CN101993084A - 一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法 - Google Patents

一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备二氧化硅和氧化铝的方法，特别是涉及一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法。本发明是以粉煤灰、碳酸钠、氧化钙为原料，碳酸钠经氧化钙原位苛化，在高温高压反应体系中碱溶得硅酸钠液、碳酸钙和脱硅粉煤灰固体，其中硅酸钠液经CO2碳分得二氧化硅，碳酸钙和脱硅粉煤灰固体即可以碱石灰烧结法制备得氧化铝，又可制备发泡混凝土。制备氧化铝后的废渣可用于制备水泥、化工厂和燃煤锅炉尾气净化吸收剂、发泡混凝土的原料。同现有技术相比，本发明具有反应液腐蚀性弱，脱硅率高，制备的硅酸钠液金属含量低和白炭黑品质高，氧化铝提取率高等优点，同时本发明原料来源广，工艺简单，生产成本低，产品附加值高。

Description

一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法
技术领域
本发明涉及一种制备二氧化硅和氧化铝的方法，特别是涉及一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法。
背景技术
粉煤灰是粉煤燃烧后的细颗粒分散状残余物，我国粉煤灰的总堆积存量已超过数十亿吨，而且正以每年亿吨的速度增长。大量固体废弃物的不断产生给煤炭企业的正常运行和生态环境带来了巨大的压力，同时对国家可持续发展战略的贯彻实施也会产生重要影响。因此，开发和研究粉煤灰的综合有效利用对资源利用和环境保护有着重要的经济和社会意义。
粉煤灰的主要化学成分为Al2O3和SiO2，Al2O3约占粉煤灰的15～45％，SiO2一般在40％以上。如何在温和的工艺环境、较低的生产成本下提高粉煤灰的铝硅比是粉煤灰资源化利用技术的关键所在。传统工艺征对粉煤化学成分特征，通过强酸或强碱提取粉煤灰中的Al2O3或SiO2，工艺受粉煤灰化学成分的限制，无法推广，同时形成二次污染。CN101049935A公开了以高浓度NaOH液碱溶粉煤灰脱硅，脱硅粉煤灰配制CaO和CaCO3拜尔法焙烧制备氧化铝的方法，本方法高浓度NaOH液腐蚀性强，对设备和操作人员要求较高，常温常压反应体系脱硅率低，制备的硅酸钠液金属离子含量较高，除杂工序增加了生产成本，同时脱硅粉煤灰配制CaO和CaCO3时固体原料的均匀性无法满足，脱硅灰的含碱量高不仅增加脱碱成本而且造成苛性碱的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单，反应温和的粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法。
本发明包括如下步骤：
①一定比例的粉煤灰、碳酸钠、氧化钙和水放入密闭反应容器，其中碳酸钠和氧化钙的摩尔比为0.5～4，粉煤灰和氧化钙的质量比为1～5；液固比为2～10，固体为粉煤灰、碳酸钠、氧化钙的总质量；
②在50～400℃温度下、0.1～20MPa的压力下，碱溶10～60分钟后，过滤分离得硅酸钠液、脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物，洗涤固体混合物，脱水；
③硅酸钠液通入CO2碳分，制备得二氧化硅；
④脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物经调整碱比、钙比后以碱石灰烧结法制备得氧化铝；
上述的硅酸钠液碳分制备的碳酸钠液作反应原料循环利用。
上述的硅酸钠液CO2碳分的气源为石灰石烧制氧化钙的生成气。
上述的硅酸钠液CO2碳分的气源为燃煤锅炉的净化尾气。
上述的碱石灰烧结法所用的碳酸钙全部或者部分为原位苛化碳酸钠所得。
上述的固体混合物以碱石灰烧结法制备氧化铝的焙烧温度为700～1300℃。
上述的碱石灰烧结法制备氧化铝后的废渣用于制备水泥。
上述的碱石灰烧结法制备氧化铝后的废渣用于燃煤脱硫剂。
上述的碱石灰烧结法制备氧化铝后的废渣用于制备发泡混凝土。
上述的脱硅灰与碳酸钙混合物用于制备发泡混凝土。
本发明与现有的技术相比有如下优点：
1、碳酸钠和氧化钙经济易得，粉煤灰脱硅反应温和，腐蚀性弱。
2、反应体系中的碳酸根与金属离子生成碳酸盐固体不溶物，起到了除杂作用，提高了白炭黑产品品质，简化了除杂工序，降低生成成本。
3、碳酸钙等碳酸盐与脱硅粉煤灰混和均匀，提高了氧化铝制备效率。
4、高温高压脱硅提高了脱硅率和脱硅粉煤灰的铝硅比。
5、本发明避开直接使用高粘度氢氧化钠，降低了反应浆液粘度，易过滤分离，易洗涤。
6、本发明工艺过程中的废液、废气等均能有效循环利用，不排放任何废液、废气和废渣。
7、本发明工艺简单，反应温和，投资小，产品附加值高，是一个极有前景的粉煤灰资源化利用项目。
具体实施方式
实施方式1：
一定比例的粉煤灰、碳酸钠、氧化钙和水放入密闭反应容器，其中粉煤灰500g，碳酸钠和氧化钙的摩尔比为3，粉煤灰和氧化钙的质量比为2，液固比为4，在180℃温度下、0.9MPa压力下，碱溶30分钟后，过滤分离得硅酸钠液、脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物，洗涤固体混合物，干燥脱硅灰；
硅酸钠液通入CO2碳分，制备得二氧化硅，部分脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物与水泥、发泡剂以水混合制备发泡混凝土。
部分脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物以碱石灰烧结法制备得氧化铝，以碱石灰烧结法制备氧化铝后的废渣用于制备水泥。
实施方式2：
一定比例的粉煤灰、碳酸钠、氧化钙和水放入密闭反应容器，其中粉煤灰500g，碳酸钠和氧化钙的摩尔比为3，粉煤灰和氧化钙的质量比为2，液固比为4，在240℃温度下、1.2MPa压力下，碱溶30分钟后，过滤分离得硅酸钠液、脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物，洗涤固体混合物，干燥脱硅灰；
硅酸钠液通入CO2碳分，制备得二氧化硅，脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物以碱石灰烧结法制备得氧化铝，以碱石灰烧结法制备氧化铝后的废渣用于制备发泡混凝土砌块。
实施方式3：
一定比例的粉煤灰、碳酸钠、氧化钙和水放入密闭反应容器，其中粉煤灰500g，碳酸钠和氧化钙的摩尔比为1，粉煤灰和氧化钙的质量比为4，液固比为6，在300℃温度下、7.2MPa压力下，碱溶50分钟后，过滤分离得硅酸钠液、脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物，洗涤固体混合物，干燥脱硅灰；
硅酸钠液通入CO2碳分，制备得二氧化硅，脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物以碱石灰烧结法制备得氧化铝，以碱石灰烧结法制备氧化铝后的废渣打浆后用于燃煤锅炉尾气净化。
实施方式4：
一定比例的粉煤灰、碳酸钠、氧化钙和水放入密闭反应容器，其中粉煤灰500g，碳酸钠和氧化钙的摩尔比为0.8，粉煤灰和氧化钙的质量比为2，液固比为4，在300℃温度下、0.9MPa压力下，碱溶50分钟后，过滤分离得硅酸钠液、脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物，洗涤固体混合物，干燥脱硅灰；
硅酸钠液通入CO2碳分，制备得二氧化硅，脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物以碱石灰烧结法制备得氧化铝，以碱石灰烧结法制备氧化铝后的废渣干粉用于燃煤锅炉尾气的干法脱硫。
实施方式5：
一定比例的粉煤灰、碳酸钠、氧化钙和水放入密闭反应容器，其中粉煤灰500g，碳酸钠和氧化钙的摩尔比为1，粉煤灰和氧化钙的质量比为5，液固比为10，300℃温度、10MPa压力下碱溶60分钟后，过滤分离得硅酸钠液、脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物，洗涤固体混合物，干燥脱硅灰；
硅酸钠液通入CO2碳分，制备得二氧化硅，脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物以碱石灰烧结法制备得氧化铝，以碱石灰烧结法制备氧化铝后的废渣作为型煤的固硫剂。
实施方式6：
一定比例的粉煤灰、碳酸钠、氧化钙和水放入密闭反应容器，其中粉煤灰500g，碳酸钠和氧化钙的摩尔比为3，粉煤灰和氧化钙的质量比为5，液固比为5，在300℃温度下、10MPa压力下，碱溶60分钟后，过滤分离得硅酸钠液、脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物，洗涤固体混合物，干燥脱硅灰；
硅酸钠液通入CO2碳分，制备得二氧化硅，脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物以碱石灰烧结法制备得氧化铝，以碱石灰烧结法制备氧化铝后的废渣用于化工厂烟气净化。

Claims (10)

1.一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法，其特征在于包括如下步骤：
①一定比例的粉煤灰、碳酸钠、氧化钙和水放入密闭反应容器，其中碳酸钠和氧化钙的摩尔比为0.5～4，粉煤灰和氧化钙的质量比为1～5；液固比为2～10，固体为粉煤灰、碳酸钠、氧化钙的总质量；
②在50～400℃温度下、0.1～20MPa的压力下，碱溶10～60分钟后，过滤分离得硅酸钠液、脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物，洗涤固体混合物，脱水；
③硅酸钠液通入CO2碳分，制备得二氧化硅；
④脱硅粉煤灰和碳酸钙固体混合物以碱石灰烧结法制备得氧化铝。
2.如权利要求1所述的一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法，其特征在于所述的硅酸钠液碳分制备的碳酸钠液作反应原料循环利用。
3.如权利要求1所述的一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法，其特征在于所述的硅酸钠液CO2碳分的气源为石灰石烧制氧化钙的生成气。
4.如权利要求1所述的一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法，其特征在于所述的硅酸钠液CO2碳分的气源为燃煤锅炉的净化尾气。
5.如权利要求1所述的一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法，其特征在于所述的碱石灰烧结法所用的碳酸钙全部或者部分为原位苛化碳酸钠所得。
6.如权利要求1所述的一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法，其特征在于所述的固体混合物以碱石灰烧结法制备氧化铝的焙烧温度为700～1300℃。
7.如权利要求1所述的一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法，其特征在于所述的碱石灰烧结法制备氧化铝后的废渣用于制备水泥。
8.如权利要求1所述的一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法，其特征在于所述的碱石灰烧结法制备氧化铝后的废渣用于燃煤脱硫剂。
9.如权利要求1所述的一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法，其特征在于所述的碱石灰烧结法制备氧化铝后的废渣用于制备发泡混凝土。
10.如权利要求1所述的一种粉煤灰制备二氧化硅和氧化铝的方法，其特征在于所述的脱硅灰与碳酸钙混合物用于制备发泡混凝土。
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