CN1329335C - 一种利用煤矸石的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤矸石利用新方法。该方法可在同一条生产线上形成系列化工产品。从煤矸石中精选出煤系高岭土，经粉磨与活化焙烧，生产煅烧高岭土。煅烧高岭土与氢氧化钠加温加压搅拌反应，得到氢氧化铝和硅酸钠。氢氧化铝结晶形成固态以便运输。硅酸钠可作为产品出售，也可加氢氧化钠再次加温加压搅拌反应，静置后冷却结晶生产出固态五水偏硅酸钠。本发明的生产原料煤矸石来源广泛；产品多品种，多规格，纯度高，多是固态，好运输，市场适应性强；常规设备即可生产，规模可大可小，生产工艺清洁环保；由于生产中对矿物超细粉碎，粒度小，反应速度快，压力小，温度低，所以生产成本低。

Description

一种利用煤矸石的方法
技术领域：
本发明涉及煤矸石应用领域，具体涉及用煤矸石在同一条生产线上生产系列化工产品的方法。
背景技术：
煤矸石是煤矿采掘时与煤同时采出的顶板、底板、夹矸等石片、矿层、泥沙的混合物，大多堆积如山，造成严重的环境影响。对煤矸石的综合利用，目前报道大多用在发电、铺路、参合水泥、制砖等领域。
本发明的目的是提供一种以煤矸石为原料，在同一生产线上生产出系列化工产品，常规化工设备即可生产，生产成本低，产品纯度高，好运输，环保清洁的利用煤矸石利用新方法。
本发明的技术方案是：
从煤矸石中精选出煤系高岭土，经粉磨与活化焙烧，生产出煅烧高岭土；煅烧高岭土与氢氧化钠溶液混合加热加压搅拌，静置分离生成氢氧化铝稀液和硅酸钠稠液；稀液结晶生成固态氢氧化铝产品；稠液加氢氧化钠再次加压加温搅拌，静置后冷却结晶生产出固态五水偏硅酸钠，具体工艺包括：
生产煅烧高岭土：
A、选矿、磨粉。对煤矸石进行选矿，选出Al2O3≥30％，Fe2O3≤1％的煤系高岭岩，破碎磨粉，粒度达60-1250目。
B、脱炭、除杂、活化、焙烧。煤系高岭岩含有8％左右的炭和其它有害杂质，最简单有效的办法就是焙烧脱炭，除杂，控制温度即可活化，对精选磨细粉加1-5％的NaCl，混合后(或在磨粉时加入)入窑焙烧，温度控制在600-1000℃，时间10分钟-8小时。发生包括以下反应方程式的化学反应：
C+O2→CO2↑
CmH2n+(m+n/2)O2→mCO2↑+nH2O
Fe2O3+C→2FeO+CO↑
FeO+CL2→FeCL+1/2O2↑
Fe2O3+6HCL→2FeCL3+H2O
AL2O3·2SiO2·2H2O→AL2O3·2SiO2+2H2O
2(AL2O3·2SiO2)→2AL2O3·3SiO2+SiO2
经以上化学方法得到煅烧高岭土。
杂质的反应机理复杂多变，不影响主导原理，不作介绍。
煅烧高岭土与氢氧化钠反应生成氢氧化铝及硅酸钠：
C、焙烧后的高岭土粉与浓度为10-60％的NaOH溶液混合，重量混合比为1∶1～7。在压力容器内对混合液进行加温加压搅拌。温度控制在200-350℃，压力控制在1-3MPa，时间为15-75分钟，同时进行缓慢搅拌，得到硅酸钠与氢氧化铝混合液。化学反应包括下列化学方程式：
2AL2O3·3SiO2-------2AL2O3+3SiO2
3SiO2+AL2O3+6NaOH-----3Na2SiO3+2AL(OH)3
D、按重量百分比向所述混合液中加入浓度为10-40％的硫酸铝0.5-2％搅拌2-10分钟，再静置0.5-1.5小时后稀液与稠液分离。
E、稀液为氢氧化铝液，可利用余热在饱和温度下结晶，固液分离，烘干包装产品。也可络合提纯乳化控制粒径，改性生产超细改性级多种氢氧化铝产品。
将氢氧化铝结晶后所剩余的液体加入稠液硅酸钠中，加温成胶，形成产品，可直接出售。
硅酸钠再与氢氧化钠反应生成五水偏硅酸钠：
F、向成为胶状的硅酸钠中加浓度为10-30％的NaOH液体，按重量比1∶0.5～2混合，加温至50-300℃，0-2个气压下反应1-3小时，静置0.5-2小时生成五水偏硅酸钠溶液，化学反应方程式包括：
Na2O·mSiO2+(4m+1)H2O+2(m-1)NaOH----m[NaSiO3·5H2O]
将反应所得溶液放入冷却结晶槽中冷却结晶，破碎包装为固态五水偏硅酸钠产品。
本发明的优点是：1、煤矸石来源广泛。在煤矿地区有大量煤矸石产生。2、生产线不需特殊设备，常规化工设备即可，规模可大可小，随意性强，适应性好。3、生产工艺清洁环保，无污染。4、由于对矿物超细粉碎，粒度小，反应速度快，压力小，温度低，造成成本低。5、产品多是固态，运输包装方便。6、产品纯度高，并可在同一生产线上形成多品种，多规格产品，市场适应性很强。
附图说明：
图1为利用煤矸石生产系列化工产品的生产工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
有的地区的煤矸石中含有大量煤系高岭岩，山西、陕西、内蒙为主要地区，在这些地区煤矸石中80-90％都是煤系高岭岩。高岭石族矿物包括所有1∶1型八面体层状硅酸盐。煤系高岭岩的高岭石族矿物含量非常纯，高达95％，成为我国特色的高岭土矿床。其化学分子式为：AL2O3·2SiO2·2H2O，相应的理论化学成份为SiO2：46.54％，AL2O3：39.5％，H2O：13.96％，SiO2/AL2O3克分子比2∶1，我们平时讲的煤矸石综合利用，其核心就是煤系高岭土的应用。
图1所示生产工艺流程，利用煤矸石生产煅烧高岭土，煅烧高岭土又与氢氧化钠在一定条件下反应得到硅酸钠与氢氧化铝，氢氧化铝饱和结晶，形成固态，包装为产品。硅酸钠又与氢氧化钠反应可生产出五水偏硅酸钠。硅酸钠也可作为产品直接出售。具体工艺过程如下：
生产煅烧高岭土：
A、选矿、磨粉。对煤矸石进行选矿，选出Al2O3≥30％，Fe2O3≤1％的煤系高岭岩，破碎磨粉，粒度达60-1250目。
B、脱炭、除杂、活化、焙烧。精选磨细粉加1-5％的NaCl，混合后(或在磨粉时加入)入窑焙烧，温度控制在600-1000℃，时间10分钟-8小时，得到煅烧高岭土。
将煅烧高岭土与氢氧化钠反应生成氢氧化铝及硅酸钠：
C、焙烧后的高岭土粉与浓度为10-60％的NaOH溶液混合，重量混合比为1∶1～7。在压力容器内对混合液进行加温加压搅拌。温度控制在200-350℃，压力控制在1-3MPa，时间为15-75分钟，同时进行缓慢搅拌，得到硅酸钠与氢氧化铝混合液。
D、按重量百分比向混合液中加入浓度为10-40％的硫酸铝0.5-2％搅拌2-10分钟，再静置0.5-1.5小时后稀液与稠液分离。
E、稀液为氢氧化铝液，可利用余热在饱和温度下结晶，固液分离，烘干包装产品；
将稀液氢氧化铝结晶后所剩余液体加入稠液硅酸钠中，加温成胶，可作为产品出售。
硅酸钠与氢氧化钠反应生成五水偏硅酸钠：
F、向成为胶状的硅酸钠加浓度为10-30％的NaOH液体，按重量比1∶0.5-2混合，加温至50-300℃，0-2个气压下反应1-3小时，静置0.5-2小时生成五水偏硅酸钠溶液，放入冷却结晶槽中冷却结晶，破碎包装为固态五水偏硅酸钠产品。
氢氧化铝与偏硅酸钠结晶时产生的水与残留氢氧化钠返回硅酸钠加温成胶，形成产品出售，不留废水，形成本发明无废水无残渣新工艺。
氢氧化铝在分离后可加络合剂络合提纯，乳化控制粒径，改性生产超细改性级多种氢氧化铝产品。
氢氧化铝煅烧后可生产各种氧化铝产品。
对其他含铝工业废渣和天然矿物，也可用本发明的方法生产相应的系列化工产品。

Claims (1)

1、一种利用煤矸石的方法，对煤矸石进行选矿，活化焙烧，生产出煅烧高岭土，其特征在于：将所获得煅烧高岭土粉与浓度为10-60％的NaOH溶液混合，重量混合比为1∶1～7，在压力容器内对混合液进行加温加压搅拌，温度控制在200-350℃，压力控制在1-3MPa，时间为15-75分钟，同时进行缓慢搅拌，得到硅酸钠与氢氧化铝混合液；
按重量百分比向所述混合液中加浓度为10-40％的硫酸铝0.5-2％，搅拌2-10分钟，再静置0.5-1.5小时，对混合液进行分离；
分离所得氢氧化铝液，利用余热在饱和温度下结晶，固液分离，烘干包装产品；
氢氧化铝结晶后所剩余液体加入分离所得的硅酸钠液中，加温成胶；
向所得胶状硅酸钠中加入NaOH，生产五水偏硅酸钠。
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