專利名稱：一種利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑的方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料、化工技術(shù)領(lǐng)域，特別是利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)白 炭黑的方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
白炭黑，即水合二氧化硅， 一種白色粉末狀無定形水合二氧化硅，
其化學(xué)式為mSi02*nH20，是目前最好的具有優(yōu)異補(bǔ)強(qiáng)性能的白色、 透明補(bǔ)強(qiáng)填充劑。作為一種重要的精細(xì)無機(jī)化工產(chǎn)品，在橡膠、塑料、 農(nóng)藥、油漆、制藥、造紙、日用化學(xué)品等各個領(lǐng)域有著廣泛用途。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中關(guān)于粉煤灰制備白炭黑的工藝方法有酸法和堿 法，酸法是先用鹽酸溶粉煤灰除鋁，然后殘?jiān)脡A熱解制備水玻璃， 再加鹽酸制取白炭黑。其缺點(diǎn)是工藝步驟多，反應(yīng)過程條件難控制， 而且鹽酸易對環(huán)境造成污染。堿法是先將粉煤灰加堿高溫焙燒、酸浸 過濾，得到含H2Si03的濾液、再加NaCl沉析制取白炭黑。其缺點(diǎn)是 過程復(fù)雜、條件控制要求高，能耗大。現(xiàn)有技術(shù)中的中國專利，申請 號為93111642.2的發(fā)明專利"利用煤灰制取炭黑和白炭黑的方法"， 公開的技術(shù)方案是，先對粉煤灰進(jìn)行多次浮選，得到的硅灰再經(jīng)脫水、 干燥、分級、磨細(xì)、均化處理得到白炭黑。該方法生產(chǎn)步驟多，較繁 瑣，而且獲得的白炭黑性能無法保證。另外，申請?zhí)枮?00610012780. 7 的發(fā)明專利"粉煤灰中提取氧化鋁同時聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法"，公開的技術(shù)方案是利用活化后粉煤灰和硫酸氨反應(yīng)過濾后的殘?jiān)偌託溲?化鈉溶液反應(yīng)制取水玻璃，然后加硫酸來制備白炭黑，該方法工藝復(fù) 雜，采用酸法制備白炭黑，反應(yīng)過程的條件必須嚴(yán)格控制，否則會導(dǎo) 致產(chǎn)品的性能差異較大。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種利用 高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑的方法及其系統(tǒng)。它不僅工藝簡單、生產(chǎn)成本 低、能耗低，而且產(chǎn)品質(zhì)量性能穩(wěn)定，同時提取白炭黑后的粉煤灰還 可以作為一種重要的鋁資源用于制備氧化鋁。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn) 一種利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑的方法，其步驟為
① 將原料高鋁粉煤灰和氫氧化鈉溶液加入粉煤灰漿液制備槽 中進(jìn)行堿溶脫硅反應(yīng)；
② 對堿溶脫硅反應(yīng)生成的硅酸鈉溶液進(jìn)行過濾、洗滌和分離， 脫硅灰濾餅儲存用于氧化鋁生產(chǎn)配料；
③ 向分離得到的硅酸鈉溶液中通入C02進(jìn)行碳化反應(yīng)，生成 Si(V沉淀后進(jìn)行過濾、洗滌和分離，分離得到的Si(V沉淀進(jìn)
行干燥制得白炭黑產(chǎn)品； 過濾分離后得到的Na2C03溶液中加入石灰乳苛化，苛化液直
接或經(jīng)蒸發(fā)濃縮后制備氫氧化鈉溶液，向氫氧化鈉溶液中補(bǔ) 充苛性堿返回步驟①循環(huán)使用。 在上述生產(chǎn)白炭黑的方法中，所述高鋁粉煤灰中Al203的含量》40%, Si02的含量》35X，高鋁粉煤灰非晶態(tài)玻璃相中的Si02/Al203 質(zhì)量比>4，氫氧化鈉溶液的濃度為15 20%，氫氧化鈉與粉煤灰的質(zhì) 量比為0. 4 0. 6 : 1。
在上述生產(chǎn)白炭黑的方法中，所述的氫氧化鈉溶液溶解粉煤灰所 需要的反應(yīng)溫度為U0 13(TC，反應(yīng)時間為1.0 2.5小時。
在上述生產(chǎn)白炭黑的方法中，所述的硅酸鈉溶液中通入C02碳化 的溫度為75 95。C，直至溶液的pH值達(dá)到9 10，停止通氣。
在上述生產(chǎn)白炭黑的方法中，所述Si02沉淀中Na含量高時，加 入12~15%的稀鹽酸去除其中的Na2C03。
在上述生產(chǎn)白炭黑的方法中，所述的過濾、洗滌和分離溫度為 75 95°C，洗滌熱水來自蒸發(fā)冷凝水。
實(shí)現(xiàn)上述高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑方法的系統(tǒng)，它包括由粉煤灰 倉、定量給料機(jī)、粉煤灰漿液制備槽、脫硅喂液泵、循環(huán)母液制備槽 和循環(huán)母液泵組成的粉煤灰漿液調(diào)配系統(tǒng)；由套管加熱器、保溫停留
罐、脫硅循環(huán)泵、脫硅漿液儲槽、過濾機(jī)喂料泵、平盤式過濾機(jī)、脫 硅灰濾餅槽和脫硅灰濾餅泵組成的粉煤灰預(yù)脫硅系統(tǒng)；由碳化槽、壓 濾機(jī)喂料泵、板框式壓濾機(jī)、白炭黑濾餅槽、白炭黑濾餅泵和干燥機(jī) 組成的白炭黑制備系統(tǒng)；以及由石灰乳槽、石灰乳泵、苛化槽、苛化 液泵、管式降膜蒸發(fā)器和蒸發(fā)溶液泵組成的苛化系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是， 所述套管加熱器分為兩段，為套管加熱器一和套管加熱器二。粉煤灰 漿液制備槽底部管道通過脫硅喂液泵出口分別與套管加熱器一和套 管加熱器二的內(nèi)管入口連接，套管加熱器一的內(nèi)管出口與套管加熱器二的內(nèi)管入口相連，套管加熱器二的內(nèi)管出口與保溫停留罐頂部的進(jìn) 口連接。保溫停留罐下部的出口管道分兩路， 一路連接至脫硅漿液儲 槽的入口 ，另一路通過脫硅循環(huán)泵連接至套管加熱器一的外管入口 ， 套管加熱器一的外管出口連接至脫硅漿液儲槽的入口 ，套管加熱器二 的外管與蒸汽管道連接。管式降膜蒸發(fā)器的溶液出口通過蒸發(fā)溶液泵 連接至循環(huán)母液制備槽的一路入口，循環(huán)母液制備槽的另兩路入口一 路為堿補(bǔ)充管道，另一路經(jīng)苛化液泵與苛化槽的出口相連，循環(huán)母液 制備槽的出口管道經(jīng)循環(huán)母液泵連接至粉煤灰漿液制備槽的入口 ，使 整個系統(tǒng)形成閉式循環(huán)。
在上述系統(tǒng)中，所述保溫停留罐內(nèi)設(shè)電加熱管束，保持罐內(nèi)溫度 不變。
在上述系統(tǒng)中，所述管式降膜蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸發(fā)冷凝熱水分別連 接到脫硅灰濾餅槽、白炭黑濾餅槽和石灰乳槽的入口。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 原料高鋁粉煤灰是在煤粉爐中高溫熔融后的產(chǎn)物，煤中粘 土礦物高溫熔融急速冷卻產(chǎn)生大量的玻璃體即非晶態(tài)的二氧化硅，反 應(yīng)活性強(qiáng)于經(jīng)過天然硅石粉碎后的粉末狀微粒；
(2) 采用高鋁粉煤灰作原料，為細(xì)粉狀，無需破碎，減少破碎
工序；
(3) 采用C02氣體碳化硅酸鈉溶液，工藝簡單，易操作，而且可 利用其它工藝段的窯氣，生產(chǎn)成本低；
(4) 碳化制備的白炭黑產(chǎn)品性能穩(wěn)定，比表面積大，DBP值高;(5) 所用原料氫氧化鈉可循環(huán)使用，大大降低白炭黑的生產(chǎn)成
本；
(6) 液固分離洗水采用蒸發(fā)器冷凝水，實(shí)現(xiàn)了水的循環(huán)使用， 節(jié)約生產(chǎn)成本；
(7) 堿溶后的粉煤灰鋁硅比大大提高，可作為生產(chǎn)氧化鋁原料， 實(shí)現(xiàn)廢物資源化利用。同時我國鋁硅比較高的鋁土礦缺乏，此種含鋁 原料可有效緩解我國鋁土礦缺乏的現(xiàn)狀，對發(fā)展我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)與緩解 我國鋁資源短缺，具有戰(zhàn)略意義。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。


圖1為本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式
參看圖2，本發(fā)明系統(tǒng)包括由粉煤灰倉1、定量給料機(jī)2、粉煤 灰漿液制備槽3、脫硅喂液泵4、循環(huán)母液制備槽25和循環(huán)母液泵 26組成的粉煤灰漿液調(diào)配系統(tǒng)；由套管加熱器5、保溫停留罐6、脫 硅循環(huán)泵7、脫硅漿液儲槽8、過濾機(jī)喂料泵9、平盤式過濾機(jī)10、 脫硅灰濾餅槽11和脫硅灰濾餅泵12組成的粉煤灰預(yù)脫硅系統(tǒng)；由碳 化槽13、壓濾機(jī)喂料泵14、板框式壓濾機(jī)15、白炭黑濾餅槽16、白 炭黑濾餅泵17和干燥機(jī)18組成的白炭黑制備系統(tǒng)；以及由石灰乳槽 21、石灰乳泵22、苛化槽19、苛化液泵20、管式降膜蒸發(fā)器23和 蒸發(fā)溶液泵24組成的苛化系統(tǒng)。套管加熱器5分為兩段，為套管加熱器一 5-1為礦槳預(yù)熱，套管加熱器二 5-2為蒸汽加熱。粉煤灰漿液
制備槽3底部管道通過脫硅喂液泵4出口分別與套管加熱器一 5-1和 套管加熱器二 5-2的內(nèi)管入口連接，套管加熱器一 5-1的內(nèi)管出口與 套管加熱器二 5-2的內(nèi)管入口相連，套管加熱器二 5-2的內(nèi)管出口與 保溫停留罐6頂部的進(jìn)口連接。保溫停留罐6下部的出口管道分兩路， 一路連接至脫硅漿液儲槽8的入口 ，另一路通過脫硅循環(huán)泵7連接至 套管加熱器一 5-1的外管入口。套管加熱器一 5-1的外管出口連接至 脫硅漿液儲槽8的入口 ，套管加熱器二 5-2的外管與蒸汽管道連接。 管式降膜蒸發(fā)器23的溶液出口通過蒸發(fā)溶液泵24連接至循環(huán)母液制 備槽25的一路入口，循環(huán)母液制備槽25的另兩路入口一路為堿補(bǔ)充 管道，另一路經(jīng)苛化液泵20與苛化槽19的出口相連。循環(huán)母液制備 槽25的出口管道經(jīng)循環(huán)母液泵26連接至粉煤灰漿液制備槽3的入 口，整個系統(tǒng)形成閉式循環(huán)。保溫停留罐6內(nèi)設(shè)電加熱管束，保持罐 內(nèi)溫度不變。管式降膜蒸發(fā)器23產(chǎn)生的蒸發(fā)冷凝熱水分別連接到脫 硅灰濾餅槽11、白炭黑濾餅槽16和石灰乳槽21的入口。 參看圖l，利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑的步驟如下 (1)高鋁粉煤灰從粉煤灰倉1經(jīng)定量給料機(jī)2計(jì)量進(jìn)入粉煤灰槳 液制備槽3，與循環(huán)母液制備槽25來的循環(huán)母液，即氫氧化鈉溶液 按照配比混合進(jìn)行堿溶脫硅反應(yīng)。然后由脫硅喂液泵4輸送至套管加 熱器5。采用的高鋁粉煤灰其中A1A含量為48.5X、Si02含量為37.8 %，氫氧化鈉溶液濃度為20%,氫氧化鈉與粉煤灰的質(zhì)量比為0.5(2) 粉煤灰漿液分兩路進(jìn)入套管加熱器一 5-1和套管加熱器二
5-2的內(nèi)管，套管加熱器一5-l內(nèi)管內(nèi)的漿液加熱后出來進(jìn)入套管加 熱器二5-2的內(nèi)管，套管加熱器二5-2內(nèi)管內(nèi)的漿液加熱至12(TC送 入到保溫停留罐6內(nèi)進(jìn)行預(yù)脫硅反應(yīng)，罐內(nèi)溫度維持在12CTC，反應(yīng) 2. 0小時后保溫停留罐6內(nèi)的脫硅漿液一部分通過脫硅循環(huán)泵7返回 到套管加熱器一 5-1外管對內(nèi)管的漿液進(jìn)行加熱，加熱后套管加熱器 一 5-1外管的漿液和保溫停留罐6內(nèi)的另一部分脫硅漿液送入脫硅漿 液儲槽8準(zhǔn)備進(jìn)行固液分離和洗滌處理。套管加熱器二 5-2的外管接 入新蒸汽對內(nèi)管的漿液進(jìn)行加熱。脫硅后的粉煤灰漿液用過濾機(jī)喂料 泵9從脫硅漿液儲槽8中輸送至平盤式過濾機(jī)10，在85士1(TC下進(jìn) 行過濾分離與洗滌，分離后的粉煤灰渣進(jìn)入脫硅灰濾餅槽11，然后 與熱水混合，再通過脫硅灰濾餅泵12返回至平盤式過濾機(jī)10過濾， 過濾后的脫硅粉煤灰儲存作為氧化鋁生產(chǎn)的原料，洗液與脫硅溶液送 至碳分槽13。
(3) 洗液與脫硅溶液的混合液輸送至碳分槽13后，在85。C下通 入C02進(jìn)行碳化反應(yīng)，析出沉淀Si02，當(dāng)料漿體系的PH值降低至10 時，停止通氣，然后將沉淀Si02和碳酸鈉的混合溶液通過壓濾機(jī)喂料 泵14送入到板框式壓濾機(jī)15。
(4) 板框式壓濾機(jī)15中的碳分混合液在85。C下進(jìn)行過濾分離與 洗滌，分離后的白炭黑進(jìn)入白炭黑濾餅槽16，然后與熱水混合，再 通過白炭黑濾餅泵17返回至板框式壓濾機(jī)15過濾，過濾后的白炭黑 輸送至干燥機(jī)，在12(TC下烘干，制得白炭黑成品，洗液與碳酸鈉溶液送至苛化槽19。
(5) 石灰乳從石灰乳槽21通過石灰乳泵22輸送到苛化槽19， 和碳酸鈉溶液進(jìn)行苛化反應(yīng)。
(6) 苛化后產(chǎn)生的苛化液分兩個分支，通過苛化液泵20—部分 苛化液直接輸送至循環(huán)母液制備槽25， 一部分苛化液送入管式降膜 蒸發(fā)器23，蒸發(fā)濃縮后經(jīng)蒸發(fā)溶液泵24輸送至循環(huán)母液制備槽25， 根據(jù)配比再補(bǔ)充少許苛性堿制備循環(huán)母液，然后通過循環(huán)母液泵26 返回步驟(1)配料。
權(quán)利要求
1、一種利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑的方法，其步驟為①將原料高鋁粉煤灰和氫氧化鈉溶液加入粉煤灰漿液制備槽中進(jìn)行堿溶脫硅反應(yīng)；②對堿溶脫硅反應(yīng)生成的硅酸鈉溶液進(jìn)行過濾、洗滌和分離，脫硅灰濾餅儲存用于氧化鋁生產(chǎn)配料；③向分離得到的硅酸鈉溶液中通入CO2進(jìn)行碳化反應(yīng)，生成SiO2沉淀后進(jìn)行過濾、洗滌和分離，分離得到的SiO2沉淀進(jìn)行干燥制得白炭黑產(chǎn)品；④過濾分離后得到的Na2CO3溶液中加入石灰乳苛化，苛化液直接或經(jīng)蒸發(fā)濃縮后制備氫氧化鈉溶液，向氫氧化鈉溶液中補(bǔ)充苛性堿返回步驟①循環(huán)使用。
2、 按照權(quán)利要求1所述的利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑的方法， 其特征在于，所述高鋁粉煤灰中A1A的含量^40X， Si02的含量》 35%,高鋁粉煤灰非晶態(tài)玻璃相中的Si02/AU)3質(zhì)量比^4，氫氧化鈉 溶液的濃度為15 20%，氫氧化鈉與粉煤灰的質(zhì)量比為0.4 0.6 : 1。
3、 按照權(quán)利要求1或2所述的利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑的方 法，其特征在于，所述的氫氧化鈉溶液溶解粉煤灰所需要的反應(yīng)溫度 為110 13(TC，反應(yīng)時間為1. 0 2. 5小時。
4、 按照權(quán)利要求3所述的利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑的方法， 其特征在于，所述的硅酸鈉溶液中通入C02碳化的溫度為75 95°C，直至溶液的pH值達(dá)到9 10，停止通氣。
5、 按照權(quán)利要求4所述的利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑的方法， 其特征在于，所述Si(V沉淀中Na含量高時，加入12~15%的稀鹽酸去 除其中的Na2C03。
6、 按照權(quán)利要求5所述的利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑的方法， 其特征在于，所述的過濾、洗滌和分離溫度為75 95°C，洗滌熱水 來自蒸發(fā)冷凝水。
7、 實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑方法的系統(tǒng)， 它包括由粉煤灰倉(1)、定量給料機(jī)(2)、粉煤灰漿液制備槽(3)、 脫硅喂液泵(4)、循環(huán)母液制備槽(25)和循環(huán)母液泵(26)組成的 粉煤灰漿液調(diào)配系統(tǒng)，由套管加熱器(5)、保溫停留罐(6)、脫硅循 環(huán)泵(7)、脫硅槳液儲槽(8)、過濾機(jī)喂料泵(9)、平盤式過濾機(jī)(10)、 脫硅灰濾餅槽(11)和脫硅灰濾餅泵(12)組成的粉煤灰預(yù)脫硅系統(tǒng)， 由碳化槽(13)、壓濾機(jī)喂料泵(14)、板框式壓濾機(jī)(15)、白炭黑 濾餅槽(16)、白炭黑濾餅泵(17)和干燥機(jī)(18)組成的白炭黑制 備系統(tǒng)，以及由石灰乳槽(21)、石灰乳泵(22)、苛化槽(19)、苛 化液泵(20)、管式降膜蒸發(fā)器(23)和蒸發(fā)溶液泵(24)組成的苛 化系統(tǒng)，其特征在于，所述套管加熱器(5)分為兩段，為套管加熱 器一 (5-1)和套管加熱器二 (5-2)，粉煤灰漿液制備槽(3)底部管 道通過脫硅喂液泵(4)出口分別與套管加熱器一 (5-1)和套管加熱 器二 (5-2)的內(nèi)管入口連接，套管加熱器一 (5-1)的內(nèi)管出口與套 管加熱器二 (5-2)的內(nèi)管入口相連，套管加熱器二 (5-2)的內(nèi)管出口與保溫停留罐(6)頂部的進(jìn)口連接，保溫停留罐(6)下部的出口管道分兩路， 一路連接至脫硅槳液儲槽(8)的入口，另一路通過脫 硅循環(huán)泵(7)連接至套管加熱器一 (5-1)的外管入口，套管加熱器一 (5-1)的外管出口連接至脫硅漿液儲槽(8)的入口，套管加熱器二 (5-2)的外管與蒸汽管道連接，所述管式降膜蒸發(fā)器(23)的溶 液出口通過蒸發(fā)溶液泵(24)連接至循環(huán)母液制備槽(25)的一路入 口，循環(huán)母液制備槽(25)的另兩路入口一路為堿補(bǔ)充管道，另一路 經(jīng)苛化液泵(20)與苛化槽(19)的出口相連，循環(huán)母液制備槽(25) 的出口管道經(jīng)循環(huán)母液泵(26)連接至粉煤灰漿液制備槽(3)的入 口，使整個系統(tǒng)形成閉式循環(huán)。
8、 按照權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述保溫停留罐 (6)內(nèi)設(shè)電加熱管束，保持罐內(nèi)溫度不變。
9、 按照權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管式降 膜蒸發(fā)器(23)產(chǎn)生的蒸發(fā)冷凝水分別連接到脫硅灰濾餅槽(11)、 白炭黑濾餅槽(16)和石灰乳槽(21)的入口。
全文摘要
一種利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑的方法及其系統(tǒng)，涉及材料、化工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括粉煤灰漿液調(diào)配系統(tǒng)、粉煤灰預(yù)脫硅系統(tǒng)、白炭黑制備系統(tǒng)和苛化系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述套管加熱器分為兩段。保溫停留罐下部的出口管道分兩路。管式降膜蒸發(fā)器的溶液出口通過蒸發(fā)溶液泵連接至循環(huán)母液制備槽的一路入口，循環(huán)母液制備槽的另兩路入口一路為堿補(bǔ)充管道，另一路經(jīng)苛化液泵與苛化槽的出口相連。循環(huán)母液制備槽的出口管道經(jīng)循環(huán)母液泵連接至粉煤灰漿液制備槽的入口，使整個系統(tǒng)形成閉式循環(huán)。本發(fā)明不僅工藝簡單、生產(chǎn)成本低、能耗低，而且產(chǎn)品質(zhì)量性能穩(wěn)定，同時提取白炭黑后的粉煤灰還可以作為一種重要的鋁資源用于制備氧化鋁。
文檔編號C01B33/00GK101591020SQ200810112619
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月26日
發(fā)明者孫俊民, 張戰(zhàn)軍, 張曉云, 曹慧芳, 王彥武 申請人:同方環(huán)境股份有限公司