CN114988422B - 一种利用气化粗渣得到的高模数水玻璃及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用气化粗渣得到的高模数水玻璃及其制备方法和应用，所述方法包括：（1）对气化粗渣进行机械化学协同活化除杂处理，固液分离后，得到活化液和活化渣；（2）对所述活化渣进行炭硅分离处理，得到富炭渣和富硅渣；（3）对所述富硅渣进行稀碱调控处理，即稀碱逐步添加+温度梯度控制，然后固液分离，得到高模数水玻璃和脱硅渣；所述方法采用温和全湿法技术制备高模数水玻璃，开辟了高模数水玻璃制备新途径，能耗物耗低，碳排放低，产品模数高，达3.25‑3.6，可广泛用于气凝胶、硅溶胶、白炭黑、催化剂载体、沸石分子筛、粘结剂或激发剂的制备，实现了气化粗渣的高值化利用，经济与环境效益显著，易于大规模推广应用。

Description

一种利用气化粗渣得到的高模数水玻璃及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于无机化工技术领域，涉及一种高模数水玻璃及其制备方法和应用，尤其涉及一种利用气化粗渣得到的高模数水玻璃及其制备方法和应用。

背景技术

高模数水玻璃（n[SiO₂]:n[Na₂O]≥3.2）作为硅材料行业大宗基础原料，年需求量>1000万吨。在化工系统常被用来制造二氧化硅气凝胶、硅化合物、硅溶胶等。在经济发达国家，以高模数水玻璃为原料的深加工系列产品已发展到50余种，有些已应用于高、精、尖科技领域。现有主流工艺以石英砂、纯碱为原料，在1400-1600℃的高温下熔融反应4-6h，可制备模数≥2.6的水玻璃。此法使用广泛，市场占有量达90％以上，但能耗高，石英砂纯度要求高，产品质量较差。亟需通过寻找石英砂替代资源和技术革新降低高模数水玻璃制备行业的碳排放。CN105692635A公开了一种利用普通循环流化床粉煤灰制备水玻璃的方法，以粉煤灰为原料，依次经过硫酸低温焙烧、苛性碱高温水热提取工段，制备得到了模数＞2.2的水玻璃，该方法以粉煤灰替代石英砂，充分利用了粉煤灰中的硅资源，但依然存在能耗高的问题，且生产的水玻璃模数低。

煤气化是清洁利用煤炭资源的核心技术，在碳中和大背景下，煤气化将是煤炭产业结构调整的重要方向。随着煤气化技术的大规模推广，年消耗煤炭约2亿吨，气化粗渣产生量>5000万吨。目前气化粗渣的处理方式主要为堆存和填埋，尚未大规模工业化应用，造成了严重的环境污染和土地资源浪费，对煤化工企业的可持续发展造成不利影响。基于气化粗渣具有玻璃相含量高、硅含量高等特点，CN108584971A公开了一种利用气化粗渣制备高模数可溶性硅酸盐的方法，以气化粗渣为原料，依次经过酸浸、脱硅、蒸发工段，制备得到了模数为1.5-2.5的水玻璃，该方法虽然可以在不添加任何硅源的条件下制备水玻璃，但仍存在反应条件苛刻、设备腐蚀严重、反应传质效率低、固液分离困难、酸耗/碱耗高、蒸发能耗高，水玻璃产品模数低等问题。

由此可见，通过对机理的深入认识，寻找一种替代石英砂的活性硅源，调整并优化工艺思路，开发一种低能耗、低物耗的高模数水玻璃制备方法，提升经济与环境效益，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用气化粗渣得到的高模数水玻璃及其制备方法和应用，所述方法采用温和全湿法技术制备高模数水玻璃，开辟了高模数水玻璃制备新途径，能耗物耗低，碳排放低，产品模数高，达3.25-3.6，可广泛用于气凝胶、硅溶胶、白炭黑、催化剂载体、沸石分子筛、粘结剂或激发剂的制备，实现了气化粗渣的高值化利用，经济与环境效益显著，易于大规模推广应用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种利用气化粗渣制备高模数水玻璃的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）对气化粗渣进行机械化学协同活化除杂处理，固液分离后，得到活化液和活化渣；

（2）对步骤（1）所述活化渣进行炭硅分离处理，得到富炭渣和富硅渣；

（3）对步骤（2）所述富硅渣进行碱液调控处理，，然后固液分离，得到高模数水玻璃和脱硅渣；

其中，碱液调控处理的温度控制方式为逐步升高的单端梯度控温；

碱液的添加方式为逐步添加；

碱液的氢氧根离子浓度为0.5-3mol/L，例如0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L、2mol/L、2.5mol/L或3mol/L等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，步骤（1）所述机械化学协同活化除杂处理包括机械研磨和酸反应的耦合。

本发明中，所述机械研磨的设备包括球磨机、棒磨机或柱磨机中的任意一种。

本发明中，涉及到的设备均可根据需求进行串、并联，以下不再赘述。

所述机械研磨的转速为200-600r/min，例如200r/min、250r/min、300r/min、350r/min、400r/min、450r/min、500r/min、550r/min或600r/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述酸反应中，酸与气化粗渣的液固比为3-5mL/g，例如3mL/g、3.5mL/g、4mL/g、4.5mL/g或5mL/g等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述酸反应中，酸的氢离子浓度为3-7mol/L，例如3mol/L、3.5mol/L、4mol/L、4.5mol/L、5mol/L、5.5mol/L、6mol/L、6.5mol/L或7mL/g等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，酸反应使用的酸包括盐酸、硝酸或硫酸中的一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：盐酸和硝酸的组合、盐酸和硫酸的组合、硝酸和硫酸的组合或盐酸、硝酸和硫酸的组合等。

作为本发明优选的技术方案，步骤（1）所述机械化学协同活化除杂处理的温度为20-35℃，例如20℃、25℃、30℃或35℃等；时间为30-120min，例如30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min等，上述数值的选择并不仅限于所列举的数值，在各自的数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，机械化学协同活化除杂无需额外升温，在常温20-35℃即可实现。

作为本发明优选的技术方案，步骤（2）所述炭硅分离处理包括依次进行的分级、重选和浮选。

本发明中，所述分级的设备包括振动筛、水力旋流器或螺旋分级机中的任意一种。

所述重选的设备包括重介质旋流器、螺旋溜槽或摇床中的任意一种。

优选地，所述浮选的设备包括浮选机或浮选柱。

作为本发明优选的技术方案，所述浮选的过程中，依次添加调整剂、捕收剂和起泡剂。

所述调整剂包括六偏磷酸钠和/或水玻璃。

所述调整剂的用量为0.5-2kg/t，例如0.5kg/t，0.6kg/t，0.7kg/t，0.8kg/t，0.9kg/t，1kg/t，1.1kg/t，1.2kg/t，1.3kg/t，1.4kg/t，1.5kg/t，1.6kg/t，1.7kg/t，1.8kg/t，1.9kg/t或2kg/t等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，调整剂、捕收剂和起泡剂的用量均是以活化渣为基准进行添加的，示例性地，0.5kg/t即为每吨活化渣加入0.5-2.0kg调整剂。

所述捕收剂包括油酸和/或亚油酸与煤油形成的复配溶液，例如油酸与煤油形成的复配溶液，亚油酸与煤油形成的复配溶液，油酸和亚油酸与煤油形成的复配溶液。

所述复配溶液中，油酸和亚油酸的含量共为5-50wt%，例如5wt%，10wt%，15wt%，20wt%，25wt%，30wt%，35wt%，40wt%，45wt%或50wt%；煤油的含量为50-95wt%，例如50wt%，55wt%，60wt%，65wt%，70wt%，75wt%，80wt%，85wt%，90wt%或95wt%等，上述数值的选择并不仅限于所列举的数值，在各自的数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，油酸和亚油酸的含量共为5-50wt%具体指油酸或亚油酸的含量可以为0wt%，当其中一种为0时，另一种含量即为5-50wt%；若两者又包含，则控制二者的总和为5-50wt%。

所述捕收剂的用量为1-20kg/t，例如1kg/t，2kg/t，4kg/t，6kg/t，8kg/t，10kg/t，12kg/t，14kg/t，16kg/t，18kg/t或20kg/t等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述起泡剂包括甲基异丁基甲醇。

所述起泡剂的用量为1-20kg/t，例如1kg/t，2kg/t，4kg/t，6kg/t，8kg/t，10kg/t，12kg/t，14kg/t，16kg/t，18kg/t或20kg/t等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，步骤（3）所述碱液调控处理的碱液包括氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液。

所述碱液调控处理过程中，碱液与富硅渣的液固比为2-5mL/g，例如2mL/g、2.5mL/g、3mL/g、3.5mL/g、4mL/g、4.5mL/g或5mL/g等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述碱液调控处理的温度控制包括：一段调控温度为30-50℃，例如30℃、35℃、40℃、45℃或50℃等；二段调控温度为50-80℃，例如50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等；三段调控温度为80-100℃，例如80℃、85℃、90℃、95℃或100℃等，上述数值的选择并不仅限于所列举的数值，在各自的数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述碱液调控处理的时间为60-120min，例如60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，步骤（3）所述逐步添加的方式包括在30-90min内完成连续性加入，例如30min、40min、50min、60min、70min、80min或90min等；或分2-5批次加入，例如2批次、3批次、4批次、或5批次等，上述数值的选择并不仅限于所列举的数值，在各自的数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，碱液的添加方式包括但不限于上述方式，意在强调不能一次性瞬间全部加入。

作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：

（1）向机械研磨设备中按照液固比3-5mL/g加入氢离子浓度3-7mol/L的酸和气化粗渣，调整转速为200-600r/min，在20-35℃下，进行机械化学协同活化除杂处理30-120min，然后固液分离，得到活化液和活化渣；

（2）将步骤（1）所得活化渣依次进行分级和重选；然后，在浮选设备中依次添加0.5-2kg/t调整剂、1-20kg/t捕收剂和1-20kg/t起泡剂进行浮选，得到富炭渣和富硅渣；

（3）按照液固比2-5mL/g，在30-50℃、50-80℃、80-100℃梯度控温下，逐步加入氢氧根离子浓度为0.5-3mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，对步骤（2）所得富硅渣进行碱液调控处理60-120min，然后固液分离，得到高模数水玻璃和脱硅渣。

第二方面，本发明提供了一种利用气化粗渣得到的高模数水玻璃，所述高模数水玻璃采用第一方面所述的方法制备得到。

第三方面，本发明提供了第二方面所述的高模数水玻璃的应用，所述高模数水玻璃应用于气凝胶、硅溶胶、白炭黑、催化剂载体、沸石分子筛、粘结剂或激发剂的制备。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明所述方法采用机械化学耦合活化除杂方式，将传统的先机械活化后化学活化的方式进行变革，通过机械化学耦合活化不仅降低颗粒的粒度，同时增加矿相的畸变率，提高反应活性。化学场的引入通过将多聚体解聚和硅氧羟基化协同调控，大幅提高硅氧反应活性，得到高炭含量、低杂质、高反应活性的活化渣，替代传统纯石英砂原料，突破传统火法活化工艺限制，同时活化渣中的炭促进固液分离，减少固液分离过程效率低、避免助滤剂的消耗。

（2）本发明所述方法针对活化渣中的高炭含量导致稀碱反应传质效率低、模数提升难度大的问题，采用分级-重选-浮选耦合高效脱炭技术，为高模数水玻璃制备提供低炭含量、低杂质、高反应活性的富硅渣，实现气化渣中包裹部分炭深度分离与高值利用，促进后续脱硅过程降低灰碱液固比，强化碱介质与硅羟基的反应传质。

（3）本发明所述方法通过稀碱逐步加入和温度梯度控制，逐步实现富硅渣的硅氧四面体解聚-解离-重聚，在Na⁺的架桥作用下，进一步缩合生成寡聚体（聚合度<20），实现高模数水玻璃的制备；所述方法替代传统高温高压反应，与现有技术相比，降低了液固比，减少了硅酸盐溶液蒸发制备水玻璃的能耗和成本。

（4）本发明提供的方法采用温和全湿法技术制备高模数水玻璃，开辟了高模数水玻璃制备新途径，能耗物耗低，碳排放低，产品模数高，达3.25-3.6，解决了湿法工艺模数提升难度大的问题，产品可广泛用于气凝胶、硅溶胶、白炭黑、催化剂载体、沸石分子筛、粘结剂或激发剂的制备，实现了气化粗渣的高值化利用，经济与环境效益显著，易于大规模推广应用。

（5）本发明提供的方法为共性活化调控方法，可以拓展应用到其他铝硅基固体废弃物的高值化利用方面。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的利用气化粗渣制备高模数水玻璃的流程图。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种利用气化粗渣制备高模数水玻璃的方法，其流程如图1所示，所述方法包括以下步骤：

（1）向球磨机中按照液固比4mL/g加入氢离子浓度为5mol/L的盐酸和气化粗渣，调整转速为300r/min，在常温下，进行机械化学协同活化除杂处理60min，固液分离后，得到活化液和活化渣；

（2）将步骤（1）所得活化渣在水力旋流器中进行分级；然后，在重介质旋流器中进行重选；接着，在浮选机中依次添加0.5kg/t六偏磷酸钠、10kg/t捕收剂和5kg/t甲基异丁基甲醇进行浮选，得到富炭渣和富硅渣，其中所述捕收剂为20wt%油酸与80wt%煤油的复配溶液；

（3）按照液固比4mL/g，在一段温度30℃保持20min、二段温度60℃保持20min，三段温度95℃保持20min的条件下，分2次加入氢氧根离子浓度1.5mol/L的氢氧化钠溶液对步骤（2）所得富硅渣进行碱液调控处理60min，然后固液分离，得到高模数水玻璃和脱硅渣。

经ICP-OES检测与计算，本实施例中高模数水玻璃的模数为3.59。

实施例2：

本实施例提供了一种利用气化粗渣制备高模数水玻璃的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）向球磨机中按照液固比4mL/g加入氢离子浓度7mol/L的硝酸和气化粗渣，调整转速为500r/min，在常温下，进行机械化学协同活化除杂处理30min，固液分离后，得到活化液和活化渣；

（2）将步骤（1）所得活化渣在螺旋分级机中进行分级；然后，在重介质旋流器中进行重选；接着，在浮选机中依次添加1kg/t六偏磷酸钠、10kg/t捕收剂和10kg/t甲基异丁基甲醇进行浮选，得到富炭渣和富硅渣，其中所述捕收剂为10wt%油酸与90wt%煤油的复配溶液；

（3）按照液固比5mL/g，在一段温度40℃保持30min、二段温度70℃保持30min，三段温度90℃保持30min的条件下，分3次加入氢氧根离子浓度2mol/L的氢氧化钠溶液对步骤（2）所得富硅渣进行碱液调控处理100min，固液分离后，得到高模数水玻璃和脱硅渣。

经ICP-OES检测与计算，本实施例中高模数水玻璃的模数为3.48。

实施例3：

本实施例提供了一种利用气化粗渣制备高模数水玻璃的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）向球磨机中按照液固比3mL/g加入氢离子浓度3mol/L的硫酸和气化粗渣，调整转速为600r/min，在常温下，进行机械化学协同活化除杂处理100min，固液分离后，得到活化液和活化渣；

（2）将步骤（1）所得活化渣在螺旋分级机中进行分级；然后，在螺旋溜槽中进行重选；接着，在浮选机中依次添加1kg/t水玻璃、10kg/t捕收剂和20kg/t甲基异丁基甲醇进行浮选，得到富炭渣和富硅渣，其中所述捕收剂包括20wt%油酸与80wt%煤油的复配溶液；

（3）按照液固比3mL/g，在一段温度30℃保持40min、二段温度50℃保持40min，三段温度90℃保持40min的条件下，分2次加入氢氧根离子浓度2.5mol/L的氢氧化钾溶液对步骤（2）所得富硅渣进行碱液调控处理120min，固液分离后，得到高模数水玻璃和脱硅渣。

经ICP-OES检测与计算，本实施例中高模数水玻璃的模数为3.32。

实施例4：

本实施例提供了一种利用气化粗渣制备高模数水玻璃的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）向球磨机中按照液固比3mL/g加入氢离子浓度5.5mol/L的盐酸和气化粗渣，调整转速为200r/min，在常温下，进行机械化学协同活化除杂处理120min，固液分离后，得到活化液和活化渣；

（2）将步骤（1）所得活化渣在螺旋分级机中进行分级；然后，在螺旋溜槽中进行重选；接着，在浮选机中依次添加1kg/t水玻璃、20kg/t捕收剂和20kg/t甲基异丁基甲醇进行浮选，得到富炭渣和富硅渣，其中所述捕收剂包括20wt%油酸与80wt%煤油的复配溶液；

（3）按照液固比5mL/g，在一段温度50℃保持20min、二段温度80℃保持20min，三段温度100℃保持20min的条件下，分5次加入氢氧根离子浓度1mol/L的氢氧化钠溶液对步骤（2）所得富硅渣进行碱液调控处理120min，固液分离后，得到高模数水玻璃和脱硅渣。

经ICP-OES检测与计算，本实施例中高模数水玻璃的模数为3.52。

实施例5：

本实施例提供了一种利用气化粗渣制备高模数水玻璃的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）向球磨机中按照液固比3mL/g加入氢离子浓度6mol/L的硝酸和气化粗渣，调整转速为400r/min，在常温下，进行机械化学协同活化除杂处理90min，固液分离后，得到活化液和活化渣；

（2）将步骤（1）所得活化渣在螺旋分级机中进行分级；然后，在螺旋溜槽中进行重选；接着，在浮选机中依次添加1kg/t水玻璃、20kg/t捕收剂和20kg/t甲基异丁基甲醇进行浮选，得到富炭渣和富硅渣，其中所述捕收剂包括5wt%油酸与95wt%煤油的复配溶液；

（3）按照液固比4mL/g，在一段温度45℃保持30min、二段温度65℃保持30min，三段温度95℃保持30min的条件下，分3次加入氢氧根离子浓度0.8mol/L的氢氧化钠溶液对步骤（2）所得富硅渣进行碱液调控处理100min，固液分离后，得到高模数水玻璃和脱硅渣。

经ICP-OES检测与计算，本实施例中高模数水玻璃的模数为3.55。

实施例6：

本实施例提供了一种利用气化粗渣制备高模数水玻璃的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）向球磨机中按照液固比3mL/g加入氢离子浓度6mol/L的盐酸和气化粗渣，调整转速为250r/min，在常温下，进行机械化学协同活化除杂处理60min，固液分离后，得到活化液和活化渣；

（2）将步骤（1）所得活化渣在螺旋分级机中进行分级；然后，在螺旋溜槽中进行重选；接着，在浮选机中依次添加1.5kg/t水玻璃、20kg/t捕收剂和5kg/t甲基异丁基甲醇进行浮选，得到富炭渣和富硅渣，其中所述捕收剂包括5wt%油酸与95wt%煤油的复配溶液；

（3）按照液固比2mL/g，在一段温度50℃保持40min、二段温度80℃保持40min，三段温度95℃保持40min下，分2次加入氢氧根离子浓度3mol/L的氢氧化钠溶液对步骤（2）所得富硅渣进行碱液调控处理80min，固液分离后，得到高模数水玻璃和脱硅渣。

经ICP-OES检测与计算，本实施例中高模数水玻璃的模数为3.25。

对比例1：

本对比例提供了一种利用气化粗渣制备水玻璃的方法，所述方法参照实施例1中的方法，区别仅在于：将步骤（1）的机械化学协同活化除杂处理替换为直接化学活化除杂处理，即直接对气化粗渣进行酸反应。

经ICP-OES检测与计算，本对比例中水玻璃的模数为1.85。

相较于实施例1，本对比例未在酸反应的同时对气化粗渣进行机械研磨，导致固、液相间传质效率低，杂质脱除率低，H-M原子置换率低，活化效果差，不能制备得到高模数水玻璃。

对比例2：

本对比例提供一种利用气化粗渣制备水玻璃的方法，所述方法参照实施例1中的方法，区别仅在于：去除了步骤（2）的炭硅分离处理，即直接对活化渣进行碱液调控处理。

经ICP-OES检测与计算，本对比例中水玻璃的模数为2.55。

相较于实施例1，本对比例未在稀碱调控之前进行炭硅分离处理，活化渣中高炭含量导致稀碱反应传质效率低，模数提升难度大，不能制备得到高模数水玻璃。

对比例3：

本对比例提供一种利用气化粗渣制备水玻璃的方法，所述方法参照实施例1中的方法，区别仅在于：将步骤（3）碱液调控处理的氢氧根离子浓度从1.5mol/L提高至5mol/L。

经ICP-OES检测与计算，本对比例中水玻璃的模数为1.22。

相较于实施例1，本对比例碱液调控处理的氢氧根离子浓度从1.5mol/L提高至5mol/L，碱浓度过高，导致富硅渣解离生成的Si-O单体结构无法聚合生成低聚体[-Si-O-Si-]_n，不能制备得到高模数水玻璃。

对比例4：

本对比例提供一种利用气化粗渣制备水玻璃的方法，所述方法参照实施例1中的方法，区别仅在于：步骤（3）碱液调控处理将分2次加入改为一次性瞬间全部加入。

经ICP-OES检测与计算，本对比例中水玻璃的模数为2.27。

相较于实施例1，本对比例碱液调控处理将稀碱加入过程分2次加入改为一次性瞬间全部加入，碱浓度局部过高，虽然提高局部硅氧解离效率，但降低总体解离效率，故不能制备得到高模数水玻璃。

对比例5：

本对比例提供一种利用气化粗渣制备水玻璃的方法，所述方法参照实施例1的方法，区别仅在于：步骤（3）碱液调控处理将三段梯度控温改为全程95℃，即不分段。

经ICP-OES检测与计算，本对比例中水玻璃的模数为2.87。

相较于实施例1，本对比例碱液调控处理将将三段梯度控温改为一段式95℃，活性硅氧结构均可实现高效解离，但是一步法降低惰性硅氧配位结构的解离效率，造成总体脱硅率低，故不能制备得到高模数水玻璃。

对比例6：

本对比例提供一种利用气化粗渣制备水玻璃的方法，所述方法参照实施例1的方法，区别仅在于：将步骤（1）的气化粗渣替换为气化细渣。

气化粗渣是指：煤气化过程无机熔渣经过水淬激冷后得到的气化渣，具有玻璃体含量高、碳含量低、铝硅酸盐配位反应活性高等特点。

气化细渣是指：一部分是煤气化过程随合成气排除，并经过气固过滤分离得到的气化细灰，与粉煤灰性质相似，具有含碳量高、铝硅酸盐反应活性低等特点；另一部分是气化粗渣水淬过程的黑水经过过滤后得到的滤饼，也是具有含碳量高、铝硅酸盐反应活性低等特点。

因此，从组成、矿相结构以及反应活性等方面，两种气化渣均具有明显的不同之处，处理工艺、原理、条件也均不同。

经ICP-OES检测与计算，本对比例中水玻璃的模数为2.23。

相较于实施例1，本对比例将原料气化粗渣替换为气化细渣，由于气化细渣中炭含量高，且与无机组分包裹严重，导致化学反应传质效率低，活化效果差，炭硅分离效果差，模数提升难度大，不能制备得到高模数水玻璃。

由此可见，本发明提供的方法，采用温和全湿法技术制备高模数水玻璃，开辟了高模数水玻璃制备新途径，能耗物耗低，碳排放低，产品模数高，达3.25-3.6，可广泛用于气凝胶、硅溶胶、白炭黑、催化剂载体、沸石分子筛、粘结剂或激发剂的制备，实现了气化粗渣的高值化利用，经济与环境效益显著，易于大规模推广应用。

本发明通过上述实施例来说明本发明的产品和详细方法，但本发明并不局限于上述产品和详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述产品和详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明操作的等效替换及辅助操作的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (5)

1.一种利用气化粗渣制备高模数水玻璃的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）对气化粗渣进行机械化学协同活化除杂处理，固液分离后，得到活化液和活化渣；

步骤（1）所述机械化学协同活化除杂处理包括机械研磨和酸反应的耦合；

所述机械研磨的转速为200-600r/min；

所述酸反应中，酸与气化粗渣的液固比为3-5mL/g；

所述酸反应中，酸的氢离子浓度为3-7mol/L；

（2）对步骤（1）所述活化渣进行炭硅分离处理，得到富炭渣和富硅渣；

步骤（2）所述炭硅分离处理包括依次进行的分级、重选和浮选；

（3）对步骤（2）所述富硅渣进行碱液调控处理，然后固液分离，得到高模数水玻璃和脱硅渣；

其中，碱液调控处理的温度为逐步升高的三段梯度控温；

所述碱液调控处理的温度控制包括：一段调控温度为30-50℃，二段调控温度为50-80℃，三段调控温度为80-100℃；

所述碱液调控处理的时间为60-120min；

碱液的添加方式为逐步添加；所述逐步添加的方式包括分2-5批次加入；

碱液的氢氧根离子浓度为0.5-3mol/L；

所得高模数水玻璃的模数为3.25-3.6。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述机械化学协同活化除杂处理的温度为20-35℃，时间为30-120min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浮选的过程中，依次添加调整剂、捕收剂和起泡剂；

所述调整剂包括六偏磷酸钠和/或水玻璃；

所述调整剂的用量为0.5-2kg/t；

所述捕收剂包括油酸和/或亚油酸与煤油形成的复配溶液；

所述复配溶液中，油酸和亚油酸的含量共为5-50wt%，煤油的含量为50-95wt%；

所述捕收剂的用量为1-20kg/t；

所述起泡剂包括甲基异丁基甲醇；

所述起泡剂的用量为1-20kg/t。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述碱液调控处理的碱液包括氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液；

所述碱液调控处理过程中，碱液与富硅渣的液固比为2-5mL/g。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）向机械研磨设备中按照液固比3-5mL/g加入氢离子浓度3-7mol/L的酸和气化粗渣，调整转速为200-600r/min，在20-35℃下，进行机械化学协同活化除杂处理30-120min，然后固液分离，得到活化液和活化渣；

（2）将步骤（1）所得活化渣依次进行分级和重选；然后，在浮选设备中依次添加0.5-2kg/t调整剂、1-20kg/t捕收剂和1-20kg/t起泡剂进行浮选，得到富炭渣和富硅渣；

（3）按照液固比2-5mL/g，在30-50℃、50-80℃、80-100℃梯度控温下，逐步加入氢氧根离子浓度为0.5-3mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，对步骤（2）所得富硅渣进行碱液调控处理60-120min，然后固液分离，得到高模数水玻璃和脱硅渣。

Images