓懷強、蔣挺大在《粉煤灰利用技術》(化學工業出版社2001年1月第一版)(對 比文獻3)第177-179頁提出用石灰燒結法，將粉煤灰與石灰石粉混合后在1320-1400°C燒 成，使氧化鋁轉化成鋁酸鈉和鋁酸鈣，經熟料自粉化、碳酸鈉溶出、石灰乳脫硅棄渣、二氧化 碳氣體碳化，提取氫氧化鋁，再將氫氧化鋁在1200°C煅燒，得到氧化鋁。脫硅時棄去的廢渣 用于生產水泥。劉小波在1999年第2期《環境科學學報》第210-213頁提出石灰燒結法工 藝合理的氧化鋁提取率為80-85%。此對比文獻3采用石灰燒結法，粉煤灰原料中氧化鋁的 提取率有了較大提高，但也只能達到85% ；同時，粉煤灰中另一更主要組分二氧化硅仍然沒 有被高附加值利用，只是作為廢渣用于生產水泥，二氧化硅組分的經濟價值未得到充分利 用。綜上所述，對比文獻1、2、3存在下列不足1、均只對粉煤灰中的氧化鋁組分進行利用，對氧化鋁的提取率也只能達到 60-85%，因此資源的利用率都較低，只相當于利用了粉煤灰原料總量的20-30%左右；當 原料粉煤灰中氧化鋁含量較低時，原料粉煤灰將不能利用。2、對粉煤灰中的另一更主要的組分二氧化硅，對比文獻1、2中予以棄用，對比文
5獻3中只是作為廢渣用于生產低價值的水泥，二氧化硅組分沒有得到高附加值利用。3、在利用粉煤灰過程中均出現了因為能耗高，產品生產周期長，加之粉煤灰原料 利用率較低，使得單位產量產品的成本增加，生產成本難以降低的問題。4、生產工藝中都需要多次用水洗滌，而洗滌液又未能加以回收利用，不僅耗費了 大量可貴的水資源，加上對比文獻1、2中粉煤灰的主要成分二氧化硅的棄用，均造成對環 境的二次污染。由此可見，研究一種資源利用率高、資源利用附加值高、生產成本低、生產過程沒 有二次污染的粉煤灰開發利用方法是必要的。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，開發一種資源利用率高、資源利 用附加值高、生產成本低、生產過程又沒有二次污染的粉煤灰開發利用方法，特別是一種利 用粉煤灰生產氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工藝方法。本發明的目的是這樣實現的一種利用粉煤灰生產氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工 藝方法，特征在于運用燒堿法原理，采用燒堿堿熔工藝，通過燒堿堿熔_碳化_水解，實現同 時提取粉煤灰中的氧化鋁和二氧化硅，生產氫氧化鋁和硅酸及及碳酸鈉。


圖1為本發明的工藝原理示意圖，圖2為本發明具體實施的生產流程示 意圖。如圖1中所示1、燒堿堿熔將粉煤灰與燒堿溶液混合，加熱進行堿熔處理，直至溶液蒸干得到固 體；固體輸入濕磨工序。2、濕磨將燒堿堿熔得到的固體，進行濕磨，得到濃漿料；濃漿料輸入二次堿熔工序。3、二次堿熔將濕磨得到的濃漿料，進行稀釋后，再進行加熱處理，得到干粉；干 粉輸入干粉溶解工序。4、干粉溶解將燒堿堿熔得到的干粉進行溶解。溶解后，過濾，得到濾餅和濾液。 濾餅中包含有部分氫氧化鋁，經過洗滌以后，輸入下道氫氧化鋁溶出工序；濾液輸入后道第
一碳化工序生產粗氫氧化鋁。5、氫氧化鋁溶出將干粉溶解得到的濾餅用燒堿溶液進行溶解，使氫氧化鋁溶解 進入溶液。溶解后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅經洗滌作為濾渣；濾液輸入下道第一碳化 工序生產粗氫氧化鋁。6、第一碳化將前面干粉溶解及氫氧化鋁溶出兩道工序得到的濾液合并，進行稀 釋后，用二氧化碳氣體進行第一次碳酸化處理。第一碳化結束后，過濾，得到濾餅和濾液。濾 餅經洗滌為含有二氧化硅的粗氫氧化鋁，輸入下道濾餅溶解工序；濾液輸入后道第二碳化工序。7、濾餅溶解將第一碳化得到的濾餅，用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃 濾液進行溶解，得到含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，輸入下道脫硅提純工序。8、脫硅提純將濾餅溶解得到的含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，添加生石灰或熟石 灰并攪拌加熱，進行脫硅處理。脫硅處理結束后，過濾，得到濾餅脫硅渣和濾液。脫硅渣含 有氧化鋁和二氧化硅，直接輸入頭道燒堿堿熔工序，與煤矸石粉一起，重新進行燒堿堿熔處 理；濾液為高純度鋁酸鈉溶液，輸入下道稀釋水解工序生產氫氧化鋁。
9、稀釋水解將脫硅提純得到的濾液，進行稀釋水解。水解結束后，過濾，得到濾餅 和濾液。濾餅經洗滌、烘干、粉碎后為產品氫氧化鋁；濾液為含有鋁酸鈉的氫氧化鈉稀溶液， 輸入下道濾液濃縮工序。10、濾液濃縮將稀釋水解得到的濾液，加熱蒸發濃縮，得到濃溶液。濃溶液輸入前 道濾餅溶解工序。11、第二碳化將第一碳化得到的濾液，用二氧化碳氣體進行第二次碳酸化處理。 第二碳化結束后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅經洗滌、烘干、粉碎后為產品硅酸；濾液輸入 下道濾液蒸發工序。12、濾液蒸發將第二碳化得到的濾液，加熱蒸發濃縮，得到過飽和的濃溶液。濃溶 液輸入下道冷卻結晶工序。13、冷卻結晶將濾液蒸發得到的濃溶液進行冷卻、結晶。結晶后，過濾，得到濾餅 和濾液。濾餅為碳酸氫鈉，輸入下道干燥工序；濾液為碳酸氫鈉飽和溶液，輸入后道尾氣噴 淋工序。14、干燥將冷卻結晶得到的濾餅進行干燥處理，得到產品碳酸鈉干粉和含碳酸鈉 粉塵的尾氣。尾氣輸入下道尾氣噴淋工序。15、尾氣噴淋將冷卻結晶得到的濾液用來對上道干燥工序的含碳酸鈉粉塵的尾 氣進行噴淋，得到凈化后的尾氣和噴淋液。噴淋液為含碳酸鈉的碳酸氫鈉飽和溶液，輸入前 道濾液蒸發工序，并入下一批第二碳化后的濾液，進行蒸發濃縮；凈化后的尾氣直接排放。
具體實施例方式結合圖2，本發明是這樣進一步實現的如圖2中所示，將燃料燃燒產生的高溫煙道氣依次用常溫空氣和水進行換熱處 理高溫煙道氣經過空氣換熱，將常溫空氣加熱得到400-80(TC和300-40(TC兩種熱空氣， 高溫煙道氣溫度降低，變為500-600°C中溫煙道氣；中溫煙道氣再用水換熱，得到95°C的熱 水，中溫煙道氣溫度降低到200°C以下。200°C以下的低溫煙道氣經過水洗、凈化處理后，得 到含二氧化碳的常溫潔凈煙道氣。400_800°C的熱空氣用于二次堿熔工藝的加熱濃縮和烘焙干燥；300-400°C的熱空氣用于碳酸氫鈉濾餅干燥工藝；95°C的熱水用作各個相應工藝的濾餅洗滌和稀釋水解用水；含二氧化碳的常溫潔凈煙道氣用于第一碳化、第二碳化工藝。通過對煙道氣的換熱利用和凈化處理，實現了廢熱與廢氣的再利用。所述圖2中的粉煤灰是指用粒度為40-200目的粉煤灰作為原料粉煤灰，其中氧化 鋁與二氧化硅含量均沒有限制。所述圖2中的燒堿溶液是指質量百分比濃度> 30%的氫氧化鈉溶液。所述圖2中的燒堿堿熔是指將60-200目的粉煤灰與質量百分比濃度彡30%的燒 堿溶液按照質量比粉煤灰氫氧化鈉=1 0.8-1. 5進行配料后，進行加熱反應，直到物料 變成固體。固體輸入下道濕磨工序。所述圖2中的濕磨是指將經燒堿堿熔工藝段得到的固體添加洗滌液進行濕磨。濕 磨時，洗滌液用量不超過固體質量的20% ；濕磨得到的濃漿料中，固相顆粒粒度在80目以 上。濃漿料輸入下道二次堿熔工序。所述圖2中的二次堿熔是指將經濕磨工藝段得到的濃漿料用洗滌液進行稀釋。稀釋時，控制稀釋后溶液中的Na20 > 300克/升。稀釋后，混合溶液用經過高溫煙道氣換熱 得到的400-800°C熱空氣加熱反應，直到物料變成干粉。干粉輸入下道干粉溶解工序。所述圖2中的干粉溶解是指將經燒堿堿熔工藝段得到的干粉用洗滌液溶解。干粉 溶解時，控制溶解后溶液中Na20> 250克/升。干粉溶解后，在4小時內過濾。過濾后，得 到濾餅和濾液。濾餅用經過中溫煙道氣換熱得到的95°C熱水洗滌至PH= 11。洗滌液集中 用于循環利用。洗滌后的濾餅為含有氫氧化鋁的雜質，輸入下道氫氧化鋁溶出工序；濾液輸 入后道第一碳化工序。所述圖2中的氫氧化鋁溶出是指將經干粉溶解工藝段得到的濾餅，再用燒堿 溶液溶解。濾餅溶解時，加入的燒堿溶液量按照濾餅與燒堿溶液混合后，溶液中摩爾比 A1203 Na20 = 1 1.4-1. 6計算，控制溶液中Na20濃度在230-250克/升之間，溫度110°C， 溶解時間3小時。濾餅溶解后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅用經過中溫煙道氣換熱得到的 95°C熱水洗滌至PH= 11。洗滌液集中用于循環利用。洗滌后的濾餅作為濾渣，呈堿性，其 中仍然含有少量A1 (0H) 3,輸入后道污水處理工序，用于對洗滌煙道氣后的污水進行絮凝凈 化處理。濾液輸入下道第一碳化工序。所述圖2中的第一碳化是指將干粉溶解工藝段得到的濾液和氫氧化鋁溶出工藝 段得到的濾液合并，先用洗滌液進行稀釋，再用含二氧化碳的常溫潔凈煙道氣進行第一次 碳酸化處理。稀釋時，控制溶液中Na20的質量百分比濃度< 8. 5% ；碳化時，溶液的起始溫 度60-80°C;壓力0. 25-0. 3MP ；終點溫度40°C、PH = 10. 8-11。第一碳化結束后，在常壓、約 40°C下陳化20分鐘后過濾，得到濾餅和濾液。濾餅用經過中溫煙道氣換熱得到的95°C熱水 洗滌至PH = 9.5-9.8。洗滌液集中用于循環利用。洗滌后的濾餅為含有少量Si02的粗氫 氧化鋁，輸入下道濾餅溶解工序；濾液輸入后道第二碳化工序。所述圖2中的濾餅溶解是指將第一碳化工藝段得到的濾餅用燒堿溶液和后道濾 液濃縮工序得到的濃濾液溶解，得到粗鋁酸鈉溶液。濾餅溶解時，加入的燒堿溶液和后道濾 液濃縮工序得到的濃濾液量，按照濾餅與燒堿混合后溶液中A1203 < 150克/升、Na20 ( 210 克/升計算，溶解溫度110°C，溶解時間3小時。粗鋁酸鈉溶液輸入下道脫硅提純工序。所述圖2中的脫硅提純是指將濾餅溶解工藝段得到的粗鋁酸鈉溶液中添加生石 灰氧化鈣或熟石灰氫氧化鈣進行脫硅處理。脫硅時，氧化鈣用量6-8克/升，溫度100°C， 時間1小時。脫硅提純后，過濾，得到脫硅渣和濾液。脫硅渣直接輸送到頭道燒堿堿熔工藝 段，與煤矸石粉一起，重新進行燒堿堿熔處理；濾液輸入下道稀釋水解工序。所述圖2中的稀釋水解是指將脫硅提純工藝段得到的濾液，用經過中溫煙道氣換 熱得到的95°C熱水進行稀釋水解。水解時，控制溶液中NaA102濃度< 0. 5M ；時間20-30分 鐘。水解后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅用經過中溫煙道氣換熱得到的95°C熱水洗滌至 PH = 7-8。洗滌液集中用于循環利用。洗滌后的濾餅為氫氧化鋁；濾液輸入下道濾液濃縮 工序。所述圖2中的濾液濃縮是指將稀釋水解工藝段得到的濾液，加熱進行蒸發濃縮。 濃縮時，控制溶液中Na20濃度達到310克/升為濃縮終點，得到含有鋁酸鈉的氫氧化鈉濃 溶液，循環到前道濾餅溶解工段，用來代替燒堿溶液進行濾餅溶解。所述圖2中的第二碳化是指將第一碳化工藝段得到的濾液，再用含二氧化碳的常 溫潔凈煙道氣進行第二次碳酸化處理。碳化時，起始溫度60-80°C ；壓力0. 25-0. 3MP ；終點
8溫度40°C、PH = 8. 7-9。第二碳化結束后，在常壓、約40°C下陳化20分鐘后過濾，得到濾餅 和濾液。濾餅用經過中溫煙道氣換熱得到的95°C熱水洗滌至PH = 7-8，洗滌液集中用于循 環利用。洗滌后的濾餅為硅酸；濾液是含有少量碳酸鈉的碳酸氫鈉溶液，輸入下道濾液蒸發工序。所述圖2中的濾液蒸發是指將第二碳化工藝段得到的濾液，加熱進行蒸發濃縮。 濃縮時，控制溶液密度d = 1. 11-1. 12g/cm3為濃縮終點，得到含有少量碳酸鈉的碳酸氫鈉 過飽和溶液。濃縮后的濃溶液輸入下道冷卻結晶工序。所述圖2中的冷卻結晶是指將上道濾液蒸發工藝段得到的濃溶液，用水進行冷 卻、結晶。結晶后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅為碳酸氫鈉晶體，直接輸入下道干燥工序； 濾液為含有少量碳酸鈉的碳酸氫鈉飽和溶液，輸入后道尾氣噴淋工序。所述圖2中的干燥是指將冷卻結晶工藝段得到的碳酸氫鈉濾餅，用經過煙道氣換 熱得到的300-400°C的潔凈熱空氣進行干燥處理，得到干粉和含粉塵的尾氣。干粉為碳酸鈉 粉；尾氣中的粉塵為碳酸鈉粉塵，尾氣輸入下道尾氣噴淋工序。所述圖2中的尾氣噴淋是指將上道干燥工藝段得到的尾氣用冷卻結晶工藝段得 到的濾液進行噴淋。噴淋后，得到凈化的尾氣和噴淋液。噴淋液為含碳酸鈉的碳酸氫鈉飽 和溶液，輸入前道濾液蒸發工序，并入下一批第二碳化后的濾液，進行蒸發濃縮；凈化后的 尾氣直接排放。氫氧化鋁溶出工藝段濾餅洗滌后得到的濾渣，輸入污水處理工序，用于對洗滌煙 道氣后的污水進行絮凝凈化處理。凈化處理后得到的清水循環用于后續的煙道氣洗滌，實 現了洗滌廢水循環。下面是圖1、圖2中各工藝流程的化學原理燒堿堿熔Si02+Na0H— Na2Si03+H20Al203+Na0H — NaA102+H20Fe203+Na0H — NaFe02+H20NaA102+Na2Si03+H20 — Na20 A1203 2Si02 2H20濕磨NaA102+H20—A1(0H)3 I +NaOHNaFe02+H20 — Fe (OH) 3 I +NaOHNa20 A1203 2Si02 2H20+Na0H — NaA102+Na2Si03+H20二次堿熔Na20 A1203 2Si02 2H20+Na0H — NaA102+Na2Si03+H20A1 (OH) 3+NaOH — NaA102+H20Fe (OH) 3+NaOH — NaFe02+H20干粉溶解NaA102+H20—A1(0H)3 丨 +NaOHNaFe02+H20 — Fe (OH) 3 I +NaOH氫氧化鋁溶出A1(OH) 3+NaOH — NaA102+H20第一碳化Na0H+C02— Na2C03+H20NaA102+C02+H20 — Na2C03+Al (OH) 3 INa2Si03+C02+H20 — Na2C03+NaHSi03Na2C03+C02+H20 — NaHC03濾餅溶解A1(OH) 3+NaOH — NaA102+H20
脫硅提純NaA102+Ca0+H20— 3Ca0 A1203 6H20 丨 +NaOHNaA102+Na2Si03+Ca0+H20 — 3Ca0 A1203 xSi02 (6_2x)H20 I +NaOH稀釋水解NaA102+H20—A1(0H)3 丨 +NaOH第二碳化NaHSi03+C02+H20— Na2C03+H2Si03 INa2C03+C02+H20 — NaHC03干燥NaHC03— Na2C03+C02 個 +H20 個本發明經過實際試用，收到了如下的效果1、粉煤灰的資源利用率高。與對比文獻1、2、3相比較，本發明不僅利用了占粉煤 灰原料總量30%左右的氧化鋁，而且同時利用了占粉煤灰原料50%以上的二氧化硅組分， 適用于各種粉煤灰資源的開發；氧化鋁的提取率達到95%以上，二氧化硅的提取率達到 90%以上。2、資源利用的附加值高。與對比文獻1、2、3相比較，運用公知的酸溶和堿溶工藝， 通過對本發明得到的氫氧化鋁與硅酸進行進一步的深加工，很容易得到種類齊全、規格繁 多的高附加值的各種鋁鹽與硅酸鹽以及氧化鋁、鋁酸鹽、沉淀二氧化硅、硅膠等化工產品。 技術應用的商業價值高。3、產品成本低。與對比文獻1、2、3相比較，本發明采用燒堿法工藝，工藝流程簡 潔，產品生產周期短，只要4-6小時；產品得率高；煙道氣中的二氧化碳、余熱、洗滌液的回 收利用，使所得到的氫氧化鋁和硅酸成本比國內外其他工藝方法生產的成本都大幅度降 低。4、清潔生產。與對比文獻1、2、3相比較，本發明的生產過程對環境沒有二次污染。本發明實施得到的氫氧化鋁、硅酸和碳酸鈉產品以及由氫氧化鋁和硅酸運用公知 的酸溶、堿溶工藝得到的各種鋁鹽、鋁酸鹽、氧化鋁、硅酸鹽、白炭黑、硅膠產品，可以為油 墨、造紙、印染、紡織、醫藥、油脂、催化劑、塑料、橡膠、日化、石油等行業使用。
權利要求
一種利用粉煤灰生產氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工藝方法，其特征在于運用燒堿法原理，采用燒堿堿熔工藝，通過燒堿堿熔-碳化-水解，實現同時提取粉煤灰中的氧化鋁和二氧化硅，生產氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉(1)燒堿堿熔將粉煤灰與燒堿溶液混合，加熱進行堿熔處理，直至溶液蒸干得到固體；固體輸入濕磨工序；(2)濕磨將燒堿堿熔得到的固體，進行濕磨，得到濃漿料；濃漿料輸入二次堿熔工序；(3)二次堿熔將濕磨得到的濃漿料，進行稀釋后，再進行加熱處理，得到干粉；干粉輸入干粉溶解工序；(4)干粉溶解將燒堿堿熔得到的干粉進行溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅中包含有部分氫氧化鋁，經過洗滌以后，輸入下道氫氧化鋁溶出工序；濾液輸入后道第一碳化工序生產粗氫氧化鋁；(5)氫氧化鋁溶出將干粉溶解得到的濾餅用燒堿溶液進行溶解，使氫氧化鋁溶解進入溶液；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經洗滌作為濾渣；濾液輸入下道第一碳化工序生產粗氫氧化鋁；(6)第一碳化將前面干粉溶解及氫氧化鋁溶出兩道工序得到的濾液合并，進行稀釋后，用二氧化碳氣體進行第一次碳酸化處理；第一碳化結束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經洗滌為含有二氧化硅的粗氫氧化鋁，輸入下道濾餅溶解工序；濾液輸入后道第二碳化工序；(7)濾餅溶解將第一碳化得到的濾餅，用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾液進行溶解，得到含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，輸入下道脫硅提純工序；(8)脫硅提純將濾餅溶解得到的含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，添加生石灰或熟石灰并攪拌加熱，進行脫硅處理；脫硅處理結束后，過濾，得到濾餅脫硅渣和濾液；脫硅渣含有氧化鋁和二氧化硅，直接輸入頭道燒堿堿熔工序，與煤矸石粉一起，重新進行燒堿堿熔處理；濾液為高純度鋁酸鈉溶液，輸入下道稀釋水解工序生產氫氧化鋁；(9)稀釋水解將脫硅提純得到的濾液，進行稀釋水解；水解結束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經洗滌、烘干、粉碎后為產品氫氧化鋁；濾液為含有鋁酸鈉的氫氧化鈉稀溶液，輸入下道濾液濃縮工序；(10)濾液濃縮將稀釋水解得到的濾液，加熱蒸發濃縮，得到濃溶液；濃溶液輸入前道濾餅溶解工序；(11)第二碳化將第一碳化得到的濾液，用二氧化碳氣體進行第二次碳酸化處理；第二碳化結束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經洗滌、烘干、粉碎后為產品硅酸；濾液輸入下道濾液蒸發工序；(12)濾液蒸發將第二碳化得到的濾液，加熱蒸發濃縮，得到過飽和的濃溶液；濃溶液輸入下道冷卻結晶工序；(13)冷卻結晶將濾液蒸發得到的濃溶液進行冷卻、結晶；結晶后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅為碳酸氫鈉，輸入下道干燥工序；濾液為碳酸氫鈉飽和溶液，輸入后道尾氣噴淋工序；(14)干燥將冷卻結晶得到的濾餅進行干燥處理，得到產品碳酸鈉干粉和含碳酸鈉粉塵的尾氣；尾氣輸入下道尾氣噴淋工序；(15)尾氣噴淋將冷卻結晶得到的濾液用來對上道干燥工序的含碳酸鈉粉塵的尾氣進行噴淋，得到凈化后的尾氣和噴淋液；噴淋液為含碳酸鈉的碳酸氫鈉飽和溶液，輸入前道濾液蒸發工序，并入下一批第二碳化后的濾液，進行蒸發濃縮；凈化后的尾氣直接排放。
1. 一種利用粉煤灰生產氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工藝方法，其特征在于運用燒堿法 原理，采用燒堿堿熔工藝，通過燒堿堿熔_碳化_水解，實現同時提取粉煤灰中的氧化鋁和 二氧化硅，生產氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉(1)燒堿堿熔將粉煤灰與燒堿溶液混合，加熱進行堿熔處理，直至溶液蒸干得到固 體；固體輸入濕磨工序；(2)濕磨將燒堿堿熔得到的固體，進行濕磨，得到濃漿料；濃漿料輸入二次堿熔工序；(3)二次堿熔將濕磨得到的濃漿料，進行稀釋后，再進行加熱處理，得到干粉；干粉輸 入干粉溶解工序；(4)干粉溶解將燒堿堿熔得到的干粉進行溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅 中包含有部分氫氧化鋁，經過洗滌以后，輸入下道氫氧化鋁溶出工序；濾液輸入后道第一碳 化工序生產粗氫氧化鋁；(5)氫氧化鋁溶出將干粉溶解得到的濾餅用燒堿溶液進行溶解，使氫氧化鋁溶解進 入溶液；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經洗滌作為濾渣；濾液輸入下道第一碳化工 序生產粗氫氧化鋁；(6)第一碳化將前面干粉溶解及氫氧化鋁溶出兩道工序得到的濾液合并，進行稀釋 后，用二氧化碳氣體進行第一次碳酸化處理；第一碳化結束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾 餅經洗滌為含有二氧化硅的粗氫氧化鋁，輸入下道濾餅溶解工序；濾液輸入后道第二碳化工序；(7)濾餅溶解將第一碳化得到的濾餅，用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾 液進行溶解，得到含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，輸入下道脫硅提純工序；(8)脫硅提純將濾餅溶解得到的含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，添加生石灰或熟石灰 并攪拌加熱，進行脫硅處理；脫硅處理結束后，過濾，得到濾餅脫硅渣和濾液；脫硅渣含有 氧化鋁和二氧化硅，直接輸入頭道燒堿堿熔工序，與煤矸石粉一起，重新進行燒堿堿熔處 理；濾液為高純度鋁酸鈉溶液，輸入下道稀釋水解工序生產氫氧化鋁；(9)稀釋水解將脫硅提純得到的濾液，進行稀釋水解；水解結束后，過濾，得到濾餅和 濾液；濾餅經洗滌、烘干、粉碎后為產品氫氧化鋁；濾液為含有鋁酸鈉的氫氧化鈉稀溶液， 輸入下道濾液濃縮工序；(10)濾液濃縮將稀釋水解得到的濾液，加熱蒸發濃縮，得到濃溶液；濃溶液輸入前道 濾餅溶解工序；(11)第二碳化將第一碳化得到的濾液，用二氧化碳氣體進行第二次碳酸化處理；第 二碳化結束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經洗滌、烘干、粉碎后為產品硅酸；濾液輸入下 道濾液蒸發工序；(12)濾液蒸發將第二碳化得到的濾液，加熱蒸發濃縮，得到過飽和的濃溶液；濃溶液 輸入下道冷卻結晶工序；(13)冷卻結晶將濾液蒸發得到的濃溶液進行冷卻、結晶；結晶后，過濾，得到濾餅和 濾液；濾餅為碳酸氫鈉，輸入下道干燥工序；濾液為碳酸氫鈉飽和溶液，輸入后道尾氣噴淋 工序；(14)干燥將冷卻結晶得到的濾餅進行干燥處理，得到產品碳酸鈉干粉和含碳酸鈉粉 塵的尾氣；尾氣輸入下道尾氣噴淋工序；(15)尾氣噴淋將冷卻結晶得到的濾液用來對上道干燥工序的含碳酸鈉粉塵的尾氣 進行噴淋，得到凈化后的尾氣和噴淋液；噴淋液為含碳酸鈉的碳酸氫鈉飽和溶液，輸入前道 濾液蒸發工序，并入下一批第二碳化后的濾液，進行蒸發濃縮；凈化后的尾氣直接排放。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的燒堿堿熔將粉煤灰與燒堿溶液混 合，加熱進行堿熔處理，直至溶液蒸干得到固體，是指將60-200目的粉煤灰與燒堿溶液按 照質量比粉煤灰氫氧化鈉=1 0.8-1. 5進行配料后，進行加熱反應，直到物料變成固 體。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的濕磨將燒堿堿熔得到的固體，進行 濕磨，得到濃漿料，是指將經燒堿堿熔工藝段得到的固體進行濕磨；濕磨得到的漿料中，固 相顆粒粒度在80目以上。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的二次堿熔將濕磨得到的濃漿料，進 行稀釋后，再進行加熱處理，得到干粉，是指將經濕磨工藝段得到的濃漿料進行稀釋；稀釋 時，控制稀釋后溶液中的Na20> 300克/升；稀釋后，混合溶液在400-800°C加熱反應，直到 物料變成干粉。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的干粉溶解將燒堿堿熔得到的干粉 進行溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅中包含有部分氫氧化鋁，經過洗滌以后，是 指將經燒堿堿熔工藝段得到的干粉進行溶解；溶解時控制溶液中Na20 > 250克/升；溶解 后，在4小時內過濾；過濾后，濾餅用熱水洗滌至PH = 11。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的氫氧化鋁溶出將干粉溶解得到的 濾餅用燒堿溶液進行溶解，使氫氧化鋁溶解進入溶液；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾 餅經洗滌，是指將經干粉溶解工藝段得到的濾餅，用燒堿溶液溶解；溶解時，加入的燒堿溶 液量按照濾餅與燒堿溶液混合后，溶液中摩爾比A1203 Na20 = 1 1.4-1. 6計算，控制溶 液中Na20濃度在230-250克/升之間，溫度110°C ；濾餅溶解后，過濾，得到的濾餅用熱水洗 滌至PH = 11。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的第一碳化將前面干粉溶解及氫氧 化鋁溶出兩道工序得到的濾液合并，進行稀釋后，用二氧化碳氣體進行第一次碳酸化處理， 是指將干粉溶解工藝段得到的濾液和氫氧化鋁溶出工藝段得到的濾液合并，先進行稀釋， 再用二氧化碳氣體進行第一次碳酸化處理；稀釋時，控制溶液中N^O的質量百分比濃度 ^ 8.5% ；碳化時，溶液的起始溫度60-80°C，壓力0. 25-0. 3MP ；碳化終點溫度40°C、PH = 10.8-11。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的濾餅溶解將第一碳化得到的濾 餅，用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾液進行溶解，得到含有二氧化硅的鋁酸鈉 溶液，是指將第一碳化工藝段得到的濾餅用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾液溶 解，得到粗鋁酸鈉溶液；濾餅溶解時，加入的燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾液 量，按照濾餅溶解后溶液中A1203≤150克/升、Na20≤210克/升計算，溶解溫度110°C。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的脫硅提純將濾餅溶解得到的含有 二氧化硅的鋁酸鈉溶液，添加生石灰或熟石灰并攪拌加熱，進行脫硅處理，是指將濾餅溶解 工藝段得到的粗鋁酸鈉溶液中添加生石灰氧化鈣或熟石灰氫氧化鈣進行脫硅處理；脫硅 時，氧化鈣用量6-8克/升，溫度100°C，時間1小時。
10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的濾液濃縮將稀釋水解得到的濾 液，加熱蒸發濃縮，得到濃溶液，是指將稀釋水解工藝段得到的濾液，加熱進行蒸發濃縮；濃 縮時，控制溶液中Na20濃度達到310克/升為濃縮終點。
全文摘要
利用粉煤灰生產氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉工藝方法。屬于鋁硅酸鹽礦物的化工開發利用方法。針對現有方法僅利用粉煤灰中的氧化鋁組分，提取率也僅60-85％；棄用主要組分二氧化硅；耗能高，成本高；主要組分棄用和多次水洗滌而洗滌液又未加回收造成二次污染的問題，本發明運用燒堿法原理，采用燒堿堿熔工藝，通過燒堿堿熔-碳化-水解，實現同時提取粉煤灰中95％的氧化鋁和90％的二氧化硅，生產氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉。工藝流程簡潔，產品生產周期短；煙道氣中的二氧化碳、余熱及洗滌液的回收循環利用，使生產成本大幅度降低。產品適用于造紙、油墨、印染、醫藥、洗滌劑等行業；延伸開發的產品還可用于石化、橡塑等行業。
文檔編號B09B3/00GK101857250SQ20091002932
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月9日 優先權日2009年4月9日
發明者劉慶玲 申請人:劉慶玲