CN101215486B - 一种利用煤矸石制取煤粉、五水偏硅酸钠和氢氧化铝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用煤矸石制取煤粉的方法，同时提供了一种利用煤矸石制取五水偏硅酸钠和氢氧化铝的方法，属于化工技术领域，本发明通过煤矸石和氢氟酸、硫酸反应，将煤矸石分解，得到煤粉、五水偏硅酸钠和氢氧化铝等高附加值产品。

Description

一种利用煤矸石制取煤粉、五水偏硅酸钠和氢氧化铝的方法

技术领域

本发明涉及一种煤矸石的利用，具体地说是利用煤矸石生产高附加值产品的方法。

背景技术

煤矸石是聚煤盆地煤层沉积过程中的产物，是成煤物质与其它物质结合而成的可燃性矿石。从狭义上讲，煤炭开采时夹带出来的碳质泥岩、碳质砂岩叫做煤矸石。从广义上讲，煤矸石是煤矿建井和生产过程中排出来的一种混杂岩体。它包括煤矿在井巷掘进时排出的矸石，露天煤矿开采时剥离的矸石和洗选加工过程中排出的矸石。我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤矿排放的矸石量很大，其排放量约为煤矿原煤产量的15％-20％，是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一，被视为气、液、固三害俱全的“工业废料”。2000年全国煤矸石排放总量达1亿多吨，约占全国工业废渣排放量的1/4。目前全国煤矸石的总积存量已达30亿吨以上，形成矸石山1500多座，而且排放量仍在逐年增长。矸石山几乎成为我国煤矿的“标志”。我国在煤炭生产和加工过程中排出的煤矸石累计堆存量已达30亿吨以上，占地约900万m²，并且每年还以2亿吨以上的速度递增。大量的煤矸石不仅侵占了土地，而且会严重污染环境。

目前对煤矸石的工业利用主要是采用焙烧方式使原料脱水、脱碳、破坏其内部分子结构。然而焙烧温度一般在600℃以上，需要较大的能量消耗；而且煤矸石的浸出率也比较低，只有70％左右，而且反应剩余的残渣不能利用，既造成了煤矸石资源的浪费，又会造成新的环境污染。

发明内容

本发明的任务在于提供一种利用煤矸石制取煤粉的方法，同时提供了一种利用煤矸石制取五水偏硅酸钠和氢氧化铝的方法。

其技术解决方案为：

一种利用煤矸石制取煤粉的方法，包括如下步骤：

1)物料的配比：按煤矸石1000千克、20％-45％的氟硅酸3-8立方米、30％-98％硫酸0.2-0.5立方米的比例，加入反应釜中；

2)反应釜反应：将反应釜中的物料加热搅拌，控制温度120℃-180℃之间，直至反应完毕，蒸干，得到固体反应产物；

3)制备煤粉：将步骤2)中得到的固体反应产物以3-10倍的水溶解，用离心机分离不溶物，得到的固体部分以水洗至PH值3-6，分离固相和液相，将所得固相置入反应容器内，加入固相1-2倍量的氢氧化钠加热煮沸反应，反应完毕后分离反应产物，固相即为煤粉。

一种利用煤矸石制取五水偏硅酸钠的方法，包括如下步骤：

1)物料的配比：按煤矸石1000千克、20％-45％的氟硅酸3-8立方米、30％-98％硫酸0.2-0.5立方米的比例，加入反应釜中；

2)反应釜反应：将反应釜中的物料加热搅拌，控制温度120℃-180℃之间，直至反应完毕，蒸干，得到固体反应产物；

3)固体反应产物的溶解：将步骤2)得到的固体反应产物以3-10倍的水溶解，用离心机分离不溶物，得到的固体部分以水洗至PH值3-6，分离固相和液相；

4)与氢氧化钠反应：将步骤3)得到的固相置入反应容器内，加入固相重量1-2倍的氢氧化钠加热煮沸反应，反应完毕后分离反应产物得到固相和液相；

5)五水偏硅酸钠晶体的制取：将步骤4)中得到的液相浓缩到含固量为36％-48％，调整溶液的模数在0.4-1.1之间，即NaOH∶H2O的质量比＝32～75∶58～140之间，降温冷却到55℃后，加入溶液量0.5％～1％的五水偏硅酸钠做晶种开始程序降温；第一、二个小时保持温度为53℃～55℃，第三个小时后温度降为52℃，第四个小时后使温度缓慢降低到50℃加入溶液量0.005％～0.02％的五水偏硅酸钠晶种，第五个小时后温度缓慢降低到46℃，第六个小时后温度缓慢降低到44℃，第七个小时后温度缓慢降低到38℃，此时加入溶液量0.005％～0.015％表面活性剂十三烷基磺酸钠，至第八个小时后降温至35℃，以后等凉至室温时过滤分离晶体五水偏硅酸钠；

6)五水偏硅酸钠的制取：五水偏硅酸钠晶体在55℃烘干30min～60min即得到五水偏硅酸钠。

一种利用煤矸石制取氢氧化铝的方法，包括如下步骤：

1)物料的配比：按煤矸石1000千克、20％-45％的氟硅酸3-8立方米、30％-98％硫酸0.2-0.5立方米的比例，加入反应釜中；

2)反应釜反应：将反应釜中的物料加热搅拌，控制温度120℃-180℃之间，直至反应完毕，蒸干，得到固体反应产物；

3)固体反应产物的溶解：将步骤2)中得到的固体反应产物以3-10的水溶解，用离心机分离不溶物，得到滤液；

4)氢氧化铝的制取：取步骤3)中的滤液在搅拌的情况下加入碳酸钙或氢氧化钙，加入量为氟硅酸量的2.5倍，搅拌反应2小时后分离沉淀，得到滤液，向滤液中在搅拌的情况下滴加浓度为20-30％的氨水调PH值到6和10之间，得到氢氧化铝沉淀，烘干得到氢氧化铝。

本发明的有益效果是：提供了一种新的利用煤矸石生产化工产品的技术，该方法成本低、能耗低，煤矸石的分解率高，且无废渣产生，为煤矸石的高价值利用开辟了一条新的途径。

附图说明

图1为本发明的流程框图。

具体实施方式

实施例1：

在反应釜中加入20％氟硅酸和30％硫酸共8立方米，氟硅酸与硫酸的体积比为15∶1，将反应釜升温至100℃后，在加热搅拌中加入煤矸石1000千克，加热升温控制反应温度120℃，保温反应2小时使煤矸石完全分解，得到固体反应产物，将固体反应产物加入固体反应产物3倍的水搅拌溶解半小时，用离心机分离，得到清液和固体不溶物，固体不溶物再加水5吨清洗，将两次清液合并，以水洗至pH3以后，离心分离得到固相，将所得固相置入另一反应釜内，加入2吨氢氧化钠和5吨水，加热煮沸使物料反应，保持反应2小时后，分离反应产物，得到固相和液相，固相即为煤粉。

将上述分离出的液相体积浓缩到1立方米，降温冷却到55℃后，加入溶液量0.5％～1％的五水偏硅酸钠开始程序降温，第一、二个小时保持温度为53℃～55℃，第三个小时后温度降为52℃，第四个小时后使温度缓慢降低到50℃加入溶液量0.005％的五水偏硅酸钠晶种，第五个小时后温度缓慢降低到46℃，第六个小时后温度缓慢降低到44℃，第七个小时后温度缓慢降低到38℃，此时加入溶液量0.005％的表面活性剂十三烷基磺酸钠，至第八个小时后降温至35℃，以后等凉至室温时过滤分离晶体五水偏硅酸钠，五水偏硅酸钠晶体在55℃烘干40min即可得到五水偏硅酸钠。

将上述分离煤粉时得到的滤液在搅拌情况下加入氢氧化钙6吨，搅拌反应2小时后分离沉淀得到氟化钙，清液则在搅拌情况下滴加浓度为20％的氨水调pH值到6，得到氢氧化铝沉淀，离心分离后烘干即得氢氧化铝。

实施例2：

(1)在反应釜中加入煤矸石、浓度为45％的氟硅酸和98％硫酸，按煤矸石1000千克：氟硅酸8立方米：硫酸0.5立方米配比投料，加热搅拌，控制反应温度在180℃，反应2小时。将反应得到的产物以反应产物5倍的水溶解，用离心机分离不溶物，固体部分以水洗至pH6，分离固相和液相。

(2)将步骤(1)中所得固相置入反应釜内，加入相同重量的氢氧化钠加热煮沸使物料反应，保持反应2小时后，分离反应产物，得到固相和液相，固相即为煤粉。

(3)将(2)中分离得到的液相浓缩到含固量为36％，调整溶液的模数为0.4，降温冷却到55℃后，加入溶液量1％的五水偏硅酸钠做晶种开始程序降温。

(4)程序降温制取五水偏硅酸钠：第一、二个小时保持温度为55℃，第三个小时后温度降为52℃，第四个小时后使温度缓慢降低到50℃加入溶液量0.02％的五水偏硅酸钠晶种，第五个小时后温度缓慢降低到46℃，第六个小时后温度缓慢降低到44℃，第七个小时后温度缓慢降低到38℃，此时加入溶液量0.015％表面活性剂十三烷基磺酸钠，至第八个小时后降温至35℃，以后等凉至室温时过滤分离晶体五水偏硅酸钠。

(5)烘干五水偏硅酸钠产品：五水偏硅酸钠晶体在55℃烘干50min即可得到五水偏硅酸钠。

(6)制备氢氧化铝：取步骤(1)的液相在搅拌情况下加入碳酸钙，加入量为氟硅酸量的2.5倍，搅拌反应2小时后分离沉淀得到氟化钙，滤液在搅拌情况下滴加浓度为20％的氨水调pH值到10，得到氢氧化铝沉淀，离心分离后烘干可得氢氧化铝。

实施例3：

(1)在反应釜中加入煤矸石、浓度为30％的氟硅酸和60％硫酸，按煤矸石1000千克：氟硅酸6立方米：硫酸0.3立方米配比投料，加热搅拌，控制反应温度在150℃，反应3小时。将反应得到的产物以反应产物10倍的水溶解，用离心机分离不溶物，固体部分以水洗至pH5，分离固相和液相。

(2)将步骤(1)中所得固相置入反应釜内，加入相同重量的氢氧化钠加热煮沸使物料反应，保持反应2小时后，分离反应产物，得到固相和液相，固相即为煤粉。

(3)将(2)中分离得到的液相浓缩到含固量为48％，调整溶液的模数为1.1，降温冷却到55℃后，加入溶液量0.5％的五水偏硅酸钠做晶种开始程序降温。

(4)程序降温制取五水偏硅酸钠：第一、二个小时保持温度为55℃，第三个小时后温度降为52℃，第四个小时后使温度缓慢降低到50℃加入溶液量0.01％的五水偏硅酸钠晶种，第五个小时后温度缓慢降低到46℃，第六个小时后温度缓慢降低到44℃，第七个小时后温度缓慢降低到38 ℃，此时加入溶液量0.005％表面活性剂十三烷基磺酸钠，至第八个小时后降温至35℃，以后等凉至室温时过滤分离晶体五水偏硅酸钠。

(5)烘干五水偏硅酸钠产品：五水偏硅酸钠晶体在55℃烘干50min即可得到五水偏硅酸钠。

(6)制备氢氧化铝：取步骤(1)的液相在搅拌情况下加入碳酸钙，加入量为氟硅酸量的2.5倍，搅拌反应2小时后分离沉淀得到氟化钙，滤液在搅拌情况下滴加浓度为30％的氨水调pH值到8，得到氢氧化铝沉淀，离心分离后烘干可得氢氧化铝。

Claims (3)

1. 一种利用煤矸石制取煤粉的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)物料的配比：按煤矸石1000千克、20％-45％的氟硅酸3-8立方米、30％-98％硫酸0.2-0.5立方米的比例，加入反应釜中；

2)反应釜反应：将反应釜中的物料加热搅拌，控制温度120℃-180℃之间，直至反应完毕，蒸干，得到固体反应产物；

3)制备煤粉：将步骤2)中得到的固体反应产物以3-10倍的水溶解，用离心机分离不溶物，得到的固体部分以水洗至PH值3-6，分离固相和液相，将所得固相置入反应容器内，加入固相1-2倍量的氢氧化钠加热煮沸反应，反应完毕后分离反应产物，得到固相和液相，固相即为煤粉。

2. 一种利用煤矸石制取五水偏硅酸钠的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)物料的配比：按煤矸石1000千克、20％-45％的氟硅酸3-8立方米、30％-98％硫酸0.2-0.5立方米的比例，加入反应釜中；

2)反应釜反应：将反应釜中的物料加热搅拌，控制温度120℃-180℃之间，直至反应完毕，蒸干，得到固体反应产物；

3)固体反应产物的溶解：将步骤2)得到的固体反应产物以3-10倍的水溶解，用离心机分离不溶物，得到的固体部分以水洗至PH值3-6，分离固相和液相；

4)与氢氧化钠反应：将步骤3)得到的固相置入反应容器内，加入固相重量1-2倍的氢氧化钠加热煮沸反应，反应完毕后分离反应产物得到固相和液相；

5)五水偏硅酸钠晶体的制取：将步骤4)中得到的液相浓缩到含固量为36％-48％，调整溶液的模数在0.4-1.1之间，即NaOH∶H2O的质量比＝32～75∶58～140之间，降温冷却到55℃后，加入溶液量0.5％～1％的五水偏硅酸钠做晶种开始程序降温；第一、二个小时保持温度为53℃～55℃，第三个小时后温度降为52℃，第四个小时后使温度缓慢降低到50℃加入溶液量0.005％～0.02％的五水偏硅酸钠晶种，第五个小时后温度缓慢降低到46℃，第六个小时后温度缓慢降低到44℃，第七个小时后温度缓慢降低到38℃，此时加入溶液量0.005％～0.015％表面活性剂十三烷基磺酸钠，至第八个小时后降温至35℃，以后等凉至室温时过滤分离晶体五水偏硅酸钠；

6)五水偏硅酸钠的制取：五水偏硅酸钠晶体在55℃烘干30min～60min即得到五水偏硅酸钠。

3. 一种利用煤矸石制取氢氧化铝的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)物料的配比：按煤矸石1000千克、20％-45％的氟硅酸3-8立方米、30％-98％硫酸0.2-0.5立方米的比例，加入反应釜中；

2)反应釜反应：将反应釜中的物料加热搅拌，控制温度120℃-180℃之间，直至反应完毕，蒸干，得到固体反应产物；

3)固体反应产物的溶解：将步骤2)中得到的固体反应产物以3-10的水溶解，用离心机分离不溶物，得到滤液；

4)氢氧化铝的制取：取步骤3)中的滤液在搅拌的情况下加入碳酸钙或氢氧化钙，加入量为氟硅酸量的2.5倍，搅拌反应2小时后分离沉淀，得到滤液，向滤液中在搅拌的情况下滴加浓度为20-30％的氨水调PH值到6和10之间，得到氢氧化铝沉淀，烘干得到氢氧化铝。