CN111252773B - 一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法，属于无机固废和危废资源化处理方法领域，主要步骤包括焚烧含硅灰渣的高速剪切活化、用硫酸加温加压溶出杂质、离心分离的离心液杂质另行处理。离心渣物料加硫酸和催化剂进行硅溶胶反应，经过滤滤渣杂质，另行处理。滤液经蒸发浓缩冷却水回收，浓缩液即无钠硅溶胶产品经计量灌装、产品入库。本发明将预处理除杂后的焚烧含硅灰渣直接用硫酸和催化剂反应生成无钠硅溶胶，比用硅酸钠做原料和工业硅做原料生产硅溶胶的传统方法，具有工艺流程简单，无钠、产品质量好、成本低，生产规模大优于传统方法生产的硅溶胶。

Description

一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法

技术领域

本发明涉及焚烧含硅灰渣资源化处理的固废(包括危废)的综合利用领域，具体为制无钠硅溶胶领域,特别涉及一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法。

背景技术

传统的焚烧含硅灰渣中不属于危废的主要是制水泥、砖、砌块等建筑材料，属于危废的与交联剂一起用于固化重金属，然后用水泥固化后填埋处理，或者还有用玻璃熔融后再填埋处理，属于无害化处理。还有将其添到水泥中做为配料，添加量不超过15％烧制水泥的。属于低附加值的处理方法。

传统的硅溶胶生产所需原料为硅酸钠(又称水玻璃、泡花碱)，采用稀释后用离子交换树脂脱大部分钠后，再浓缩叫碱法，产品为碱性硅溶胶。还有一种方法先稀释后用硫酸中和硅酸钠中的钠形成硫酸钠，采取溶剂萃取法分出硫酸钠后再浓缩称酸法硅溶胶。还有一种方法是将金属硅用水溶解，用氨中和的方法，虽然无钠但成本特别高。(化工产品手册、无机化工产品P465－P468)

用焚烧含硅灰渣的固体废弃物做原料，用硫酸将杂质Fe、AI、Ca、Mg、K、 Na等用硫酸强制溶出后，再高温高压下催化还原法制硅溶胶是无钠的，具有生产成本低，原料来源广，固废又得到处理。由于无钠提高了产品质量，用废弃物做原料低成本、低售价，拓宽了硅溶胶的应用领域。

发明内容

传统理论认为，只有金属硅和硅酸钠做原料，才能产生硅溶胶，用硫酸和催化剂同二氧化硅反应生产硅溶胶未加报导，“《无机化学丛书》第三卷、碳、硅、锗分族科学出版社2018.4”。

本发明打破了这一禁区，是在含硅灰渣经焚烧热活化和用水或常温空气输送过程的冷活化基础上经高速剪切机械力化学活化，进一步松动硅同其它成分的结合键再用硫酸进行前处理除去其它杂质Fe、Ae、Ca、Mg、K、Na后的纯净二氧化硅同硫酸进行高温高压催化还原反应；其中硫酸在水中解离的二个氢离子攻击二氧化硅中的氧原子形成一分子水，不可逆。硫酸根在催化剂作用下还原成硫离子，同硅反应形成二硫化硅和二硫化硅、二氧化硅混和类型的硅溶胶。

化学反应式如下：单一类型

H₂SO₄→2H⁺+SO₄ ^＝ SO₄ ^2－+2M→S^2－+2M⁺·O₂

SiO₂+4H⁺+S^2－→2H₂O+SiS₂

也有部分反应形成SiO₂、SiS₂混合的硅溶胶

SiO₂+4H⁺+2S^2－→2H₂O+SiS₂·SiO₂

M⁺为亚态的金属氧化物催化剂如低价亚态的FeO、MnO、CuO等。

本发明为原始创新理论性原理性创新、技术工艺创新。

本发明是为了解决下述技术问题：

1、解决焚烧含硅灰渣的传统水泥、建材利用的低附加值问题，实现高值化利用。

2、解决硅溶胶传统方法用硅酸钠为原料生产含钠硅溶胶，质量比无钠硅溶胶差，且生产过程复杂、成本高、产量低、售价高，限制了它的应用范围。

3、传统无钠硅溶胶用金属硅做原料，用氨中和，但成本特别高，只能用于特殊场合，限制了它的应用范围。

本发明要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法，其用廉价焚烧含硅灰渣做原料，预处理后除去非硅杂质成份，然后用硫酸和催化剂为主要原料，采用催化还原法，生产无钠硅溶胶具有工艺过程简单、成本低，可实现大规模生产无钠硅溶胶，拓宽了无钠硅溶胶的应用领域。

本发明是用以下步骤实现的：首先将焚烧含硅灰渣用高速剪切活化处理，进一步活化二氧化硅同其它成分如铁、铝、钙、镁、钾、等杂质的结合键，得到活化后的焚烧含硅灰渣，为以下步骤创造条件；高速剪切活化处理涉及到的高速剪切活化机的转数为3000转/分－10000转/分。

然后加质量百分比浓度为10％－40％的硫酸入活化后的焚烧含硅灰渣中，在加温加压下溶出铁、铝、钙、镁、钾、钠和其它微量金属杂质成分后，进行离心分离。离心液相为含铁、铝、钙、镁、钾、钠等的硫酸盐杂质，另行处理；离心固相为硫酸不溶物二氧化硅；此过程中，加温加压的条件是：温度为120℃－200℃，压力为0.6Mpa－1.6Mpa；在120℃－200℃的温度和0.6Mpa－1.6Mpa 的压力下，在无还原性催化剂条件下硫酸不能同二氧化硅反应，因此离心固相是硫酸不溶物的二氧化硅。在此过程中，硫酸加量为活化后的焚烧含硅灰渣质量的1倍～5倍，溶出时间为1h～6h。

接着，硫酸不溶物二氧化硅同质量百分比浓度为15％－40％的硫酸与催化剂一起进行硅溶胶反应得到粗硅溶胶溶液，硅溶胶反应过程中的反应温度为 200℃－400℃，压力为1.6Mpa－4Mp，反应时间为2－4小时。硅溶胶反应过程中，用电加热的盐浴通过反应罐的盘管循环加热的方式进行间接加热。用盐浴进行循环加热、间接加热的硅溶胶反应为高温高压催化还原反应，其用电致盐浴加热，用活塞空气压缩机加压。催化剂为低价亚态的金属氧化物如氧化亚铁、氧化亚锰、氧化亚铜等的一种或二种以上，加量为活化后的焚烧含硅灰渣中的二氧化硅干基的1‰－5‰。

反应完成后，对粗硅溶胶溶液进行过滤，滤渣杂质另行处理。滤液为硅溶胶稀溶液。过滤过程中的过滤介质为聚偏二氟乙烯纤维和聚苯乙烯纤维中的一种，过滤速度为2m/h－10m/h，过滤周期为12h－96h，反冲洗水量为 0.5m³/m³·min－3m³/m³·min。

硅溶胶稀溶液用真空蒸发浓缩方法，脱掉多余水分后，经冷却回收水。浓缩后的成品无钠硅溶胶浓度达到20％－60％的成品后，进行计量灌装，成品入库。

本发明的焚烧含硅磷渣为燃煤发电厂的粉煤灰、焚烧煤矸石、泥煤的粉煤灰，磷化工热法磷酸的焚烧含硅磷渣、秸秆焚烧发电厂的草木灰、垃圾焚烧飞灰、工业废弃物焚烧含硅灰渣中的一种或任意两种以上的混合。

本发明的创新方法生产的无钠硅溶胶同传统方法比较具有如下优越性：

1、本发明创新方法所用原料就是焚烧含硅灰渣和硫酸及还原催化剂；氧化亚铁、氧化亚锰和氧化亚铜等之一种或二种，要比传统方法所用原料阴阳离子交换树脂和硅酸钠(水玻璃)要便宜。硫酸全消耗成为硅溶胶组成部分，增加了产品产量和产品质量。

2、本发明创新方法不用传统方法的先大比例稀释，用离交树脂或硫酸脱钠后再大比例浓缩。只用一定浓度的硫酸先低温低压预处理溶出杂质，然后高温高压催化还原反应，在浓缩脱水的比例不大。能源消耗的差别也不太大。本发明能源消耗略高于传统方法，但综合成本是低的。

3、本发明的产品为无钠硅溶胶，解决用传统金属硅做原料生产无钠硅溶胶的生产成本极高的问题。传统无钠硅溶胶用工业金属硅做主要原料，吨价格超过万元，成本太高，只能应用于电子行业的特殊场合做为粘合剂，而且用量不大，严重影响了它的应用范围。

4、低成本的无钠硅溶胶解决了高成本无钠硅溶胶应用面很小的问题，可广泛应用在防腐材料、防水材料，利用废石块和粉料搞人造石材、优良的粘合剂，农业上用做用途广泛的水溶性硅肥，可增加农产品产量和品质，减轻病虫害的危害，减少化学农药的施用。

附图说明

图1为一种利用焚烧含硅灰渣资源化处理生产无钠硅溶胶的方法工艺流程图。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明进一步的描述。

参见图1，本发明用焚烧含硅灰渣先进行高速剪切活化处理，高速剪切机的转数为5000转/分。然后加硫酸进行加温加压溶出铁、铝、钙、镁、钾、钠和其它微量金属杂质成分后，进行离心分离。离心液相杂质另行处理。离心固相为活化后的焚烧含硅灰渣。加温加压溶出用硫酸的浓度为20％，固液比为 1:3压力控制在0.5Mpa，溶出时间为3h。用活化后的焚烧含硅灰渣加催化剂加量为活化后的焚烧含硅灰渣的二氧化硅干基的2‰，加硫酸浓度为30％加量为活化后的焚烧含硅灰渣的二氧化硅干基重量的3倍进行硅溶胶反应，用盐浴循环加热、间接加热的温度控制在350℃，硅溶胶反应温度控制在250℃，压力控制在2.5Mpa，溶出时间为2h。反应完成后进行过滤，过滤介质为聚偏二氟乙烯纤维，过滤速度为5m/h。过滤周期为15h，反冲洗水量为1m³/m³·min。过滤后，滤渣杂质另行处理。滤液即硅溶胶溶液进行真空蒸发浓缩，浓缩后的硅溶胶浓度为30％，同其它指标即完全符合化工行业标准《HG/T2521－2008 酸性工业硅溶胶标准。》

以上实施例用于进一步说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围，实施例中的条件可以根据具体条件做进一步调整，在本发明的构思前提下对本发明的方法简单改进都属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法，其特征在于，用焚烧含硅灰渣做原料，预处理后除去非硅杂质成分 得到活化后的焚烧含硅灰渣；接着对焚烧含硅灰渣离心分离，离心液相为杂质另行处理，离心固相为硫酸不溶物二氧化硅；硫酸不溶物二氧化硅然后用硫酸和催化剂为主要原料，采用催化还原法，生产无钠硅溶胶；

所述用焚烧含硅灰渣做原料，预处理后除去非硅杂质成分 得到活化后的焚烧含硅灰渣是对焚烧含硅灰渣先进行高速剪切活化处理后，加硫酸进行加温加压溶出铁、铝、钙、镁、钾、钠和其它微量金属杂质成分 得到活化后的焚烧含硅灰渣；

所述硫酸不溶物二氧化硅然后用硫酸和催化剂为主要原料，采用催化还原法，生产无钠硅溶胶的过程是：首先将硫酸不溶物二氧化硅同硫酸与催化剂一起进行硅溶胶反应得到粗硅溶胶溶液，反应完成后，对粗硅溶胶溶液进行过滤，滤渣杂质另行处理；滤液为硅溶胶稀溶液；硅溶胶稀溶液用真空蒸发浓缩方法，脱掉多余水分后，经冷却回收水；浓缩后的成品无钠硅溶胶浓度达到20%－60%的成品后，进行计量灌装，成品入库；

所述硅溶胶反应过程中的反应温度为200℃－400℃，压力为1.6Mpa－4Mp，反应时间为2－4小时；

所述催化剂为低价亚态的金属氧化物，加量为活化后的焚烧含硅灰渣中的二氧化硅干基的1‰－5‰；

所述低价亚态的金属氧化物为氧化亚铁、氧化亚锰、氧化亚铜的一种或任意两种以上的混合。

2.如权利要求1所述的一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法，其特征在于，高速剪切活化处理涉及到的高速剪切活化机的转数为3000转/分－10000转/分。

3.如权利要求1所述的一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法，其特征在于，所述加硫酸进行加温加压溶出铁、铝、钙、镁、钾、钠和其它微量金属杂质成分 得到活化后的焚烧含硅灰渣中的硫酸质量百分比浓度为10%－50%，加量为活化后的含硅灰渣质量的1倍～5倍。

4.如权利要求1所述的一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法，其特征在于，所述加硫酸进行加温加压溶出铁、铝、钙、镁、钾、钠和其它微量金属杂质成分 得到活化后的焚烧含硅灰渣中的加温加压是温度控制在120℃－200℃，压力控制在0.2Mpa－1.6Mpa。

5.如权利要求1所述的一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法，其特征在于，所述加硫酸进行加温加压溶出铁、铝、钙、镁、钾、钠和其它微量金属杂质成分 得到活化后的焚烧含硅灰渣的时间为1h－6h。

6.如权利要求1所述的一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法，其特征在于，所述硅溶胶反应过程中，用电加热的盐浴通过反应罐的盘管循环加热的方式进行间接加热。

7.如权利要求1所述的一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法，其特征在于，所述硅溶胶反应过程中，用活塞空气压缩机加压。

8.如权利要求1所述的一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法，其特征在于，所述对粗硅溶胶溶液进行过滤的过滤介质为聚偏二氟乙烯纤维和聚苯乙烯纤维中的一种，过滤速度为2m/h－10m/h，过滤周期为12h－96h，反冲洗水量为0.5m³/m³·min－3m³/m³·min。

9.根据权利要求1至8任一项权利要求所述的一种利用焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的方法，其特征在于，焚烧含硅灰渣为燃煤发电厂的粉煤灰、焚烧煤矸石、泥煤的粉煤灰、磷化工热法磷酸的焚烧含硅磷渣、秸秆焚烧发电厂的草木灰、垃圾焚烧飞灰、工业废弃物焚烧含硅灰渣中的一种或任意两种以上的混合。

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