CN104556056B - 利用高硅粉煤灰制取白炭黑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金、化工及硅酸铝保温材料领域，尤其涉及一种利用高硅粉煤灰制取白炭黑的方法。所述方法包括如下步骤：将高硅粉煤灰与碱液混合并过滤得滤液和滤渣，滤液通过提模、过滤、碳酸化分解、过滤、干燥后即得合格白炭黑产品。本发明工艺简单，操作方便，对现有技术中难以提取氧化铝的低铝高硅含量的粉煤灰进行制备白炭黑和保温材料，提高资源利用，提高碱液的循环使用，不仅环保而且提高了企业效益。
Description
技术领域
本发明涉及冶金、化工及硅酸铝保温材料领域，尤其涉及一种利用高硅粉煤灰制取白炭黑的方法。
背景技术
我国大部分地区粉煤灰中氧化铝平均含量为35％左右，铝硅比通常小于1，不适合提取其中的氧化铝。而粉煤灰中SiO2含量往往高达50％以上，根据相关文献研究发现SiO2在粉煤灰中有多种形态存在，主要有晶体形式存在的莫来石，石英砂和非晶体形式的玻璃体等。不同结构形态的二氧化硅与酸碱反应难易程度差别较大。通过对电厂粉煤灰的实验研究，发现温度小于100℃时，电厂粉煤灰中的SiO2能与一定浓度苛性碱溶液较快反应，然而进一步增加碱液浓度，提高体系温度，溶解在碱液中的SiO2浓度不再增大，甚至有下降的趋势。为尽可能将这部分SiO2充分溶解出来，必须控制好最佳的工艺条件。这一原理为高硅粉煤灰生产白炭黑提供了理论依据。
白炭黑是一种白色粉末无定形水合二氧化硅，其化学式为：mSiO2·nH2O，白炭黑是一种基础性材料，被广泛应用于制约、农药、油漆、造纸、装饰涂料、橡胶等领域。目前开发应用比较好的是橡胶填料，性能比添加炭黑要好，成本比炭黑低。
现有生产白炭黑的技术是用石英砂加纯碱或苛碱生产出水玻璃，再用水玻璃与稀硫酸(稀盐酸)反应来制取白炭黑，碱液不能循环利用，能耗和碱耗都很高。由于使用的是强酸，防腐蚀就成为设备选型的主要考虑因素，设备、仪器仪表及工艺管网等投资大，费用高。采取此工艺，经济效益低下，污染环境，也不利于节能减排。在现有的中国技术专利中，申请号为200610012780.7的发明专利“粉煤灰中制取氧化铝同时联产白炭黑的方法”公开的技术方案是利用活化后的粉煤灰和硫酸氨反应，再用分离后的废渣加氢氧化钠溶液反应制取水玻璃，然后又回到传统制取白炭黑的工艺技术中，缺点是该工艺流程复杂，生产过程难于控制，酸腐蚀难于避免，环境污染严重，设备投资高，产品不稳定，经济效益低下，因此难于应用到生产中。申请号为200810112619.6的发明专利“一种利用高铝粉煤灰生产白炭黑的方法及其系统”公开的技术方案主要缺陷是：技术方案中的预脱硅温度、压力较高，炭化工艺存在严重缺陷，工艺指标难于控制造成产品质量不稳定，废渣处理是先用其生产氧化铝，再用赤泥生产水泥，物料无法平衡，势必产生二次污染，且投资高，污染严重，经济效益低下，不利于节能减排。
发明内容
为了克服现有技术不足，本发明提供了利用高硅粉煤灰制取白炭黑的方法，本发明工艺简单，操作方便，对现有技术中难以提取氧化铝的低铝高硅含量的粉煤灰进行制备白炭黑和，提高资源利用，提高碱液的循环使用，不仅环保而且提高了企业效益。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
利用高硅粉煤灰制取白炭黑的方法，步骤如下：
步骤一，取高硅粉煤灰与碱液混合至混合物固含量为350-450g/L，用低于0.6Mpa的饱和水蒸汽加热至95-105℃，进行预脱硅反应5-8h，将反应液固液分离，对分离出的固体进行洗涤，并将洗涤液与分离获得的液体混合；
步骤二，取步骤一所得混合液体，加热至75-95℃，然后加入硅胶至硅酸钠模数为1.2-2.0，过滤后得浮游物含量低于0.02g/L的滤液，滤液加水稀释至SiO2浓度为50-80g/L；
步骤三，对步骤二稀释后的滤液进行二段碳酸化分解，之后进行固液分离，洗涤固体，将洗涤液与分离得到的液体混合；取洗涤后固体在酸性环境中陈化之后分离纯化，即得白炭黑。
优选的，步骤一中，所述的高硅粉煤灰中的SiO2≥50％，Al2O3≤35％,所述碱液为浓度小于125g/L的苛性碱溶液。
优选的，步骤一中的固液分离工艺和步骤二中的过滤工艺采用立式叶滤机进行分离和过滤；步骤三中，固液分离的工艺采用板框压滤机进行分离。
优选的，步骤三中，所述二段碳酸化分解中在两组碳分槽中进行，第一组碳分槽内的温度不小于85℃,pH值为10.5-11；第二组碳分槽的温度T不低于65℃，PH值为6-8。
优选的，所述的二段碳酸化分解后获得的产物中，SiO2≤1g/L。
优选的，步骤三中，洗涤液和分离得到的液体混合后，置于沉降槽中，取其底流并过滤，滤渣送入苛化槽，加入石灰进行苛化反应，将苛化反应后的产物与沉降槽中的清液混合，作为步骤一中的碱液回用。
优选的，石灰的加入量为CaO/Na2Oc＝1.3，苛化反应的温度为95-105℃，时间为2小时。
优选的，步骤三中，采用快速闪蒸干燥机对滤渣进行烘干，烘干温度为350～450℃，干燥后白炭黑的水分含量为5～8％。
优选的，步骤三中，向洗涤后的固体中加入浓度为1～2mol/L稀硫酸调节酸化环境，控制pH为2.5-5.5。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1)本发明具有广泛的适用性。国内大多数热电厂产生的粉煤灰都是低铝高硅粉煤灰，不适合制取氧化铝。除内蒙古准格尔和山西朔州发现的粉煤灰中含氧化铝较高外，其余的电厂粉煤灰均可采用本发明技术方案加以综合利用。
2)节能效果显著。粉煤灰中部分二氧化硅在常温常压下容易与苛性碱溶液反应，设计工艺流程简单，热能耗大大减少，本发明所有的洗涤用水均来自生产中产生的冷凝水和回收处理的循环水，实现了水的循环利用，降低了水耗，避免污水排放。
3)本发明采用的是水玻璃二段连续碳分分解新工艺，实现了白炭黑的连续化、自动化生产，确保产品的质量稳定可靠。水玻璃的模数调整也变得简单易行；本发明采用二氧化碳作为与水玻璃反应，不仅使石灰烧制中的二氧化碳得以利用，减少了温室气体排放，也实现了碱液的可循环利用，降低了碱耗，减少了环境污染。
4)本发明采用快速闪蒸烘干白炭黑新工艺，省略了现有技术中的打浆步骤，使进入烘干设备前白炭黑的水份大幅度降低，烘干室能耗大幅度降低，生产成本降低10％以上。用本发明生产的产品白炭黑，纯度可达92％以上，物理性能优良，经济效益和环保效益突出。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
从电厂运来的罐车高硅粉煤灰用压缩空气吹进粉煤灰原料仓内，原料仓上设收尘装置，原料仓锥底出口设强力磁铁除铁装置，后经皮带秤定量后的粉煤灰与调配好的合格循环碱液按固液比1：2.5进行配料，经对料浆各项制备检测合格后打入缓冲槽，固含为350g/L，调配好的合格料浆以备预脱硅之用。
步骤一，取调配好的合格料浆通过溶液泵送入预脱硅加热槽，用低于0.6Mpa的饱和水蒸汽加热至95℃，在常压恒温下进行预脱硅反应5h，将反应液通过立式叶滤机进行固液分离，洗涤固体，并将洗涤液与分离获得的液体混合；
步骤二，取步骤一所得混合液体，加热至75℃并加入硅胶至硅酸钠模数为1.2，用喂料泵将粗液打入立式叶滤机进行过滤精制，得浮游物含量低于0.02g/L的滤液，并加水稀释SiO2浓度为50g/L；；
步骤三，对步骤二所得产物进行二段碳酸化分解：
1.将步骤二中稀释后的滤液送入第一组碳分槽碳酸化分解，向第一组碳分槽内通入二氧化碳并确保第一组碳分槽内的温度为85℃,pH值为10.5；
2.将第一次碳酸化分解后的产物送入第二组碳分槽内，向第二组碳分槽内通入二氧化碳并确保第二组碳分槽的温度为65℃，pH值为6，经过第二次碳酸化分解后的混合物中，碳分母液中SiO2≤1g/L。
然后将所得混合物采用板框压滤机进行固液分离，洗涤固体，将洗涤液与分离所得的液体混合；向洗涤后的固体中加入浓度为1mol/L稀硫酸控制pH值为值2.5，陈化20分钟后过滤，并经电子皮带秤送入快速闪蒸干燥机进行烘干，控制主炉温度为350℃，干燥后白炭黑的水分含量为5％，即得合格的白炭黑产品。
取步骤三中的混合液体，置于沉降槽中，取其底流并过滤得滤渣，将滤渣送入苛化槽，加入石灰进行苛化反应，将苛化反应后的产物与沉降槽中的清液混合，即得步骤一中所用的循环碱液。
石灰的加入量为CaO/Na2Oc＝1.3，苛化反应的温度为95℃，苛化时间为2小时。
实施例2
从电厂运来的罐车高硅粉煤灰用压缩空气吹进粉煤灰原料仓内，原料仓上设收尘装置，原料仓锥底出口设强力磁铁除铁装置，后经皮带秤定量后的粉煤灰与调配好的合格循环碱液按固液比1：3.5进行配料，经对料浆各项制备检测合格后打入缓冲槽，固含为450g/L，调配好的合格料浆以备预脱硅之用。
步骤一，取调配好的合格料浆通过溶液泵送入预脱硅加热槽，用低于0.6Mpa的饱和水蒸汽加热至105℃，在常压恒温下进行预脱硅反应8h，将反应液通过立式叶滤机进行固液分离，洗涤固体，并将洗涤液与分离获得的液体混合；
步骤二，取步骤一所得混合液体，加热至95℃并加入硅胶至硅酸钠模数为2.0，用喂料泵将粗液打入立式叶滤机进行过滤精制，得浮游物含量低于0.02g/L的滤液，并加水稀释SiO2浓度为80g/L；；
步骤三，对步骤二所得产物进行二段碳酸化分解：
1.将步骤二中稀释后的滤液送入第一组碳分槽碳酸化分解，向第一组碳分槽内通入二氧化碳并确保第一组碳分槽内的温度为90℃,pH值为11；
2.将第一次碳酸化分解后的产物送入第二组碳分槽内，向第二组碳分槽内通入二氧化碳并确保第二组碳分槽的温度为75℃，pH值为8，经过第二次碳酸化分解后的混合物中，碳分母液中SiO2≤1g/L。
然后将所得混合物采用板框压滤机进行固液分离，洗涤固体，将洗涤液与液体混合；向洗涤后的固体中加入浓度为1～2mol/L稀硫酸控制pH值为值5.5，陈化20分钟后过滤，并经电子皮带秤送入快速闪蒸干燥机进行烘干，控制主炉温度为450℃，干燥后白炭黑的水分含量为8％，即得合格的白炭黑产品。
取步骤三中的混合液体，置于沉降槽中，取其底流并过滤得滤渣，将滤渣送入苛化槽，加入石灰进行苛化反应，将苛化反应后的产物与沉降槽中的清液混合，即得步骤一中所用的循环碱液。
石灰的加入量为CaO/Na2Oc＝1.3，苛化反应的温度为105℃，苛化时间为2小时。
实施例3
从电厂运来的罐车高硅粉煤灰用压缩空气吹进粉煤灰原料仓内，原料仓上设收尘装置，原料仓锥底出口设强力磁铁除铁装置，后经皮带秤定量后的粉煤灰与调配好的合格循环碱液按固液比1：3进行配料，经对料浆各项制备检测合格后打入缓冲槽，固含为400g/L，调配好的合格料浆以备预脱硅之用。
步骤一，取调配好的合格料浆通过溶液泵送入预脱硅加热槽，用低于0.6Mpa的饱和水蒸汽加热至100℃，在常压恒温下进行预脱硅反应6h，将反应液通过立式叶滤机进行固液分离，洗涤固体，并将洗涤液与分离获得的液体混合；
步骤二，取步骤一所得混合液体，加热至85℃并加入硅胶至硅酸钠模数为1.5，用喂料泵将粗液打入立式叶滤机进行过滤精制，得浮游物含量低于0.02g/L的滤液，并加水稀释SiO2浓度为65g/L；；
步骤三，对步骤二所得产物进行二段碳酸化分解：
1.将步骤二中稀释后的滤液送入第一组碳分槽碳酸化分解，向第一组碳分槽内通入二氧化碳并确保第一组碳分槽内的温度为90℃,pH值为10.8；
2.将第一次碳酸化分解后的产物送入第二组碳分槽内，向第二组碳分槽内通入二氧化碳并确保第二组碳分槽的温度为70℃，pH值为7，经过第二次碳酸化分解后的混合物中，碳分母液中SiO2≤1g/L。
然后将所得混合物采用板框压滤机进行固液分离，洗涤固体，将洗涤液与液体混合；向洗涤后的固体中加入浓度为1.5mol/L稀硫酸控制pH值为值3.5，陈化20分钟后过滤，并经电子皮带秤送入快速闪蒸干燥机进行烘干，控制主炉温度为400℃，干燥后白炭黑的水分含量为6％，即得合格的白炭黑产品。
取步骤三中的混合液体，置于沉降槽中，取其底流并过滤得滤渣，将滤渣送入苛化槽，加入石灰进行苛化反应，将苛化反应后的产物与沉降槽中的清液混合，即得步骤一中所用的循环碱液。
石灰的加入量为CaO/Na2Oc＝1.3，苛化反应的温度为100℃，苛化时间为2小时。
Claims (2)
1.利用高硅粉煤灰制取白炭黑的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一，取高硅粉煤灰与碱液混合至混合物固含量为350-450g/L，用低于0.6Mpa的饱和水蒸汽加热至95-105℃，进行预脱硅反应5-8h，将反应液固液分离，对分离出的固体进行洗涤，并将洗涤液与分离获得的液体混合；高硅粉煤灰中的SiO2≥50％，Al2O3≤35％,所述碱液为浓度小于125g/L的苛性碱溶液；
步骤二，取步骤一所得混合液体，加热至75-95℃，然后加入硅胶至硅酸钠模数为1.2-2.0，过滤后得浮游物含量低于0.02g/L的滤液，滤液加水稀释至SiO2浓度为50-80g/L；
步骤三，对步骤二稀释后的滤液进行二段碳酸化分解，之后进行固液分离，洗涤固体，将洗涤液与分离得到的液体混合；取洗涤后固体在酸性环境中陈化之后分离纯化，即得白炭黑；
步骤三中，洗涤液和分离得到的液体混合后，置于沉降槽中，取其底流并过滤，滤渣送入苛化槽，加入石灰进行苛化反应，将苛化反应后的产物与沉降槽中的清液混合，作为步骤一中的碱液回用；石灰的加入量为CaO/Na2Oc＝1.3，苛化反应的温度为95-105℃，时间为2小时；所述二段碳酸化分解中在两组碳分槽中进行，第一组碳分槽内的温度不小于85℃,pH值为10.5-11；第二组碳分槽的温度T不低于65℃，PH值为6-8；所述的二段碳酸化分解后获得的产物中，SiO2≤1g/L；采用快速闪蒸干燥机对滤渣进行烘干，烘干温度为200～300℃，干燥后白炭黑的水分含量为6～7％；向洗涤后的固体中加入浓度为1～2mol/L稀硫酸调节酸化环境，控制pH为1.5-3.5。
2.如权利要求1所述的利用高硅粉煤灰制取白炭黑的方法，其特征在于：步骤一中的固液分离工艺和步骤二中的过滤工艺采用立式叶滤机进行分离和过滤；步骤三中，固液分离的工艺采用板框压滤机进行分离。
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