CN105858674B - 一种利用高铝粉煤灰制备方钠石的方法 - Google Patents

一种利用高铝粉煤灰制备方钠石的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种利用高铝粉煤灰制备方钠石的方法。该方法包括如下步骤：1)对高铝粉煤灰进行预脱硅处理，得到脱硅粉煤灰和脱硅碱液；2)将脱硅粉煤灰与碳酸钠和石灰石混合，随后依次进行焙烧和溶出，得到铝酸钠溶液；3)将脱硅碱液、铝酸钠溶液和氯化钠溶液混合均化，得到均化浆料；4)对均化浆料进行晶化，并对晶化产物进行过滤、洗涤和干燥，得到方钠石。本发明以工业中间产物脱硅碱液和铝酸钠溶液作为原料制备适于工业应用的方钠石，工艺简单、能耗低、成本小、原料利用率高，利用该方法制备的方钠石具有白度高、粒度细、粒度均匀等特点，为生产高品质的方钠石奠定了基础，具有较大的工业化推广应用价值。

Description

一种利用高铝粉煤灰制备方钠石的方法
技术领域
本发明涉及一种粉煤灰的资源化利用方法，具体涉及一种利用高铝粉煤灰制备方钠石的方法。
背景技术
粉煤灰是火力发电厂燃煤后产生的固体废弃物，主要化学成分是氧化铝和二氧化硅。由于特殊的地质背景，鄂尔多斯盆地晚古生代煤层及夹矸中富含一水软铝石和高岭石等矿物，其在燃烧后产生高铝粉煤灰，其中含有37-52％的A12O3，35-52％的SiO2，此外Fe、Ti、Ca、Mg等的氧化物总含量为8-12％，还含有微量的稀散及稀土金属，是一种非常宝贵的含铝资源。因此，对高铝粉煤灰进行资源化利用，对于保护生态环境以及节约资源具有重要意义。
目前，在利用高铝粉煤灰、煤矸石、霞石、钾长石等含铝原料提取氧化铝的预脱硅工序中会产出大量的中间产物脱硅碱液和脱硅粉煤灰，其中脱硅碱液主要为硅酸钠与氢氧化钠的混合物，而脱硅粉煤灰在经熟料焙烧和熟料溶出后还会产出大量的中间产物铝酸钠溶液，其主要为铝酸钠、碳酸钠和氢氧化钠的混合物。如何对这些中间产物进行高值化利用并减少含硅中间产品的二次污染，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种利用高铝粉煤灰制备方钠石的方法，其不仅实现了高铝粉煤灰的资源化利用，并且为生产高品质的方钠石奠定了基础。
本发明提供一种利用高铝粉煤灰制备方钠石的方法，包括如下步骤：
1)对高铝粉煤灰进行预脱硅处理，得到脱硅粉煤灰和脱硅碱液；
2)将脱硅粉煤灰与碳酸钠和石灰石混合，随后依次进行焙烧和溶出，得到铝酸钠溶液；
3)将脱硅碱液、铝酸钠溶液和氯化钠溶液混合均化，得到均化浆料；
4)对均化浆料进行晶化，并对晶化产物进行过滤、洗涤和干燥，得到方钠石。
本发明对所述高铝粉煤灰不作严格限制，例如可以为鄂尔多斯盆地晚古生代煤层及夹矸中所富含的一水软铝石、高岭石等矿物燃烧后所产生的粉煤灰。进一步地，所述高铝粉煤灰的组成可以为：Al2O3 48-52％，SiO2 35-40％，Fe2O3 1.5-2％，CaO 4.8-5％，TiO21.4-1.5％，Na2O 0.1-0.2％。更进一步地，所述高铝粉煤灰的铝硅比(即氧化铝Al2O3与二氧化硅SiO2的摩尔比)为1.09-1.32。
在本发明中，可以采用本领域常规方法对高铝粉煤灰进行预脱硅处理，例如采用碱液进行预脱硅处理。在一实施方式中，步骤1)可以包括：将高铝粉煤灰与质量含量为10-15％的氢氧化钠溶液混合，控制氢氧化钠与高铝粉煤灰的质量比为(0.3-0.7)：1，在90-130℃下预脱硅处理1-3h，随后液固分离，得到脱硅粉煤灰和脱硅碱液。
此外，还可以通过本领域的其它现有技术或常规方法得到所述脱硅碱液，例如可以利用CN101798095B所公开的通过对富钾岩石预脱硅制备硅酸钾钠溶液的工艺得到；也可以通过CN102249253B中所公开的利用作为硅质原料的粉煤灰或煤矸石与氢氧化钠溶液进行脱硅反应得到。
进一步地，所述脱硅碱液中二氧化硅的浓度为40-80g/L，氧化钠的浓度为50-120g/L，氧化铝的浓度小于5g/L，Na2Oc的浓度小于17.1g/L；其中，所述Na2Oc(C为碳酸根CO3 2-的缩写)用来表征脱硅碱液中Na2CO3的含量，将溶液中Na2CO3的含量折合成Na2O计算，例如某溶液碳酸钠的含量为Zg/l，用Na2Oc来表示就是70.19(Z*62/106)g/L。
在本发明中，可以常用本领域常规方法进行所述焙烧和溶出，例如可以采用CN102249253A所公开的方法进行；其中，焙烧温度为1150-1300℃，焙烧时间10-60min；溶出温度为55-85℃，溶出时间为5-30min。
进一步地，所述铝酸钠溶液中氧化铝的浓度为80-130g/L，氧化钠的浓度为60-115g/L，二氧化硅的浓度为2-6g/L，碳酸钠的浓度为17-50g/L。
在发明的步骤3)中，将所述脱硅碱液和所述铝酸钠溶液以硅铝比(即二氧化硅与氧化铝的摩尔比)2.0～2.5的比例进行配料，并且控制均化浆料中的钠硅比(即氧化钠与二氧化硅的摩尔比)为2.0～4.5；此外，将所述脱硅碱液与所述氯化钠溶液以硅氯比(即二氧化硅与氯化钠的摩尔比)1.5～3.0的比例进行配料。
在本发明的具体方案中，在上述混合均化时，可以控制二氧化硅、氧化铝、氯化钠、氧化钠和水之间的摩尔比为1：(0.4-0.5)：(0.3-0.7)：(2-4.5)：(120-180)，进一步为1：(0.4-0.5)：(0.3-0.4)：(2-3.5)：(120-180)。
进一步地，可以在40-90℃下进行所述混合均化，并且控制所述混合均化的时间为20-120min。
在本发明的步骤4)中，可以控制所述晶化的温度为110-140℃，时间为1-12h；此外，可以采用50-100℃的水进行所述洗涤，其中水的用量为过滤所形成的滤饼重量的3-5倍；并且，可以控制所述干燥的温度为50-105℃。
进一步地，所述方钠石的粒度可以为2-16μm。
本发明的实施，至少具有以下优势：
1、本发明以工业中间产物脱硅碱液和铝酸钠溶液作为原料制备适于工业应用的方钠石，其原料价廉易得、性能稳定，既有效解决了工业中间产物消纳与高值化利用等问题，同时也大大降低了生产成本。
2、本发明的工艺简单、能耗低、成本小、原料利用率高，利用该方法制备的方钠石具有白度高、粒度细、粒度均匀等特点，为生产高品质的方钠石奠定了基础，具有较大的工业化推广应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的方纳石的X射线衍射图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1、预脱硅处理
取50克铝硅比为1.25的高铝粉煤灰，加入180mL浓度为100g/L的氢氧化钠溶液中，随后将混合物置于反应釜中，并于120℃的条件下预脱硅处理2.0小时；预脱硅处理后，对形成的产物进行过滤、洗涤，得到脱硅碱液和脱硅粉煤灰；其中，脱硅碱液中二氧化硅的浓度为63.56g/L，氧化钠的浓度为82.4g/L，氧化铝的浓度为1.38g/L，Na2Oc的浓度为4.9g/L。
2、焙烧、溶出
将上述脱硅粉煤灰与碳酸钠和石灰石混合，随后以常规方法依次进行焙烧和溶出，得到铝酸钠溶液，该铝酸钠溶液中氧化铝的浓度为106.83g/L，氧化钠的浓度为92.34g/L，二氧化硅的浓度为3.34g/L，碳酸钠的浓度20.6g/L。
3、混合均化
将上述脱硅碱液置于可控温的均化槽内，按照摩尔比SiO2：Al2O3：NaCl：Na2O：H2O＝1：0.45：0.35：2.8：120的比例依次加入上述铝酸钠溶液、去离子水和氯化钠，控制均化槽的温度为70℃，均化处理90min，得到均化浆料。
4、晶化
将上述均化浆液转移至高压反应釜内进行晶化，控制晶化温度为120℃，晶化时间为10小时，晶化后取出晶化产物；对晶化产物过滤后，采用90℃的热水逆向洗涤三次，然后于105℃条件下烘干，即得到粒度在2-16um之间的单一沸石矿物种方钠石，其白度高、粒度细、粒度均匀，X射线衍射图如图1所示。
实施例2
1、预脱硅处理
取50克铝硅比为1.17的高铝粉煤灰，加入150mL浓度为80g/L的氢氧化钠溶液中，随后将混合物置于反应釜中，并于120℃条件下预脱硅处理2.5小时；预脱硅处理后，对形成的产物进行过滤、洗涤，得到脱硅碱液和脱硅粉煤灰；其中，脱硅碱液中二氧化硅的浓度为46.67g/L，氧化钠的浓度为69.3g/L，氧化铝的浓度为1.23g/L，Na2Oc的浓度为7.8g/L。
2、焙烧、溶出
将上述脱硅粉煤灰与碳酸钠和石灰石混合，随后以常规方法依次进行焙烧和溶出，得到铝酸钠溶液，该铝酸钠溶液中氧化铝的浓度为95.47g/L，氧化钠的浓度为93.23g/L，二氧化硅的浓度为2.45g/L，碳酸钠的浓度22.4g/L。
3、混合均化
将上述脱硅碱液置于可控温的均化槽内，按照摩尔比SiO2：Al2O3：NaCl：Na2O：H2O＝1：0.5：0.4：3.0：150的比例依次加入上述铝酸钠溶液、去离子水和氯化钠，控制均化槽的温度为80℃，均化处理120min，得到均化浆料。
4、晶化
将上述均化浆液转移至高压反应釜内进行晶化，控制晶化温度为140℃，晶化时间为6小时，晶化后取出晶化产物；对晶化产物过滤后，采用90℃的热水逆向洗涤三次，然后于105℃条件下烘干，即得到粒度在2-16um之间的单一沸石矿物种方钠石，其白度高、粒度细、粒度均匀，X射线衍射图同图1。
实施例3
1、预脱硅处理
取50克铝硅比为1.09的高铝粉煤灰，加入200mL浓度为108g/L的氢氧化钠溶液中，随后将混合物置于反应釜中，并于130℃的条件下预脱硅处理2.0小时；预脱硅处理后，对形成的产物进行过滤、洗涤，得到脱硅碱液和脱硅粉煤灰；其中，脱硅碱液中二氧化硅的浓度为64.27g/L，氧化钠的浓度为82.14g/L，氧化铝的浓度为0.88g/L，Na2Oc的浓度为6.8g/L。
2、焙烧、溶出
将上述脱硅粉煤灰与碳酸钠和石灰石混合，随后以常规方法依次进行焙烧和溶出，得到铝酸钠溶液，该铝酸钠溶液中氧化铝的浓度为112.45g/L，氧化钠的浓度为103.98g/L，二氧化硅的浓度为3.45g/L，碳酸钠的浓度28.7g/L。
3、混合均化
将上述脱硅碱液置于可控温的均化槽内，按照摩尔比SiO2：Al2O3：NaCl：Na2O：H2O＝1：0.48：0.36：3.2：180的比例依次加入上述铝酸钠溶液、去离子水及氯化钠，控制均化槽的温度为90℃，均化处理60min，得到均化浆料。
4、晶化
将上述均化浆液转移至高压反应釜内进行晶化，控制晶化温度为130℃，晶化时间为8小时，晶化后取出晶化产物；对晶化产物过滤后，采用90℃的热水逆向洗涤三次，然后于105℃条件下烘干，即得到粒度在2-16um之间的单一沸石矿物种方钠石，其白度高、粒度细、粒度均匀，X射线衍射图同图1。
实施例4
1、预脱硅处理
取50克铝硅比为1.32的高铝粉煤灰，加入180mL浓度为110g/L的氢氧化钠溶液中，随后将混合物置于反应釜中，并于125℃的条件下预脱硅处理1.0小时；预脱硅处理后，对形成的产物进行过滤、洗涤，得到脱硅碱液和脱硅粉煤灰；其中，脱硅碱液中二氧化硅的浓度为55.34g/L，氧化钠的浓度为86.26g/L，氧化铝的浓度为1.87g/L，Na2Oc的浓度为7.8g/L。
2、焙烧、溶出
将上述脱硅粉煤灰与碳酸钠和石灰石混合，随后以常规方法依次进行焙烧和溶出，得到铝酸钠溶液，该铝酸钠溶液中氧化铝的浓度为104.21g/L，氧化钠的浓度为88.23g/L，二氧化硅的浓度为2.34g/L，碳酸钠的浓度为23.7g/L。
3、混合均化
将上述脱硅碱液置于可控温的均化槽内，按照摩尔比SiO2：Al2O3：NaCl：Na2O：H2O＝1：0.42：0.34：2.9：150的比例依次加入上述铝酸钠溶液、去离子水及氯化钠，控制均化槽的温度为60℃，均化处理120min，得到均化浆料。
4、晶化
将上述均化浆液转移至高压反应釜内进行晶化，控制晶化温度为110℃，晶化时间为12小时，晶化后取出晶化产物；对晶化产物过滤后，采用90℃的热水逆向洗涤三次，然后于105℃条件下烘干，即得到粒度在2-16um之间的单一沸石矿物种方钠石，其白度高、粒度细、粒度均匀，X射线衍射图同图1。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种利用高铝粉煤灰制备方钠石的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对高铝粉煤灰进行预脱硅处理，得到脱硅粉煤灰和脱硅碱液；
2)将脱硅粉煤灰与碳酸钠和石灰石混合，随后依次进行焙烧和溶出，得到铝酸钠溶液；
3)将脱硅碱液、铝酸钠溶液和氯化钠溶液混合均化，得到均化浆料；
4)对均化浆料进行晶化，并对晶化产物进行过滤、洗涤和干燥，得到方钠石；
所述高铝粉煤灰中氧化铝与二氧化硅的摩尔比为1.09-1.32；
脱硅碱液中二氧化硅的浓度为40-80g/L，氧化钠的浓度为50-120g/L，氧化铝的浓度小于5g/L，Na2Oc的浓度小于17.1g/L；
所述铝酸钠溶液中氧化铝的浓度为80-130g/L，氧化钠的浓度为60-115g/L，二氧化硅的浓度为2-6g/L，碳酸钠的浓度为17-50g/L；
步骤3)中，在混合均化时，控制二氧化硅、氧化铝、氯化钠、氧化钠和水之间的摩尔比为1：(0.4-0.5)：(0.3-0.7)：(2-4.5)：(120-180)；
步骤4)中，采用50-100℃的水进行所述洗涤，其中水的用量为过滤所形成的滤饼重量的3-5倍；并且，控制所述干燥的温度为50-105℃；
所述方钠石的粒度为2-16μm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)包括：
将高铝粉煤灰与质量含量为10-15％的氢氧化钠溶液混合，控制氢氧化钠与高铝粉煤灰的质量比为(0.3-0.7)：1，在90-130℃下预脱硅处理1-3h，随后液固分离，得到脱硅粉煤灰和脱硅碱液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在40-90℃下进行所述混合均化，并且控制所述混合均化的时间为20-120min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中，控制所述晶化的温度为110-140℃，时间为1-12h。
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