CN101306928A - 一种粉煤灰或炉渣预脱硅的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粉煤灰或炉渣的综合性利用的方法，特别是涉及一种粉煤灰或炉渣预脱硅的方法。该方法主要包括粉煤灰或炉渣的焙烧活化、活化粉煤灰或炉渣与氢氧化钠溶液的生料配方工艺、白炭黑生产的工艺流程。本方法通过先将粉煤灰或炉渣焙烧活化，然后用氢氧化钠溶液在低温下提取非晶态氧化硅的工艺路线，能将脱硅粉煤灰的氧化铝与氧化硅质量比达到2.14，为粉煤灰或炉渣作为提取冶金级的氧化铝的原料来源，提高粉煤灰以及炉渣的综合利用价值开辟了新的道路。

Description

一种粉煤灰或炉渣预脱硅的方法
【技术领域】
本发明涉及一种粉煤灰或炉渣的资源化利用方法，尤其涉及一种粉煤灰或炉渣预脱硅的方法。
【背景技术】
近年来，粉煤灰或炉渣因含有较高的氧化铝而有作为铝土矿资源的潜力而开始被广泛关注。但是因为粉煤灰中氧化硅的含量较高，与氧化铝的含量相当，且两者总和接近90％以上，铝硅比为1∶1左右，一般氧化铝工业对铝土矿的铝硅比要求远高于1，一般拜耳法要求Al/Si＞8，而碱石灰法处理低品味的铝土矿，其对铝土矿的一般要求Al/Si＞3以上，因此粉煤灰/炉渣中的氧化铝要作为铝土矿资源，采用现行氧化铝工业中的提取方法，提高其Al/Si比就至关重要，因此采用对粉煤灰/炉渣进行预脱硅，除去其中的部分氧化硅。
目前，从粉煤灰提取氧化铝的几种常用方法中，多对粉煤灰不做脱硅处理而直接提取氧化铝。与这些方法相比，从粉煤灰中提取氧化硅，通常有两种方法，一是用碳酸钠和粉煤灰混合后高温焙烧，然后用盐酸进行铝硅分离；二是用氢氧化钠溶液和粉煤灰直接反应进行铝硅的逐步分离。宁夏自治区建材研究院在90年前后展开了碱一石灰烧结法从粉煤灰中提氧化铝的研究，其特点之一就是先对粉煤灰进行脱硅处理之后再采用碱-石灰结法从中提取氧化铝。但该工艺存在预脱硅率较低，仅为24.3％，且对脱硅设备要求较高(要求预脱硅温度120-150℃)、脱硅液制备白炭黑过程中脱硅用碱液循环使用能耗太高等不利因素，所以该方法没能在工业上成功推广。
【发明内容】
鉴于此，本专利提出一种方法，本方法根据高铝粉煤灰中不含石英晶体以及玻璃相主要由非晶态SiO2构成这两个特点，确定出了先将粉煤灰焙烧活化，然后用NaOH溶液在低温下提取非晶态氧化硅的工艺路线，能将粉煤灰或炉渣中的氧化硅脱除掉53.32％，其脱硅粉煤灰的氧化铝与氧化硅质量比达到2.14。从而提高粉煤灰以及炉渣的综合利用价值，为我国大量堆积的粉煤灰或炉渣生态化处理开辟新的道路，解决我国多年来不断累积的大量粉煤灰以及炉渣，变废为宝，实现社会效益，经济效益以及生态效益的共赢。
为达到上述目的，本发明提供一种粉煤灰或炉渣预脱硅的方法，其中包括如下步骤：
步骤A：将粉煤灰或炉渣焙烧活化；
步骤B：将活化后的粉煤灰或炉渣快速冷却到室温后，加入氢氧化钠溶液，配置为生料浆液；
步骤C：将生料浆液进行预脱硅；
步骤D：固液分离，固体为滤饼；滤饼用水洗涤后烘干，为精矿；
步骤E：将洗涤滤饼的滤液碳分；碳分后的滤液进行抽滤后，固液分离，液体为预脱硅母液，固体为滤饼；用水洗涤滤饼，洗涤滤饼后的滤液与预脱硅母液一起收集去苛化后直接用作预脱硅用碱液。
进一步，在步骤A中，所述焙烧活化的工艺条件为：温度为800℃～1000℃，恒温30～120分钟。
进一步，在步骤B中，所述氢氧化钠溶液的浓度和量为：浓度从80克/升～320克/升、每千克粉煤灰或炉渣所需加入的氢氧化钠溶液为3～8升。
进一步，在步骤C中，所述预脱硅的工艺条件为：在70～100℃下恒温预脱硅2～8个小时。
进一步，在步骤D中，所述用热水淋洗滤饼的工艺条件为：热水的温度为50～85℃，每千克干滤饼所用热水的体积为4～8升，分3～8次淋洗滤饼，从第二次淋洗滤饼开始，每次将后面一次洗涤滤饼后的滤液去作为下一轮前一次的洗涤用稀氢氧化钠溶液，以此类推。
进一步，在步骤E中，所述碳分的工艺条件为：将滤液在60～95℃恒温中碳分1～3小时，所用二氧化碳体积分数的浓度为30％～50％，碳分终点的PH值在7.5～10.5之间。
进一步，在步骤E中，所述用水洗涤滤饼的工艺条件为：热水的温度为50～85℃，每千克含水滤饼所用热水的体积为0.5～2升。
进一步，干粉煤灰或炉渣联产白炭黑的方法为，在步骤E中：
所述用水洗涤后的滤饼用1.5～3摩尔/升的硫酸或盐酸进行低温搅拌洗涤，除去滤饼中残存的碱以及其它可溶性铁等杂质，并将滤饼中残存的Na2SiO3完全转化为H2SiO4；
将酸洗后的滤饼用50～85℃的纯净水分3～6洗涤，每千克含水滤饼所用热水的体积为3～5升，的淋洗滤饼到最后滤液中检测不到氯离子以及钠离子；
将洗涤后的滤饼进行扩孔、脱水、烘干处理即为白炭黑成品。
本发明在以下方面进行了改进：
1、粉煤灰或炉渣焙烧活化后用烧碱溶液预脱硅，可将粉煤灰或炉渣的铝硅比从预脱硅前的1.01提高到预脱硅后的2.14左右；
2、粉煤灰或炉渣的预脱硅液原液通过碳酸化分解制取白炭黑；
3、碳酸化分解制得的白炭黑水洗加盐酸洗涤的提纯、净化工艺；
4、预脱硅碳分母液苛化后不浓缩直接利用预脱硅，可以极大地减少能耗。
本发明的有益效果为：
1、可以显著提高剩余粉煤灰中的铝硅比，大幅降低单位氧化铝需配制的待烧生料量、能耗、物耗及成渣量，降低了废渣处理难度；
2、能在提取非晶态氧化硅的同时，打破玻璃相对莫来石和刚玉的包裹，使粉煤灰颗粒产生大量的孔洞，显著提高粉煤灰的反应活性，提高碳酸钠-碳酸钙-脱硅高铝粉煤灰体系反应速率，降低焙烧温度，因而可降低对焙烧设备的性能要求；
3、预脱硅后的高铝粉煤灰，其铝硅比提高后，其作为铝土矿资源的潜力大大提高，为合理的从粉煤灰/炉渣中提取氧化铝，拓宽了氧化铝的来源渠道，从一定程度上缓解我国氧化铝的供求矛盾，又能节约铝资源，遏制我国铝土矿资源加速枯竭的趋势，极大地缓解了我国铝土矿资源的短缺。
【附图说明】
图1为粉煤灰或炉渣预脱硅的方法的流程图。
【具体实施方式】
为了使本领域技术人员能进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，附图仅提供参考与说明，并非用来限制本发明。
下面结合附图，对本发明的实施方式进行描述。
如图1所示，粉煤灰或炉渣预脱硅的方法，可以通过以下步骤来实现：
101：将粉煤灰或炉渣在800℃～1000℃焙烧活化，并恒温30～120分钟；
102：将活化后的粉煤灰或炉渣快速冷却到室温后，加入氢氧化钠溶液，加入氢氧化钠溶液的浓度和量为：浓度为80克/升～320克/升、每千克粉煤灰或炉渣所需加入的氢氧化钠溶液为3～8升；得生料浆液；
103：将配好的生料浆液在70～100℃下恒温预脱硅2～8个小时；
104：抽滤，固液分离，液体为预脱硅原液；固体为滤饼，用50～85℃水分3～8次淋洗滤饼，每千克干滤饼所用热水的体积为4～8升，从第二次淋洗滤饼开始，每次将后面一次洗涤滤饼后的滤液去作为下一轮前一次的洗涤用稀氢氧化钠溶液，以此类推；滤饼洗涤后烘干，为精矿，作为碱石灰(石)烧结法的铝矿资源；
105：将预脱硅原液在60～95℃恒温中碳分1～3小时，所用二氧化碳浓度30～50％(体积分数)，碳分终点的PH值在7.5～10.5之间；
将碳分后的预脱硅原液进行抽滤后，进行固液分离，收集滤液为预脱硅母液；固体为滤饼，用50～85℃水搅拌洗涤滤饼，每千克含水滤饼所用热水的体积为0.5～2升；
洗涤滤饼后的滤液与预脱硅母液一起收集去苛化后直接用作预脱硅用碱液。
该方法联产白炭黑的步骤为，接步骤105，再进行以下步骤：
106：所述用水洗涤后的滤饼用1.5～3摩尔/升的硫酸或盐酸进行低温搅拌洗涤，除去滤饼中残存的碱以及其它可溶性铁等杂质，并将滤饼中残存的Na2SiO3完全转化为H2SiO4；
107：将酸洗后的滤饼用50～85℃的纯净水分3～6洗涤，每千克含水滤饼所用热水的体积为3～5升，的淋洗滤饼到最后滤液中检测不到氯离子以及钠离子；
108：将洗涤后的滤饼进行扩孔、脱水、烘干处理即为白炭黑成品
以下列表为根据以上流程的4个实施例，每个实施例列出了在上述流程中的工艺条件的数据，以及联产产品白炭黑的产出量。
注：固液比是指固体的质量(千克)与所用液体的体积(升)的比值。
Figure A20081011535900071
Figure A20081011535900081
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此即限制本发明的专利范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利范围内。

Claims (8)

1.一种粉煤灰或炉渣预脱硅的方法，包括以下步骤：
步骤A：将粉煤灰或炉渣焙烧活化；
步骤B：将活化后的粉煤灰或炉渣快速冷却到室温后，加入氢氧化钠溶液，配置为生料浆液；
步骤C：将生料浆液进行预脱硅；
步骤D：固液分离，固体为滤饼；滤饼用水洗涤后烘干，为精矿；
步骤E：将洗涤滤饼的滤液碳分；碳分后的滤液进行抽滤后，固液分离，液体为预脱硅母液，固体为滤饼；用水洗涤滤饼，洗涤滤饼后的滤液与预脱硅母液一起收集去苛化后直接用作预脱硅用碱液。
2.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤A中，所述焙烧活化的工艺条件为：温度为800℃～1000℃，恒温30～120分钟。
3.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤B中，所述氢氧化钠溶液的浓度和量为：浓度从80克/升～320克/升、每千克粉煤灰或炉渣所需加入的氢氧化钠溶液为3～8升。
4.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤C中，所述预脱硅的工艺条件为：在70～100℃下恒温预脱硅2～8个小时。
5.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤D中，所述用热水淋洗滤饼的工艺条件为：热水的温度为50～85℃，每千克干滤饼所用热水的体积为4～8升，分3～8次淋洗滤饼，从第二次淋洗滤饼开始，每次将后面一次洗涤滤饼后的滤液去作为下一轮前一次的洗涤用稀氢氧化钠溶液，以此类推。
6.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤E中，所述碳分的工艺条件为：将滤液在60～95℃恒温中碳分1～3小时，所用二氧化碳体积分数的浓度为30％～50％，碳分终点的PH值在7.5～10.5之间。
7.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在步骤E中，所述用水洗涤滤饼的工艺条件为：热水的温度为50～85℃，每千克干滤饼所用热水的体积为0.5～2升。
8.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，干粉煤灰或炉渣联产白炭黑的方法为，在步骤E中：
所述用水洗涤后的滤饼用1.5～3摩尔/升的硫酸或盐酸进行低温搅拌洗涤，除去滤饼中残存的碱以及其它可溶性铁等杂质，并将滤饼中残存的Na2SiO3完全转化为H2SiO4；
将酸洗后的滤饼用50～85℃的纯净水分3～6洗涤，每千克含水滤饼所用热水的体积为3～5升，的淋洗滤饼到最后滤液中检测不到氯离子以及钠离子；
将洗涤后的滤饼进行扩孔、脱水、烘干处理即为白炭黑成品。
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