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(fā)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(yù)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(jié)法工藝的高能耗，又避免了酸法工藝的強(qiáng)腐蝕性。本發(fā)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(yù)脫硅反應(yīng)活性硅溶出率達(dá)到95%以上，氧化鋁溶出率達(dá)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]氧化鋁是生產(chǎn)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(chǎn)的。我國是世界最大的氧化鋁生產(chǎn)國，目前每年氧化鋁產(chǎn)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(yōu)質(zhì)品位鋁土礦的限購政策，資源問題已經(jīng)成為我國氧化鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。
[0003]我國內(nèi)蒙古中西部和山西北部等地區(qū)的煤炭發(fā)電后產(chǎn)生的高鋁粉煤灰儲量豐富，僅內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾煤田潛在的高鋁粉煤灰資源蘊(yùn)藏量就達(dá)150億噸，相當(dāng)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(dá)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(yù)脫硅-堿石灰燒結(jié)法、一步酸溶法、硫酸銨燒結(jié)-拜耳法、石灰石燒結(jié)-低溫拜耳法等，其中酸法因存在對設(shè)備材質(zhì)腐蝕嚴(yán)重、產(chǎn)品雜質(zhì)含量較高難以生產(chǎn)冶金級氧化鋁等問題難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，硫酸銨燒結(jié)法存在渣相流量大、氨氣回收利用難等缺點也沒有產(chǎn)業(yè)化實例，石灰石燒結(jié)法與堿石灰石燒結(jié)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(jié)法稍低，而預(yù)脫硅-堿石灰燒結(jié)法是目前唯一實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)并取得成功的工藝方法，但仍存在流程較長、燒結(jié)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(chǎn)品和硅產(chǎn)品，并且采用全濕法流程，避免因燒結(jié)產(chǎn)生的高能耗，降低成本是目前亟待解決的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)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(xiàn)有的聞?wù)蟹勖夯议_發(fā)工藝存在的聞能耗、聞成本的問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)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(yù)脫硅反應(yīng):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(jìn)行反應(yīng)，其中高鋁粉煤灰與氫氧化鈉溶液質(zhì)量比為1:2-1: 4，反應(yīng)完畢后過濾分離，得到脫硅灰和硅酸鈉溶液；
[0008]其中，預(yù)脫硅反應(yīng)中氫氧化鈉溶液的質(zhì)量百分濃度為5%-13.5%,反應(yīng)的溫度為60 0C -100℃。
[0009]活性硅酸鈣一制備:向預(yù)脫硅反應(yīng)得到的硅酸鈉溶液添加石灰乳反應(yīng)，反應(yīng)完畢后過濾得到活性硅酸鈣一產(chǎn)品和氫氧化鈉溶液，活性硅酸鈣一產(chǎn)品可用于造紙?zhí)盍虾椭苽涔杷徕}板等建材，氫氧化鈉溶液蒸發(fā)補(bǔ)堿后重新用于預(yù)脫硅反應(yīng)；
[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(yīng)溫度為80°C -100°C。
[0011]氧化鋁溶出:向預(yù)脫硅反應(yīng)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(yīng)料漿蒸發(fā)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(shù)比例為0.8-1.2，氫氧化鈉溶液濃度為25%-45%，反應(yīng)溫度為200°C -290°C，反應(yīng)壓力為 0.5Mpa_3MPa。
[0013]偏鋁酸鈉制備:向氧化鋁溶出反應(yīng)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(jìn)行析晶反應(yīng)，得到析出的水和偏鋁酸鈉晶體和析晶母液，析出晶體經(jīng)過三級洗滌去除雜質(zhì)后得到水和偏鋁酸鈉產(chǎn)品，析晶母液蒸發(fā)補(bǔ)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(yīng)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(yīng)回收堿:將氧化鋁溶出反應(yīng)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(jìn)行水熱反應(yīng)，過濾分離后得到回收堿液和硅酸鈣濾餅，硅酸鈣濾餅經(jīng)過四級逆流洗滌后得到活性硅酸鈣二產(chǎn)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(fā)生水解反應(yīng)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(yīng)方程式為2CaNaHSi03 — 2CaSi03+Na0H。
[0016]其中，在水熱反應(yīng)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(yīng)液固比為3:1-6:1，水熱反應(yīng)時間為lh-6h。
[0017]本發(fā)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(jié)法工藝的高能耗，又避免了酸法工藝的強(qiáng)腐蝕性，而且通過預(yù)脫硅工藝降低了氧化鋁回收系統(tǒng)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(jìn)一步減少了能耗。
[0018]本發(fā)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(yù)脫硅反應(yīng)活性硅溶出率達(dá)到95%以上，氧化鋁溶出率達(dá)到91%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)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(jié)合具體實施例來進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)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(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對本發(fā)明技術(shù)方案的細(xì)節(jié)和形式進(jìn)行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0021]實施例1:[0022]1、預(yù)脫硅反應(yīng)[0023]原料為內(nèi)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(xué)組成
[0025]
【權(quán)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(yù)脫硅:將所述粉煤灰與氫氧化鈉溶液混合反應(yīng)，其中所述粉煤灰與氫氧化鈉溶液質(zhì)量比為1:2-1:4，反應(yīng)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(yīng)，反應(yīng)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(yīng)，反應(yīng)料漿蒸發(fā)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(jìn)行析晶反應(yīng)，得到所述偏鋁酸鈉的晶體和析晶母液，析晶母液蒸發(fā)補(bǔ)堿后用于所述溶出氧化鋁。
2.如權(quán)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(yù)脫硅還包含: 氫氧化鈉溶液的質(zhì)量百分濃度為5%-13.5%，所述預(yù)脫硅的反應(yīng)溫度為60°C -100°C。
3.如權(quán)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(yīng)溫度為800C -1OO0C。
4.如權(quán)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(shù)比例為0.8-1.2，氫氧化鈉溶液質(zhì)量濃度為25%-45%，反應(yīng)溫度為200°C _280°C，反應(yīng)壓力為0.5Mpa_3Mpa。
5.如權(quán)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(zhì)量比值0.5-2，所述析晶反應(yīng)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(quán)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(jìn)行水熱反應(yīng)，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(jīng)過洗滌后得到活性硅酸鈣二； 所述稀堿液中氫氧化鈉質(zhì)量濃度為3%-8%，反應(yīng)質(zhì)量液固比為3:1-6:1,所述水熱反應(yīng)的反應(yīng)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(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】公彥兵, 張戰(zhàn)軍, 楊會賓 申請人:大唐國際發(fā)電股份有限公司高鋁煤炭資源開發(fā)利用研發(fā)中心