CN101920967A

CN101920967A - 一种从粉煤灰中提取二氧化硅的方法

Info

Publication number: CN101920967A
Application number: CN 201010257636
Authority: CN
Inventors: 秦晋国
Original assignee: SHUOZHOU RUNZE INVESTMENT DEVELOPMENT CO LTD
Current assignee: SHUOZHOU RUNZE INVESTMENT DEVELOPMENT CO LTD
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2010-12-22

Abstract

一种从粉煤灰中提取二氧化硅的方法，是用氢氧化钠溶液碱解粉煤灰中的二氧化硅制备成模数为0.4～0.8的硅酸钠溶液，直接加热蒸发硅酸钠溶液浓缩至溶液固含量为30～56％，排入冷却结晶槽中，降温至55～65℃，加入适量晶种，继续冷却至30～35℃后，过滤分离，得到模数为1的偏硅酸钠晶体和NaOH溶液。NaOH溶液经补碱调整后返送到碱解粉煤灰工序循环使用，偏硅酸钠晶体用来生产五水偏硅酸钠或无水偏硅酸钠，或用碳分法生产白炭黑。本发明方法既大幅度减少了石灰石消耗，减少了苛化碱液量和蒸发水量及CO₂气体用量，节约了资源、降低了工艺能耗，又减化了工序，降低了粉煤灰提取SiO₂的成本，对粉煤灰资源化利用将起到关键的支撑作用，有非常大的工业应用价值。

Description

一种从粉煤灰中提取二氧化硅的方法

技术领域

本发明属于粉煤灰的资源化综合利用，涉及一种从粉煤灰中提取二氧化硅的方法。

背景技术

我国是煤炭生产和消费大国，年消费量达25亿吨，其中一半用于火力发电。燃煤发电必然产生大量粉煤灰，在东南沿海和发达地区，粉煤灰综合利用技术水平较高，就地利用率几乎近100％；但在煤炭资源比较丰富的山西、内蒙、陕北等地区，坑口电厂密集，且电厂多以原煤或低热值高灰分的混煤为燃料，因此粉煤灰排放量十分巨大，再加之这些地区经济欠发达，粉煤灰就地利用率非常低，电厂多采取将灰直接排入灰场贮存再掩埋的方式处置，占用土地量大，对周边自然生态环境和农业生产污染大，亟待整治。

粉煤灰是一种粉状矿物资源，其主要成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、TiO₂等，还含有微量稀土和稀散金属。普通粉煤灰含Al₂O₃约为15～30％，含SiO₂为40～55％；但在内蒙准格尔和朔州煤田所产的原煤中，由于灰分中富含高岭土，因此，其原煤经粉末化燃烧后产出Al₂O₃含量约40％的高铝粉煤灰，极具资源化利用价值。

现在世界上90％以上的Al₂O₃都是采用拜耳法工艺生产的。但是拜耳法生产Al₂O₃要求矿石的铝硅比较高，至少应大于7才经济高效。铝硅比≤6的铝土矿虽可用选矿拜耳法予以富集高铝硅比矿石，但资源浪费大。而碱石灰烧结法虽可以有效地回收铝硅比3～6矿石中的氧化铝，但工艺复杂，能耗高，产品成本高，在Al₂O₃市场低糜时，往往难以生存。

高铝粉煤灰含铝量高，但硅含量也高，其铝硅比仅为0.8左右，所以用常规氧化铝提取技术很难经济高效地回收其中的氧化铝。

ZL 200710060662.X提供了一种从高铝粉煤灰中先提硅再提铝的方法，为高铝粉煤灰的资源化利用开辟了新径。该法先用质量浓度≥40％的NaOH溶液浸出粉煤灰中的二氧化硅，使之生成硅酸钠进入溶液，稀释后过滤分离得到低模数的硅酸钠溶液，再使用碳酸化分解法将溶液中的硅酸钠彻底碳分成硅酸，过滤分离得到碳酸钠溶液和硅酸滤饼。其中产生的碳酸钠溶液再用石灰乳苛化后，经蒸发浓缩制成循环碱液使用。这一方法虽然技术成熟可靠，但工艺繁长，物料、能量消耗大，设备投资也多，最终产品成本高，给该项新技术的产业化推广应用造成不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种从粉煤灰中提取二氧化硅的方法，该方法能显著减少工艺中无效苛性碱的循环量，并大幅度减少石灰石的用量、降低物耗和能耗。

本发明是通过如下方式实现的：

1).将粉煤灰与质量浓度为20～70％的氢氧化钠溶液按照1∶1～4的固液比配制成浆，在溶液沸点温度下碱解粉煤灰中的二氧化硅，使之生成硅酸钠进入溶液中，然后将浆液稀释过滤，与碱浸渣分离后得到模数为0.4～0.8的低模数硅酸钠溶液；

2).加热蒸发得到的低模数硅酸钠溶液，浓缩至固含量为30～56％，排入冷却结晶槽中，降温至55～65℃，加入适量晶种，继续冷却至30～35℃，过滤分离，得到模数为1的偏硅酸钠晶体和NaOH溶液。

以上过滤得到的NaOH溶液质量浓度为12～30％，SiO₂含量≤4g/L，可以泵送到循环碱液调整槽，经补碱调整后返送到碱解工序循环使用。

过滤得到的偏硅酸钠晶体用蒸汽加热溶化后，即可用来生产五水偏硅酸钠或无水偏硅酸钠，也可以将溶液稀释后用碳分法生产白炭黑。

碳分法制备白炭黑时产生的Na₂CO₃溶液可以用石灰乳进行苛化处理，得到的稀NaOH溶液蒸浓后，再泵送到循环碱液调整槽，调整浓度后循环使用。

本发明从粉煤灰中提取二氧化硅的方法依据硅酸钠在苛性碱溶液中不同温度和浓度下溶解度的差异，通过控制温度和溶液浓度及结晶条件，使溶液中绝大部分硅酸钠以偏硅酸钠的形式结晶折出的，通过过滤分离得到模数为1的偏硅酸钠晶体和质量浓度12～30％的NaOH溶液，因此，大幅度提高了工艺中苛性碱的直接循环利用率。

得到的模数为1的偏硅酸钠晶体可用来生产偏硅酸钠衍生品或用碳分法生产白炭黑，这样做既大幅减少了石灰石消耗，减少了苛化量和蒸发水量及CO₂气体用量，也节约了资源、降低了工艺能耗，同时也极大地减化了工序，节省了投资，降低了粉煤灰提取SiO₂的成本，对粉煤灰资源化利用将起到关键的支撑作用，有非常大的工业应用价值。

本发明方法可以大规模、简单快捷地用粉煤灰生产五水偏硅酸钠或无水偏硅酸钠，节能减排降耗优势明显，为经济高效地资源化利用高铝粉煤灰提供了一条新途径。

具体实施方式

实施例1

将38％的NaOH溶液与A1₂O₃含量约40％的高铝粉煤灰按照1.2∶1的液固比混配成浆，快速升温至浆液沸腾温度，搅拌煮沸40分钟，用浓度3～5％的稀NaOH液或洗涤液稀释反应好的浆料，然后用过滤机进行液固分离，得到模数为0.55的硅酸钠溶液，溶液中SiO₂含量约为62～85g/L，经静置沉清处理后，将上清液泵入蒸发器中蒸发浓缩，使溶液中Na₂O₃与SiO₂总浓度达到45％左右，排至结晶槽中，待液温降至60℃左右时，加入适量晶种再继续降温，待液温降至30℃，过滤分离，得到偏硅酸钠晶体和浓度约为23％的NaOH溶液。

偏硅酸钠晶体可以用来继续生产五水偏硅酸钠或无水偏硅酸钠；浓度约为23％的NaOH溶液泵送至循环碱液调整槽，用42％NaOH溶液和片碱调整到38％的浓度后，返回碱解粉煤灰工序循环使用。

蒸发浓缩过程收集的冷凝水可以用来洗涤碱解工序中液固分离时排出的脱硅灰，洗涤后的脱硅灰送往氧化铝工序用于提取氧化铝。

实施例2

将实例1得到的偏硅酸钠晶体用蒸汽加热溶化，用冷凝水稀释至60g/l后，移至碳分釜中，通入CO₂气体，在70～85℃下搅拌碳分至pH＝9.5，停止碳分，过滤分离，得到硅酸滤饼，经洗涤，调pH值，再经打浆、喷雾、干燥后，收集得到SiO₂含量＞93.5％的白炭黑。碳分后的滤液与石灰乳混合，于100±5℃完成苛化，经蒸发浓缩后泵送至循环碱液调整槽，与结晶后过滤分离得到的浓度约23％NaOH溶液相混，再用42％的NaOH和片碱调整到38％的浓度，返回碱解粉煤灰工序循环使用。

蒸发浓缩过程收集的冷凝水可以用来洗涤碱解粉煤灰工序中液固分离时排出的脱硅灰。

Claims

1.一种从粉煤灰中提取二氧化硅的方法，包括以下步骤：

2).加热蒸发浓缩得到的低模数硅酸钠溶液至固含量为30～56％后，排入冷却结晶槽中，降温至55～65℃，加入适量晶种，继续冷却至30～35℃，过滤分离，得到模数为1的偏硅酸钠晶体和NaOH溶液。

2.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取二氧化硅的方法，其特征是所述过滤得到的NaOH溶液的质量浓度为12～30％，SiO₂含量≤4g/L。

3.根据权利要求2所述的从粉煤灰中提取二氧化硅的方法，其特征是将所述过滤得到的NaOH溶液泵送到循环碱液调整槽，经补碱调整后返送到碱液工序循环使用。

4.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取二氧化硅的方法，其特征是所述过滤得到的偏硅酸钠晶体用蒸汽加热溶化，用于生产五水偏硅酸钠或无水偏硅酸钠。

5.根据权利要求1所述的从粉煤灰中提取二氧化硅的方法，其特征是将所述过滤得到的偏硅酸钠晶体溶解稀释后用碳分法生产白炭黑。

6.根据权利要求5所述的从粉煤灰中提取二氧化硅的方法，其特征是将所述碳分法制备白炭黑时产生的Na₂CO₃溶液用石灰乳进行苛化处理，得到稀NaOH溶液，再蒸浓至碱浸所需浓度后，泵送到循环碱液调整槽，调整浓度后循环使用。