專利名稱：低品位鋁土礦或高嶺土類原料堿法生產(chǎn)鋁、硅化工產(chǎn)品新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低品位鋁土礦或高嶺土類原料綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及濕法加堿煅燒活化低品位鋁土礦或高嶺土生產(chǎn)鋁、硅化工產(chǎn)品工藝。
背景技術(shù)：
我國的高嶺土資源十分豐富，目前高嶺土礦點有700多處，對200處礦點探明儲量為30多億噸。其中煤系高嶺土 16. 7億噸，非煤系高嶺土 14. 32億噸。我國高嶺土資源雖多，但優(yōu)質(zhì)高嶺土儲量較少，價格昂貴，大多數(shù)為煤系高嶺土(國外很少)，品質(zhì)較差，多用于陶瓷、磚瓦、水泥等低附加值的生產(chǎn)中，也有部分用于生產(chǎn)聚合氯化鋁產(chǎn)品。聚合氯化鋁(PAC)是一種無機高分子絮凝劑，它首先在日本研制成功并與20世紀 60年代投入工業(yè)化生產(chǎn)，是目前技術(shù)最為成熟，市場銷量最大的絮凝劑。由于氫氧根離子的架橋作用和多價陰離子的聚合作用而生產(chǎn)的分子量較大、電荷較高的無機高分子水處理藥劑。由于原料中鐵化合物的染色作用，聚合氯化鋁的色澤多為金黃色、土黃色、褐色、 紅色顆粒狀。為了生產(chǎn)潔白的聚合氯化鋁，國內(nèi)有些廠家以Al (OH)3為原料，將Al (OH)3與 HCl和水按一定比例，在合適的溫度和壓強下反應(yīng)，熟化后制得聚合氯化鋁產(chǎn)品。該法生產(chǎn)工藝簡單，在上世紀80年代是國內(nèi)外普遍采用的一種工藝。但由于Al (OH)3酸溶性較差， 故酸溶過程需加溫加壓。以Al (OH)3為原料生產(chǎn)成本較高，售價多在3000元/噸以上，使用范圍有限，制得的產(chǎn)品多用于飲用水。目前，我國大多數(shù)生產(chǎn)廠家采用鋁酸鈣礦粉為原料生產(chǎn)聚合氯化鋁，此法的鋁酸鈣礦粉由鋁土礦、碳酸鈣和其它配料經(jīng)1300°C左右煅燒，冷卻后磨粉而得。鋁酸鈣粉按制作聚合氯化鋁方法的不同，分為堿溶法、酸溶法和兩步法。堿溶法是用鋁酸鈣礦粉與純堿溶液反應(yīng)得到偏鋁酸鈉溶液，反應(yīng)溫度為100 110°C，反應(yīng)4h左右。然后在偏鋁酸鈉溶液中通人(X)2氣體，當溶液pH值為6 8時。形成大量Al (OH) 3凝膠，最后在所生成的Al (OH) 3中加入適量的HCl加熱溶解，得到無色、透明、黏稠狀的液體聚合氯化鋁，干燥后得到固體聚合氯化鋁。此法生產(chǎn)出的產(chǎn)品重金屬含量低，純度高，但生產(chǎn)成本較高。酸溶法是把鋁酸鈣粉直接與HCl反應(yīng)，調(diào)整完鹽基度并熟化后即得到聚合氯化鋁液體產(chǎn)品，烘干后成固態(tài)聚合氯化鋁。該法工藝簡單，投資少，操作方便，生產(chǎn)成本低，但產(chǎn)品的不溶物，重金屬含量較高，固體產(chǎn)品氧化鋁含量通常不高.質(zhì)量分數(shù)約為左右，產(chǎn)品外觀較差，鐵離子含量高。目前一般采用酸溶兩步法的生產(chǎn)工藝，在常壓和一定溫度下，第一步加較高的HCl 量到鋁土礦粉中，使氧化鋁盡可能溶出，第二步是把第一步反應(yīng)的上清液與新加入的鋁酸鈣粉反應(yīng)。這一步既有氧化鋁溶出，又可以調(diào)節(jié)鹽基度。通常第一步的氧化鋁能溶出80% 以上，第二步的氧化鋁溶出率在50%以下，故第二段沉淀礦渣一般回流到第一步反應(yīng)中去。上述采用鋁土礦為原料生產(chǎn)聚合氯化鋁的技術(shù)含量低，產(chǎn)品有效成分Al2O3含量低、雜質(zhì)多，滿足不了市場需求，特別是滿足不了造紙工業(yè)對高純度、高白度聚合氯化鋁產(chǎn)品的需要。由于低品位鋁土礦或高嶺土類原料的主要化學組成是SiO2和Al2O3，目前的生產(chǎn)方法只是提取了原料中的大部分Al2O3，其中的SiO2都隨酸不溶物排放，產(chǎn)生了大量的固體廢棄物，造成環(huán)境危害的同時，也會造成資源的極大浪費。如果低品位鋁土礦或高嶺土類原料在生產(chǎn)聚合氯化鋁的同時，能充分利用其中的SiO2去生產(chǎn)白炭黑等化工材料，則會取得良好的經(jīng)濟和環(huán)境效益。白炭黑是白色粉末狀無定形硅酸和硅酸鹽產(chǎn)品的總稱，主要是指沉淀SiO2、超細 SiO2凝膠和氣凝膠，也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣等。白炭黑是多孔性物質(zhì)，其組成可用SiO2 TIH2O表示，其中IIH2O是以表面羥基的形式存在，耐高溫、不燃、無味、無嗅、具有很好的電絕緣性。目前白炭黑主要采用沉淀法生產(chǎn)，沉淀白炭黑主要用作天然橡膠、合成橡膠、 塑料的補強劑和牙膏摩擦劑等，市場售價在5000元/噸以上，市場需求量巨大。如能把鋁土礦或高嶺土類原料中的SiO2和Al2O3同時加以利用，不但生產(chǎn)聚合氯化鋁等鋁產(chǎn)品，同時還生產(chǎn)白炭黑等高附加值的硅產(chǎn)品，就可實現(xiàn)經(jīng)濟和環(huán)境效益的極大提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種用低品位鋁土礦或高嶺土類原料堿法生產(chǎn)鋁、硅化工產(chǎn)品的工藝，主要生產(chǎn)聚合氯化鋁和白炭黑等化工產(chǎn)品，以解決現(xiàn)有工藝生產(chǎn)中鋁土礦單一生產(chǎn)聚合氯化鋁，并且所產(chǎn)聚合氯化鋁白度差、品質(zhì)低、主要成分利用率低、廢渣排放量大等問題。該工藝是將低品位鋁土礦或高嶺土類原料粉磨后，加入適量的粉末狀強堿和水 (視情況也可不加水)充分攪拌混合，在一定的溫度和時間條件下進行煅燒活化反應(yīng)，煅燒出來的塊狀料在磨機中進行磨成細粉，然后加入到反應(yīng)器(釜)中，注入適量的水后，開動攪拌裝置攪拌，同時加溫，溶解粉狀物料。溶解完成后，對溶液進行過濾，分離出濾液和殘渣，濾液加酸調(diào)整PH值，使其中的Al (OH) 3和H2SiO3同時沉淀出來，再加酸降低pH值，就可以得到AlCl3溶液和固態(tài)&Si03，過濾分離出來的AlCl3溶液用作合成聚合氯化鋁的母液， H2SiO3則進一步合成白炭黑。本發(fā)明的特征在于；將低品位鋁土礦或高嶺土粉磨到200目左右的細度后，與適量粉狀的強堿和水或高嶺土與粉末狀強堿直接在攪拌機中混合均勻后，經(jīng)100 200°C烘干，在200 900°C煅燒10 120min活化處理后，再把煅燒料粉磨成200目左右的細粉，與適量的水一起加入反應(yīng)器(釜)中，在60 150°C的溫度條件下，溶解20 180min，溶解出NaA102、Na2Si03溶液和少量固體物質(zhì)，經(jīng)過濾分離，除去固體不溶物，得到NaA102、Na2Si03 溶液，調(diào)節(jié)到pH值在5. 5 10. 5范圍，使Al (OH) 3和H2SiO3共同析出，加入HCl降低pH值到0 3，Al (OH) 3會生成AlCl3溶液，H2SiO3不溶于強酸，呈固體狀態(tài)，經(jīng)過濾分離，AlCl3溶液合成聚合氯化鋁，KSiO3去生產(chǎn)白炭黑產(chǎn)品。本發(fā)明采用的強堿是氫氧化鈉、碳酸鈉或氫氧化鉀中的一種或多種混用，其目的是利用強堿在高溫條件下溶解鋁土礦或高嶺土中的Al2O3和SiO2,生成水溶性的NaAW2和 Na2SiO3,加入強堿的量視原料中Al2O3和S^2的含量而定，一般情況下，鋁土礦或高嶺土與強堿和水的質(zhì)量混合比為1 0.3 0.8 0.05 0.3。本發(fā)明的積極效果是相對于已有聚合氯化鋁合成工藝進行的創(chuàng)新，通過采用獨創(chuàng)的堿法煅燒活化工藝，改善原料的活性，能大幅度提高Al2O3的溶出率。原料中的!^e2O3在強堿中生成一種非常穩(wěn)定的羥基合鐵配合物，能從沉淀中分離出來，保證了合成的聚合氯化鋁和白炭黑的白度，提高了產(chǎn)品的售價。本發(fā)明克服了現(xiàn)有工藝采用鋁土礦或高嶺土只生產(chǎn)聚合氯化鋁，造成大量含硅酸廢渣被遺棄的缺陷，在生產(chǎn)高品質(zhì)、高白度的聚合氯化鋁的同時，還能生產(chǎn)近乎同等質(zhì)量的高品質(zhì)沉淀型白炭黑，在無需增加較多投入的情況下，能極大提高經(jīng)濟和環(huán)境效益。


附圖是鋁土礦或高嶺土類原料堿法生產(chǎn)鋁、硅化工產(chǎn)品工藝流程。如說明書附圖所示，塊狀鋁土礦或高嶺土的破碎裝置可采用細顎式破碎機、錘式破碎機或反擊式破碎機， 破碎粒度控制在15mm以下，加堿粉磨可在球磨機或雷蒙磨中進行，細度控制在200目左右即可。加水攪拌在普通攪拌機中幾分鐘內(nèi)即可完成，干燥和煅燒過程可采用隧道窯、輥道窯或回轉(zhuǎn)窯來完成，煅燒情況依據(jù)后續(xù)的活化效果確定。煅燒后的物料的粉磨細度可適當增加，一般控制在200目以上為好。反應(yīng)器(釜)的規(guī)格可依照生產(chǎn)量選定，要配備攪拌和加熱裝置，以便粉狀物料能較快地溶解。過濾裝置可采用板框壓濾機、離心分離機或篩網(wǎng)過濾等，主要根據(jù)生產(chǎn)投資、過濾效果來考量。調(diào)節(jié)PH值主要是讓過濾出來的硅和鋁酸鹽溶液生成Al (OH) 3和H2SiO3白色沉淀，再次過濾可以分離生成Al (OH)3和H2SiO3白色沉淀和溶液，以增加白色沉淀的濃度。二次降低PH值就可以使Al (OH) 3和H2SiO3產(chǎn)生固液分離，通過第三次過濾，分離出AlCl3溶液能生產(chǎn)高白度的聚合氯化鋁，分離的固體&Si03，通過干燥等工藝就能生產(chǎn)高白度、高附加值的白炭黑。
具體實施例方式開采出來的塊狀鋁土礦或高嶺土首先要破碎成細小顆粒，然后與強堿一起粉磨， 提高它們的均化效果和細度。粉磨后視情況加入少量水，在攪拌機中均勻混合成潮濕的松散顆粒，經(jīng)過窯爐的干燥和煅燒工序，使物料燒結(jié)成一種灰白色的物料，再經(jīng)磨機粉磨，就成為細粉狀物料。把這種粉狀物料投入反應(yīng)器(釜)中，加入適量的水，進行攪拌，同時增加溫度，待粉狀物料中的硅和鋁酸鹽充分溶解后，送入過濾裝置中，分離溶解的硅、鋁酸鹽和不溶物質(zhì)。硅和鋁酸鹽溶液的堿性較高，可加入酸降低PH值，直至完全生成白色沉淀為止。過濾白色沉淀分離出其中部分水后，在白色沉淀中加入酸，繼續(xù)降低PH值，直到白色沉淀中的Al (OH) 3完全溶解為AlCl3溶液后，再次進行過濾，分離AlCl3溶液和白色的沉淀。分離出的AlCl3溶液可以生產(chǎn)Al (OH)3產(chǎn)品，也可以繼續(xù)合成聚合氯化鋁，分離出的硅膠沉淀經(jīng)烘干等工藝可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)白炭黑。本發(fā)明工藝與現(xiàn)有生產(chǎn)聚合氯化鋁工藝相比較，只是增加了兩級過濾裝置和一套烘干設(shè)備，其余生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝流程基本一致，是一種特別具有實用價值的工藝技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種低品位鋁土礦或高嶺土類原料堿法生產(chǎn)鋁、硅化工產(chǎn)品新工藝，其特征在于將經(jīng)過粉磨的低品位鋁土礦或高嶺土與適量粉狀的強堿和水或與粉末狀強堿直接混合均勻后，經(jīng)烘干、適當溫度煅燒活化處理后，把煅燒料粉磨成細粉，與適量的水一起加入反應(yīng)器 (釜)中，在適當?shù)臏囟群蜁r間條件下，溶解出妝々^2、妝25103溶液和少量固體物質(zhì)，經(jīng)過濾分離，除去固體不溶物，得到NaA102、Na2SiO3溶液，通過調(diào)節(jié)pH值，使Al (OH) 3和H2SiO3析出，再經(jīng)降低PH值、過濾等工藝，分別生產(chǎn)聚合氯化鋁和白炭黑產(chǎn)品等產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低品位鋁土礦或高嶺土類原料堿法生產(chǎn)鋁、硅化工產(chǎn)品新工藝，其特征在于鋁土礦或高嶺土與強堿和水的質(zhì)量混合比為1 0.3 0.8 0.05 0. 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低品位鋁土礦或高嶺土類原料堿法生產(chǎn)鋁、硅化工產(chǎn)品新工藝，其特征在于所述的強堿是氫氧化鈉、碳酸鈉或氫氧化鉀中的一種或多種混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低品位鋁土礦或高嶺土類原料堿法生產(chǎn)鋁、硅化工產(chǎn)品新工藝，其特征在于所述的適當溫度煅燒和時間分別是煅燒溫度在200 900°C和煅燒時間 10 120min的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低品位鋁土礦或高嶺土類原料堿法生產(chǎn)鋁、硅化工產(chǎn)品新工藝，其特征在于所述的在反應(yīng)器(釜)中的溶出溫度和時間分別在60 150°C和20 180min的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低品位鋁土礦或高嶺土類原料堿法生產(chǎn)鋁、硅化工產(chǎn)品新工藝，其特征在于所述Al (OH)3和H2SiO3析出所調(diào)節(jié)的pH值在5. 5 10.5的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低品位鋁土礦或高嶺土類原料堿法生產(chǎn)鋁、硅化工產(chǎn)品新工藝，其特征在于使Al (OH) 3溶解生成AlCl3溶液所需的pH值范圍是0 3。
全文摘要
本發(fā)明屬于低品位鋁土礦或高嶺土類(鋁硅土類)原料綜合利用領(lǐng)域，特別涉及濕法加堿煅燒和鋁、硅化合物的分離等工藝。該工藝是將粉磨的鋁硅土類原料與適量強堿和水混合后，經(jīng)烘干、煅燒活化處理，把煅燒料粉磨后，與適量的水一起加入反應(yīng)池(反應(yīng)釜)中，在適當?shù)臏囟群蜁r間條件下，溶解成NaAlO2、Na2SiO3溶液和少量固體，經(jīng)過濾分離、調(diào)pH值等工藝，使Al(OH)3和H2SiO3析出，再經(jīng)過濾、調(diào)pH值工藝，分離出AlCl3和H2SiO3，AlCl3可合成聚鋁，H2SiO3則生產(chǎn)白炭黑。本發(fā)明可顯著提高原料的溶出效率，提高聚鋁的白度和產(chǎn)率，還能生產(chǎn)出高價值的白炭黑，降低熱量消耗，具有巨大的經(jīng)濟和環(huán)境效益。
文檔編號C01F7/02GK102198956SQ201110091469
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者付克明 申請人:付克明