CN107416852A - 一种煤矸石制备泡花碱的方法 - Google Patents

一种煤矸石制备泡花碱的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤矸石制备泡花碱的方法,属于泡花碱工业化生产技术,包括如下步骤:(1)煤矸石粉碎处理、(2)煤矸石焙烧处理、(3)酸浸处理、(4)混料处理、(5)煅烧处理、(6)成品制备。本发明制备方法有效提升了对煤矸石的利用效果,将硅的回收利用率提升至90%左右,较现有方法提高了10%以上,进一步提升了煤矸石的使用价值,为现有泡花碱的制备提供了一种更为优质的工艺,经济效益较高。

Description

一种煤矸石制备泡花碱的方法
技术领域
本发明属于泡花碱工业化生产技术,具体涉及一种煤矸石制备泡花碱的方法。
背景技术
泡花碱用途非常广泛,几乎遍及国民经济的各个部门,在化工系统用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、偏硅酸钠硅溶胶,层硅及速溶粉状泡花碱,硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品,是硅化合物的基本原料;在轻工业中是洗衣粉、肥皂等洗剂中不可缺少的原料,也是水质轻化剂、助洗剂;在纺织工业中用于助染、漂白和浆纱;在机械行业中广泛用于铸造、砂轮制造和金属防腐剂等;在建筑行业中用于制造快干水泥、耐酸水泥防水油、土壤固化剂、耐火材料等。
煤矸石是煤炭开采和加工过程中产生的固体废弃物,其排放量占煤炭产量的20%左右,大量堆积的煤矸石不仅占用土地,污染环境,并且由于煤矸石的自燃,还会造成大气污染和水污染,影响了煤炭工业的可持续发展。因此,研究煤矸石的综合利用,不仅可以减少污染,退地还田,还可以变废为宝,节约煤炭资源,符合煤炭企业清洁生产和循环经济理念。煤矸石酸浸处理后的主要化学成分是SiO2及少量的CaSO4、TiO2等,其中的SiO2可用作提取制备泡花碱的原料,虽然现已有多种方法可用于其提取制备,但硅的回收率均不超过80%,制备效果仍需进一步改善。
发明内容
本发明旨在提供一种煤矸石制备泡花碱的方法。
本发明通过以下技术方案来实现:
一种煤矸石制备泡花碱的方法,包括如下步骤:
(1)煤矸石粉碎处理:
将待加工的煤矸石置于粉碎机中,将其粉碎后控制颗粒大小为80~120目备用;
(2)煤矸石焙烧处理:
将步骤(1)处理后的煤矸石放入焙烧炉中,先以25~30℃/min的速度将焙烧炉升温至280~320℃,保温焙烧处理15~20min后,再以35~40℃/min的速度将焙烧炉升温至480~530℃,保温焙烧处理17~23min后取出备用;
(3)酸浸处理:
将步骤(2)处理后的煤矸石放入质量分数为14~18%的盐酸溶液中浸泡处理,加热保持盐酸溶液的温度为90~100℃,不断搅拌浸泡处理20~25min后滤出得煤矸石酸浸渣备用;
(4)混料处理:
将步骤(3)处理后的煤矸石酸浸渣和碳酸钠按照Si/Na比为1~1.5:1混合,混合均匀后得混合料备用;
(5)煅烧处理:
将步骤(4)所得的混合料放入马弗炉中进行煅烧处理,先以20~23℃/min的速度将马弗炉内温度升至340~350℃,保温处理5~7min后,再将升温速率降至15~ 18℃/min,将马弗炉内温度升至740~750℃,保温处理3~6min后,然后将升温速率升至40~43℃/min,将马弗炉内温度升至840~850℃,最后将升温速率降至19~22℃/min,将马弗炉内温度升至1000~1020℃,保温处理10~15min后过滤出熔融液体备用;在升温至340~350℃和740~750℃两个阶段间合理控制的升温速度有效促进和保证了Na2CO3、SiO2的反应和熔融,加快了初期产物的积聚速度,在升至840~850℃过程中,显著提高了升温的速率,可降低此阶段副反应Na2SiO3 +CaSO4 = CaSiO3 + Na2SO4(2)的进程和速度,并减少了Na4CaSi2O9等低共熔物的生成,提升了硅、钠的利用率;
(6)成品制备:
对步骤(5)所得的熔融液体进行水淬冷却后得固体泡花碱,最后进行熔化处理得成品液体泡花碱。
进一步的,步骤(3)中所述的盐酸溶液与煤矸石的质量比为3~4:1。
进一步的,所述的盐酸溶液与煤矸石的质量比为3.5:1。
本发明具有如下有益效果:
本发明以煤矸石为原料,先对其进行粉碎处理,合理的控制颗粒大小保证了后续反应进程的顺利进行,接着进行了不同温度阶段的焙烧处理,对不同杂质取到了有效的脱除预处理效果,最后进行的酸浸处理去除了大部分杂质成分,为后续制备过程奠定了基础;在后续的煅烧制备过程中,各阶段的升温速率和保温时长均会影响不同反应阶段的进程,其中Na4CaSi2O9等低共熔物是造成钠、硅损失的重要原因,其中Na4CaSi2O9是由Na2CO3 + SiO2 =Na2SiO3 + CO2 (1)、Na2SiO3 + CaSO4 = CaSiO3 + Na2SO4 (2),两个反应产物中的Na2SiO3、CaSiO3按物质的量2:1集合反应而成,具体反应式为:2 Na2SiO3 + CaSiO3 = Na4CaSi2O9,其中反应(1)是制备硅酸钠的主进程,生成的偏硅酸钠和碳酸钠不断熔融形成液相加快反应速度,而反应(2)是不可避免的副反应,降低此反应的进行即有利于提升硅的利用率,本发明通过调节不同阶段的反应温度和加热条件,有效减弱了副反应的进行,减少了Na4CaSi2O9等低共熔物的生成,进而提高了硅的利用率和硅酸钠的得率。在各步骤的共同配合作用下,本发明制备方法有效提升了对煤矸石的利用效果,将硅的回收利用率提升至90%左右,较现有方法提高了10%以上,进一步提升了煤矸石的使用价值,为现有泡花碱的制备提供了一种更为优质的工艺,经济效益较高。
具体实施方式
实施例1
一种煤矸石制备泡花碱的方法,包括如下步骤:
(1)煤矸石粉碎处理:
将待加工的煤矸石置于粉碎机中,将其粉碎后控制颗粒大小为80~100目备用;
(2)煤矸石焙烧处理:
将步骤(1)处理后的煤矸石放入焙烧炉中,先以25℃/min的速度将焙烧炉升温至280℃,保温焙烧处理15min后,再以35℃/min的速度将焙烧炉升温至480℃,保温焙烧处理17min后取出备用;
(3)酸浸处理:
将步骤(2)处理后的煤矸石放入质量分数为14%的盐酸溶液中浸泡处理,加热保持盐酸溶液的温度为90~95℃,不断搅拌浸泡处理20min后滤出得煤矸石酸浸渣备用;
(4)混料处理:
将步骤(3)处理后的煤矸石酸浸渣和碳酸钠按照Si/Na比为1:1混合,混合均匀后得混合料备用;
(5)煅烧处理:
将步骤(4)所得的混合料放入马弗炉中进行煅烧处理,先以20℃/min的速度将马弗炉内温度升至340℃,保温处理5min后,再将升温速率降至15℃/min,将马弗炉内温度升至740℃,保温处理3min后,然后将升温速率升至40℃/min,将马弗炉内温度升至840℃,最后将升温速率降至19℃/min,将马弗炉内温度升至1000℃,保温处理10min后过滤出熔融液体备用;
(6)成品制备:
对步骤(5)所得的熔融液体进行水淬冷却后得固体泡花碱,最后进行熔化处理得成品液体泡花碱。
进一步的,步骤(3)中所述的盐酸溶液与煤矸石的质量比为3:1。
实施例2
一种煤矸石制备泡花碱的方法,包括如下步骤:
(1)煤矸石粉碎处理:
将待加工的煤矸石置于粉碎机中,将其粉碎后控制颗粒大小为100~120目备用;
(2)煤矸石焙烧处理:
将步骤(1)处理后的煤矸石放入焙烧炉中,先以30℃/min的速度将焙烧炉升温至320℃,保温焙烧处理20min后,再以40℃/min的速度将焙烧炉升温至530℃,保温焙烧处理23min后取出备用;
(3)酸浸处理:
将步骤(2)处理后的煤矸石放入质量分数为18%的盐酸溶液中浸泡处理,加热保持盐酸溶液的温度为95~100℃,不断搅拌浸泡处理25min后滤出得煤矸石酸浸渣备用;
(4)混料处理:
将步骤(3)处理后的煤矸石酸浸渣和碳酸钠按照Si/Na比为1.5:1混合,混合均匀后得混合料备用;
(5)煅烧处理:
将步骤(4)所得的混合料放入马弗炉中进行煅烧处理,先以23℃/min的速度将马弗炉内温度升至350℃,保温处理7min后,再将升温速率降至18℃/min,将马弗炉内温度升至750℃,保温处理6min后,然后将升温速率升至43℃/min,将马弗炉内温度升至850℃,最后将升温速率降至22℃/min,将马弗炉内温度升至1020℃,保温处理15min后过滤出熔融液体备用;
(6)成品制备:
对步骤(5)所得的熔融液体进行水淬冷却后得固体泡花碱,最后进行熔化处理得成品液体泡花碱。
进一步的,步骤(3)中所述的盐酸溶液与煤矸石的质量比为4:1。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例1相比,在步骤(2)煤矸石焙烧处理时,将整个焙烧的升温速度设为35℃/min不变,除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比,在步骤 (5)煅烧处理时,将马弗炉内温度从750℃升至850℃期间的升温速率调节为18~22℃/min,除此外的方法步骤均相同。
对照组
现有的煤矸石制备泡花碱工艺。
为了对比本发明效果,选用同一批次的煤矸石,随机均分为五组,分别用上述五种方法进行制备,具体对比数据如下表1所示:
表1
注:未处理的原始煤矸石中对应上表1中的几种成分含量为:SiO2 50.28~ 51.30、Al2O321.48~22.16、CaO 3.20~3.38、TiO2 5.14~5.22。
由上表1可以看出,本发明处理方法在处理过程中能有效降低煤矸石内的杂质成分含量,促进了有益进程的反应效果,最终提升了硅的回收利用率,提高了泡花碱的产量,有很好的经济价值。

Claims (3)

1.一种煤矸石制备泡花碱的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)煤矸石粉碎处理:
将待加工的煤矸石置于粉碎机中,将其粉碎后控制颗粒大小为80~120目备用;
(2)煤矸石焙烧处理:
将步骤(1)处理后的煤矸石放入焙烧炉中,先以25~30℃/min的速度将焙烧炉升温至280~320℃,保温焙烧处理15~20min后,再以35~40℃/min的速度将焙烧炉升温至480~530℃,保温焙烧处理17~23min后取出备用;
(3)酸浸处理:
将步骤(2)处理后的煤矸石放入质量分数为14~18%的盐酸溶液中浸泡处理,加热保持盐酸溶液的温度为90~100℃,不断搅拌浸泡处理20~25min后滤出得煤矸石酸浸渣备用;
(4)混料处理:
将步骤(3)处理后的煤矸石酸浸渣和碳酸钠按照Si/Na比为1~1.5:1混合,混合均匀后得混合料备用;
(5)煅烧处理:
将步骤(4)所得的混合料放入马弗炉中进行煅烧处理,先以20~23℃/min的速度将马弗炉内温度升至340~350℃,保温处理5~7min后,再将升温速率降至15~ 18℃/min,将马弗炉内温度升至740~750℃,保温处理3~6min后,然后将升温速率升至40~43℃/min,将马弗炉内温度升至840~850℃,最后将升温速率降至19~22℃/min,将马弗炉内温度升至1000~1020℃,保温处理10~15min后过滤出熔融液体备用;
(6)成品制备:
对步骤(5)所得的熔融液体进行水淬冷却后得固体泡花碱,最后进行熔化处理得成品液体泡花碱。
2.根据权利要求1所述的一种煤矸石制备泡花碱的方法,其特征在于,步骤(3)中所述的盐酸溶液与煤矸石的质量比为3~4:1。
3.根据权利要求2所述的一种煤矸石制备泡花碱的方法,其特征在于,所述的盐酸溶液与煤矸石的质量比为3.5:1。
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