本發(fā)明涉及一種硅酸鎂鋁的制備方法，具體地，涉及一種采用粉煤灰作為原料制備硅酸鎂鋁的方法。
背景技術(shù)：
：硅酸鎂鋁是一種白色、無(wú)毒的復(fù)合膠態(tài)物質(zhì)，在水溶液中具有較高的分散性和流變性，它的化學(xué)組成常以氧化物的形式表示，主要為二氧化硅、氧化鋁和氧化鎂，廣泛應(yīng)用于建筑、涂料、日用化工，以及醫(yī)藥和食品行業(yè)中。例如，合成的復(fù)合硅酸鎂鋁絕熱材料，可以應(yīng)用于電力、冶金、化工等行業(yè)。它們?cè)谕苛?、乳化油漆中是粉質(zhì)的優(yōu)異懸浮劑和乳液的高效穩(wěn)定劑，能夠增加涂料的防沉觸變、懸浮穩(wěn)定效果；在金屬和汽車(chē)拋光劑、瓷磚和玻璃清潔劑的生產(chǎn)中，也可作摩擦劑，起到穩(wěn)定乳化的作用；此外，在膏霜護(hù)發(fā)用品和牙膏中可用作穩(wěn)定劑、增稠劑和分散劑，使制品細(xì)膩、光滑，有很好的分散性和均勻的遮蓋力。在醫(yī)學(xué)上，由于它有持續(xù)的酸中和作用，可作為制酸劑治療消化器官疾病。目前，硅酸鎂鋁生產(chǎn)方法主要以礦石、膨潤(rùn)土、皂土等為原料，通過(guò)粉碎、制漿、分離提純、預(yù)處理、改性等方法獲得，但其工藝較長(zhǎng)，分離效果差，且產(chǎn)量及成本受到天然硅酸鎂鋁礦土的分布及儲(chǔ)量的限制，不能夠滿(mǎn)足各行各業(yè)對(duì)硅酸鎂鋁產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求。通過(guò)分組分之間的化學(xué)反應(yīng)制備硅酸鎂鋁的研究較少，在公開(kāi)的有關(guān)化學(xué)法合成制備硅酸鎂鋁的專(zhuān)利中，主要是以硅酸鈉、硫酸鎂、硫酸鋁等為原料合成硅酸鎂鋁，生產(chǎn)成本較高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)一種制備硅酸鎂鋁的新方法，以滿(mǎn)足各行各業(yè)對(duì)硅 酸鎂鋁產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有制備硅酸鎂鋁的方法存在的原料來(lái)源受限，導(dǎo)致硫酸鎂鋁產(chǎn)品的產(chǎn)量和成本均無(wú)法滿(mǎn)足需求的缺陷，提供一種粉煤灰制備硅酸鎂鋁的方法。粉煤灰是燃煤電廠排棄的固體廢棄物，我國(guó)粉煤灰排放量非常大，粉煤灰的排放既占用耕地又污染環(huán)境，粉煤灰的化學(xué)成分主要為二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、三氧化二鐵(Fe2O3)、氧化鈣(CaO)和未燃盡的碳等，由于粉煤灰化學(xué)成分中含有多種可利用元素(如鋁和硅等)，如果能夠有效利用粉煤灰中的有用物質(zhì)來(lái)制備硅酸鎂鋁，既可以克服硅酸鎂鋁生產(chǎn)中對(duì)天然硅酸鎂鋁礦土的分布及儲(chǔ)量的限制，又能夠發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)約經(jīng)濟(jì)，又可以減少自然生態(tài)環(huán)境的破壞。為此，本發(fā)明為粉煤灰的綜合利用提供了一個(gè)新的途徑，很大程度上提高了產(chǎn)品的附加價(jià)值，同時(shí)也提供了一種粉煤灰制備硅酸鎂鋁的新方法，該方法包括：(1)在粉煤灰堿法提硅的條件下，將粉煤灰置于堿性溶液中，得到預(yù)脫硅溶液和提硅殘?jiān)?2)將步驟(1)得到的提硅殘?jiān)c碳酸鈉和/或氧化鈣混合均勻，進(jìn)行焙燒、溶出，固液分離得到鋁酸鈉濾液；(3)將步驟(1)中得到的預(yù)脫硅溶液和步驟(2)中得到的鋁酸鈉濾液混合，隨后引入硝酸鎂溶液進(jìn)行反應(yīng)，過(guò)濾、烘干得到硅酸鎂鋁。本發(fā)明還提供了如上所述的方法制備得到的硅酸鎂鋁產(chǎn)品。本發(fā)明提供的方法充分利用了排放量巨大且排放污染環(huán)境的粉煤灰作為原料，克服了現(xiàn)有制備硅酸鎂鋁的方法存在的產(chǎn)量及成本受到天然硅酸鎂 鋁礦土的分布及儲(chǔ)量的限制，同時(shí)又能夠發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)約經(jīng)濟(jì)，又可以減少粉煤灰的排放對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的破壞。如表7所示的參數(shù)可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1-2中制得的硅酸鎂鋁產(chǎn)品的性能符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且產(chǎn)品的純度和白度等甚至比行業(yè)產(chǎn)品指標(biāo)更加優(yōu)秀。具體實(shí)施方式以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明提供了一種粉煤灰制備硅酸鎂鋁的方法，其中，該方法包括：(1)在粉煤灰堿法提硅的條件下，將粉煤灰置于堿性溶液中，得到預(yù)脫硅溶液和提硅殘?jiān)?2)將步驟(1)得到的提硅殘?jiān)c碳酸鈉和/或氧化鈣混合均勻，進(jìn)行焙燒、溶出，固液分離得到鋁酸鈉濾液；(3)將步驟(1)中得到的預(yù)脫硅溶液和步驟(2)得到的鋁酸鈉濾液混合，隨后引入硝酸鎂溶液進(jìn)行反應(yīng)，過(guò)濾、烘干得到硅酸鎂鋁。根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)中，所述堿性溶液的濃度可以為10-50重量％；粉煤灰與所述堿性溶液的重量比可以為1：4-6。所述堿法提硅的反應(yīng)條件包括：反應(yīng)溫度為80-120℃，反應(yīng)時(shí)間為30-120分鐘；優(yōu)選地，反應(yīng)溫度為90-100℃，反應(yīng)時(shí)間為30-60分鐘。在上述條件下進(jìn)行堿法提硅，能夠使存在于粉煤灰中以玻璃相存在的活性SiO2被溶解出來(lái)的效果更佳。優(yōu)選情況下，對(duì)得到的所述提硅殘?jiān)梢赃M(jìn)行水洗并干燥，所述干燥的條件可以包括：干燥溫度為80-120℃，干燥時(shí)間為4-12小時(shí)。本發(fā)明步驟(2)中，碳酸鈉和氧化鈣用于與提硅殘?jiān)纬射X酸鈉，因此，既可以用碳酸鈉也可以使用氧化鈣，當(dāng)然也可以同時(shí)使用碳酸鈉和氧化鈣，它們的具體用量可以根據(jù)實(shí)際需要在很大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選情況下， 相對(duì)于100重量份步驟(1)得到的提硅殘?jiān)妓徕c的用量可以為100-150重量份，氧化鈣的用量可以為40-70重量份；優(yōu)選地，相對(duì)于100重量份步驟(1)得到的提硅殘?jiān)?，碳酸鈉的用量可以為120-130重量份，氧化鈣的用量可以為45-55重量份。在上述范圍內(nèi)能夠使提硅殘?jiān)械乃匿X更徹底地形成鋁酸鈉，從而為能夠高效地制備硅酸鋁鎂。所述焙燒的條件包括：焙燒溫度為950-1250℃，焙燒時(shí)間為30-90分鐘；優(yōu)選地，焙燒溫度為950-1250℃，焙燒時(shí)間為30-60分鐘。根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)中，所述溶出包括：將焙燒后的產(chǎn)物加入到調(diào)配液中進(jìn)行反應(yīng)，所述調(diào)配液為含有鋁酸鈉、氫氧化鈉和碳酸鈉的水溶液，鋁酸鈉的濃度為30-50克/升，氫氧化鈉的濃度為5-10克/升，碳酸鈉的濃度為15-20克/升；所述焙燒產(chǎn)物與所述水溶液的重量比為1：3-10，優(yōu)選為1：4-6。本發(fā)明步驟(2)中，所述溶出反應(yīng)的溫度為50-100℃，反應(yīng)的時(shí)間為10-30分鐘。根據(jù)本發(fā)明的步驟(3)中，預(yù)脫硅液、鋁酸鈉濾液、硝酸鎂溶液中摩爾比為：AlO2-:SiO32-＝1.5-3.5；Mg2+:AlO2-＝0.4-0.8。所述硝酸鎂溶液的濃度可以在很大范圍內(nèi)改變，優(yōu)選地，所述硝酸鎂溶液的濃度為1-5mol/L，pH為4-6。本發(fā)明步驟(3)中，所述反應(yīng)的條件可以包括：反應(yīng)溫度為60-90℃，反應(yīng)時(shí)間為1-5小時(shí)，pH值為7-9。本發(fā)明還提供了如上所述的方法制備得到的硅酸鎂鋁產(chǎn)品。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。另外需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開(kāi)的內(nèi)容。下面的實(shí)施例將對(duì)本方法予以進(jìn)一步說(shuō)明，但并不因此限制。實(shí)施例中所用的粉煤灰的化學(xué)成分如表1所示。表1實(shí)施例1(1)將600ml濃度為20重量％的氫氧化鈉中，加入到200g主要成分如表1所示的粉煤灰中(粉煤灰與所述堿性溶液的重量比為1：4.2)，攪拌均勻，置于機(jī)械攪拌反應(yīng)釜中，擰好反應(yīng)釜密封蓋后開(kāi)啟加熱與攪拌按鈕(攪拌速率為150rpm)。溫度設(shè)定為110℃，反應(yīng)時(shí)間為1小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，同時(shí)通入冷卻水使釜體迅速降溫。待釜內(nèi)溫度降低至室溫即擰開(kāi)釜蓋，傾倒出反應(yīng)漿液。經(jīng)真空抽濾，得到預(yù)脫硅溶液(成分組成如下表2所示)和提硅殘?jiān)?2)將步驟(1)得到的提硅殘?jiān)c氧化鈣和碳酸鈉混合混勻，比例為：相對(duì)于100重量份步驟(1)得到的干燥產(chǎn)物，碳酸鈉的用量為120重量份，氧化鈣的用量為45重量份。放入馬弗爐中焙燒，燒結(jié)溫度設(shè)定為950℃，燒結(jié)時(shí)間為60分鐘，燒結(jié)時(shí)間到達(dá)后，取出，冷卻，得到燒結(jié)熟料；(3)配制含有鋁酸鈉、氫氧化鈉和碳酸鈉的水溶液，鋁酸鈉的濃度為30克/升，氫氧化鈉的濃度為5克/升，碳酸鈉的濃度為15克/升；步驟(2)得到的焙燒產(chǎn)物(焙燒熟料)與上述水溶液的重量比為1：4。在溫度為75℃，15分鐘的條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾，濾液即為鋁酸鈉溶液(成分組 成如下表2所示)；(4)量取100ml步驟(1)得到的預(yù)脫硅溶液加入1000ml燒杯中，在磁力攪拌加熱器上加熱到85℃，調(diào)節(jié)溶液pH到8；(5)加入200ml步驟(3)得到的鋁酸鈉溶液，繼續(xù)攪拌至溫度升高到85℃，調(diào)節(jié)溶液的pH到8；(6)配置濃度為1mol/l硝酸鎂溶液100ml，加入稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值至6，并與步驟(4)的預(yù)脫硅溶液和步驟(5)的鋁酸鈉溶液混合(相對(duì)于100摩爾的鋁酸鈉，預(yù)脫硅溶液中硅酸鈉的用量為45摩爾；硝酸鎂溶液中硝酸鎂的用量為45摩爾)，繼續(xù)加熱至85℃，反應(yīng)2小時(shí)后，過(guò)濾、烘干，得到硅酸鎂鋁產(chǎn)品A1(主要成分如下表3所示)。表2Al2O3g/lNa2Og/lSiO2g/l脫硅液3.2110.860鋁酸鈉溶液56.1096.77.05表3成分Al2O3MgOSiOFe2O3重量％50.417.231.70.04實(shí)施例2(1)將680ml濃度為15重量％的氫氧化鈉中，加入到200g主要成分如表1所示的粉煤灰中(粉煤灰與所述堿性溶液的重量比為1：5.5)，攪拌均勻，置于機(jī)械攪拌反應(yīng)釜中，擰好反應(yīng)釜密封蓋后開(kāi)啟加熱與攪拌按鈕(攪拌速率為150rpm)。溫度設(shè)定為95℃，反應(yīng)時(shí)間為30分鐘。反應(yīng)結(jié)束后，同時(shí)通入冷卻水使釜體迅速降溫。待釜內(nèi)溫度降低至室溫 即擰開(kāi)釜蓋，傾倒出反應(yīng)漿液。經(jīng)真空抽濾，得到預(yù)脫硅溶液(成分組成如下表2所示)和提硅殘?jiān)峁铓堅(jiān)?jīng)熱水洗4次，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中120溫度下烘干8小時(shí)；(2)將步驟(1)得到的干燥后的產(chǎn)物與氧化鈣和碳酸鈉混合混勻，比例為：相對(duì)于100重量份步驟(1)得到的干燥產(chǎn)物，碳酸鈉的用量為125重量份，氧化鈣的用量為50重量份。放入馬弗爐中焙燒，燒結(jié)溫度設(shè)定為1150℃，燒結(jié)時(shí)間為45分鐘，燒結(jié)時(shí)間到達(dá)后，取出，冷卻，得到燒結(jié)熟料；(3)配制含有鋁酸鈉、氫氧化鈉和碳酸鈉的水溶液，鋁酸鈉的濃度為40克/升，氫氧化鈉的濃度為10克/升，碳酸鈉的濃度為20克/升；步驟(2)得到的焙燒產(chǎn)物(焙燒熟料)與上述水溶液的重量比為1：4。在溫度為80℃，15分鐘的條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾，濾液即為鋁酸鈉溶液(成分組成如下表4所示)；(4)量取200ml步驟(1)得到的預(yù)脫硅溶液加入1000ml燒杯中，在磁力攪拌加熱器上加熱到65℃，調(diào)節(jié)溶液pH到9；(5)加入300ml步驟(3)得到的鋁酸鈉溶液，繼續(xù)攪拌至溫度升高到65℃，調(diào)節(jié)溶液的pH到9；(6)配置濃度為1mol/l硝酸鎂溶液200ml，加入稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值至4，并與步驟(4)的預(yù)脫硅溶液和步驟(5)的鋁酸鈉溶液混合(相對(duì)于100摩爾的鋁酸鈉，預(yù)脫硅溶液中硅酸鈉的用量為47摩爾；硝酸鎂溶液中硝酸鎂的用量為47摩爾)，反應(yīng)4小時(shí)后，過(guò)濾、烘干，得到硅酸鎂鋁產(chǎn)品A2(主要成分如下表5所示)。表4Al2O3g/lNa2Og/lSiO2g/l脫硅液23.2140.8120.5鋁酸鈉溶液145.10100.712.05表5成分Al2O3MgOSiO2Fe2O3重量％45.8021.731.30.06檢測(cè)實(shí)施例1-2通過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法對(duì)實(shí)施例1-2中得到的硅酸鎂鋁產(chǎn)品A1-A2的性能進(jìn)行檢測(cè)，該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法包括：含水率檢測(cè)：取本品100g，在105℃干燥至恒重,減失重量不得超過(guò)8.0％。燒失量檢測(cè)：取本品1.0g，置800℃高溫爐中，熾灼至恒重，減失重量不得過(guò)17.0％。鋁含量檢測(cè)：取本品1.0g，加鹽酸2ml，加水50ml，煮沸使溶，放冷，過(guò)濾，濾渣及容器用水25ml分次洗滌，合并濾液與洗液，滴加氨試液至恰好析出沉淀，再滴加稀鹽酸使沉淀恰好溶解后，加乙酸-乙酸銨緩沖液(pH6.0)10ml，精密量取乙二胺四醋酸二鈉滴定液(0.05mol/L)25ml，煮沸10分鐘，放冷，加二甲酚橙指示液1ml，用鋅滴定液(0.05mol/L)滴定，至溶液由黃色變?yōu)榧t色，并將滴定的結(jié)果用空白試驗(yàn)校正。每1ml乙二胺四醋酸二鈉滴定液(0.05mol/L)相當(dāng)于1.349mg的Al。鎂含量檢測(cè)：取本品1.0g，加鹽酸5ml，加水50ml，煮沸使溶，放冷，加甲基紅指示液1滴，滴加氨試液使溶液由紅變?yōu)辄S色，再煮沸5分鐘，趁熱濾過(guò)，濾渣及容器用2％氯化銨溶液30ml分次洗滌，合并濾液與洗液，放 冷，加氨試液10ml與三乙醇胺溶液(1→2)5ml，再加鉻黑指示劑少量，用乙二胺四醋酸二鈉滴定液(0.05mol/L)滴定，至溶液顯純藍(lán)色。每1ml乙二胺四醋酸二鈉滴定液(0.05mol/L)相當(dāng)于1.215mg的Mg。pH檢測(cè)：取本品5g,加入新沸過(guò)的冷水100ml,混勻,用pH幾測(cè)量，pH值為9.0～11.0為正常范圍。白度檢測(cè)：取少量樣品，按照白度儀提供的樣品盒制樣后，測(cè)量樣品的白度。表觀粘度檢測(cè)：取少量樣品，通過(guò)室溫型NDJ-79型粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果如下表7所示。檢測(cè)對(duì)比例1通過(guò)與檢測(cè)實(shí)施例1-2相同的方法對(duì)主要組成如表6所示的市場(chǎng)產(chǎn)品(商購(gòu)自廣州博峰化工科技有限公司的優(yōu)級(jí)硅酸鎂鋁)的性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表7所示。表6成分Al2O3MgOSiO2Fe2O3K2OCaO重量％29.1-35.511-1429.2-351-1.50.2-0.32-3表7含水率燒失量Al:MgpH白度表觀粘度(mpa.s)行標(biāo)《8％《17％0.5-1.29-11》85》2500A17％15％1.29903000A27％14％110903000市售8％16％19-11853000從上表3、表5和表7的數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1-2中制得的硅酸鎂鋁產(chǎn)品的性能符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且產(chǎn)品的純度和白度等甚至比行業(yè)產(chǎn)品指標(biāo)更加優(yōu)秀，同時(shí)本發(fā)明提供的方法充分利用了排放量巨大且排放污染環(huán)境的粉煤灰作為原料，克服了現(xiàn)有制備硅酸鎂鋁的方法存在的產(chǎn)量及成本受到天然硅酸鎂鋁礦土的分布及儲(chǔ)量的限制，同時(shí)又能夠發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)約經(jīng)濟(jì)，又可以減少粉煤灰的排放對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的破壞。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3