一種利用高鋁粉煤灰制備方鈉石的方法
【專利摘要】本發明提供一種利用高鋁粉煤灰制備方鈉石的方法。該方法包括如下步驟：1)對高鋁粉煤灰進行預脫硅處理，得到脫硅粉煤灰和脫硅堿液；2)將脫硅粉煤灰與碳酸鈉和石灰石混合，隨后依次進行焙燒和溶出，得到鋁酸鈉溶液；3)將脫硅堿液、鋁酸鈉溶液和氯化鈉溶液混合均化，得到均化漿料；4)對均化漿料進行晶化，并對晶化產物進行過濾、洗滌和干燥，得到方鈉石。本發明以工業中間產物脫硅堿液和鋁酸鈉溶液作為原料制備適于工業應用的方鈉石，工藝簡單、能耗低、成本小、原料利用率高，利用該方法制備的方鈉石具有白度高、粒度細、粒度均勻等特點，為生產高品質的方鈉石奠定了基礎，具有較大的工業化推廣應用價值。
【專利說明】
一種利用高鋁粉煤灰制備方鈉石的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種粉煤灰的資源化利用方法，具體涉及一種利用高鋁粉煤灰制備方鈉石的方法。
【背景技術】
[0002]粉煤灰是火力發電廠燃煤后產生的固體廢棄物，主要化學成分是氧化鋁和二氧化硅。由于特殊的地質背景，鄂爾多斯盆地晚古生代煤層及夾矸中富含一水軟鋁石和高嶺石等礦物，其在燃燒后產生高鋁粉煤灰，其中含有37-52%的Al2O3，35-52 %的S12，此外Fe、T1、Ca、Mg等的氧化物總含量為8-12%，還含有微量的稀散及稀土金屬，是一種非常寶貴的含鋁資源。因此，對高鋁粉煤灰進行資源化利用，對于保護生態環境以及節約資源具有重要意義。
[0003]目前，在利用高鋁粉煤灰、煤矸石、霞石、鉀長石等含鋁原料提取氧化鋁的預脫硅工序中會產出大量的中間產物脫硅堿液和脫硅粉煤灰，其中脫硅堿液主要為硅酸鈉與氫氧化鈉的混合物，而脫硅粉煤灰在經熟料焙燒和熟料溶出后還會產出大量的中間產物鋁酸鈉溶液，其主要為鋁酸鈉、碳酸鈉和氫氧化鈉的混合物。如何對這些中間產物進行高值化利用并減少含硅中間產品的二次污染，成為亟待解決的問題。

【發明內容】

[0004]本發明提供一種利用高鋁粉煤灰制備方鈉石的方法，其不僅實現了高鋁粉煤灰的資源化利用，并且為生產高品質的方鈉石奠定了基礎。
[0005]本發明提供一種利用高鋁粉煤灰制備方鈉石的方法，包括如下步驟:
[0006]I)對高鋁粉煤灰進行預脫硅處理，得到脫硅粉煤灰和脫硅堿液；
[0007]2)將脫硅粉煤灰與碳酸鈉和石灰石混合，隨后依次進行焙燒和溶出，得到鋁酸鈉溶液；
[0008]3)將脫硅堿液、鋁酸鈉溶液和氯化鈉溶液混合均化，得到均化漿料；
[0009 ] 4)對均化漿料進行晶化，并對晶化產物進行過濾、洗滌和干燥，得到方鈉石。
[0010]本發明對所述高鋁粉煤灰不作嚴格限制，例如可以為鄂爾多斯盆地晚古生代煤層及夾矸中所富含的一水軟鋁石、高嶺石等礦物燃燒后所產生的粉煤灰。進一步地，所述高鋁粉煤灰的組成可以為:Al203 48-52% ,S12 35-40% ,Fe2O3 1.5-2% ,CaO 4.8-5% ,T121.4-1.5%, Na2O 0.1-0.2 %。更進一步地，所述高鋁粉煤灰的鋁硅比(即氧化鋁Al2O3與二氧化硅S12的摩爾比)為1.09-1.32。
[0011]在本發明中，可以采用本領域常規方法對高鋁粉煤灰進行預脫硅處理，例如采用堿液進行預脫硅處理。在一實施方式中，步驟I)可以包括:將高鋁粉煤灰與質量含量為10-15%的氫氧化鈉溶液混合，控制氫氧化鈉與高鋁粉煤灰的質量比為(0.3-0.7):1,在90-130°C下預脫硅處理l_3h，隨后液固分離，得到脫硅粉煤灰和脫硅堿液。
[0012]此外，還可以通過本領域的其它現有技術或常規方法得到所述脫硅堿液，例如可以利用CN101798095B所公開的通過對富鉀巖石預脫硅制備硅酸鉀鈉溶液的工藝得到;也可以通過CN102249253B中所公開的利用作為硅質原料的粉煤灰或煤矸石與氫氧化鈉溶液進行脫娃反應得到。
[0013]進一步地，所述脫硅堿液中二氧化硅的濃度為40_80g/L，氧化鈉的濃度為50-120g/L，氧化招的濃度小于5g/L，Na20c的濃度小于17.lg/L;其中，所述Na20c(C為碳酸根C032—的縮寫)用來表征脫硅堿液中Na2CO3的含量，將溶液中Na2CO3的含量折合成Na2O計算，例如某溶液碳酸鈉的含量為Zg/Ι，用Na2Oc來表示就是70.19(Z*62/106)g/L。
[0014]在本發明中，可以常用本領域常規方法進行所述焙燒和溶出，例如可以采用CN102249253A所公開的方法進行;其中，焙燒溫度為1150-1300 °C，焙燒時間10_60min ；溶出溫度為55-85°C，溶出時間為5-30min。
[0015]進一步地，所述鋁酸鈉溶液中氧化鋁的濃度為80-130g/L，氧化鈉的濃度為60-115g/L，二氧化硅的濃度為2-6g/L，碳酸鈉的濃度為17-50g/L。
[0016]在發明的步驟3)中，將所述脫硅堿液和所述鋁酸鈉溶液以硅鋁比(即二氧化硅與氧化鋁的摩爾比)2.0?2.5的比例進行配料，并且控制均化漿料中的鈉硅比(即氧化鈉與二氧化硅的摩爾比)為2.0?4.5;此外，將所述脫硅堿液與所述氯化鈉溶液以硅氯比(即二氧化硅與氯化鈉的摩爾比)1.5?3.0的比例進行配料。
[0017]在本發明的具體方案中，在上述混合均化時，可以控制二氧化硅、氧化鋁、氯化鈉、氧化鈉和水之間的摩爾比為1:(0.4-0.5):(0.3-0.7):(2-4.5): (120-180)，進一步為1:(0.4-0.5):(0.3-0.4):(2-3.5):(120-180)ο
[0018]進一步地，可以在40_90°C下進行所述混合均化，并且控制所述混合均化的時間為20_120mino
[0019 ]在本發明的步驟4)中，可以控制所述晶化的溫度為110-140 °C，時間為1-12h;此夕卜，可以采用50-100°C的水進行所述洗滌，其中水的用量為過濾所形成的濾餅重量的3-5倍;并且，可以控制所述干燥的溫度為50-105°C。
[0020]進一步地，所述方鈉石的粒度可以為2_16μπι。
[0021]本發明的實施，至少具有以下優勢:
[0022]1、本發明以工業中間產物脫硅堿液和鋁酸鈉溶液作為原料制備適于工業應用的方鈉石，其原料價廉易得、性能穩定，既有效解決了工業中間產物消納與高值化利用等問題，同時也大大降低了生產成本。
[0023]2、本發明的工藝簡單、能耗低、成本小、原料利用率高，利用該方法制備的方鈉石具有白度高、粒度細、粒度均勻等特點，為生產高品質的方鈉石奠定了基礎，具有較大的工業化推廣應用價值。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明實施例1制備的方納石的X射線衍射圖。
【具體實施方式】
[0025]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明的實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0026]實施例1
[0027]1、預脫硅處理
[0028]取50克鋁硅比為1.25的高鋁粉煤灰，加入1801^濃度為10(^/1的氫氧化鈉溶液中，隨后將混合物置于反應釜中，并于120°C的條件下預脫硅處理2.0小時;預脫硅處理后，對形成的產物進行過濾、洗滌，得到脫硅堿液和脫硅粉煤灰;其中，脫硅堿液中二氧化硅的濃度為63.56g/L，氧化鈉的濃度為82.4g/L，氧化鋁的濃度為1.38g/L，Na2Oc的濃度為4.9g/L。
[0029]2、焙燒、溶出
[0030]將上述脫硅粉煤灰與碳酸鈉和石灰石混合，隨后以常規方法依次進行焙燒和溶出，得到鋁酸鈉溶液，該鋁酸鈉溶液中氧化鋁的濃度為106.83g/L，氧化鈉的濃度為92.34g/L，二氧化硅的濃度為3.34g/L，碳酸鈉的濃度20.6g/L。
[0031]3、混合均化
[0032]將上述脫硅堿液置于可控溫的均化槽內，按照摩爾比S12: Al2O3:NaCl:Na2O: H2O =1:0.45:0.35:2.8: 120的比例依次加入上述鋁酸鈉溶液、去離子水和氯化鈉，控制均化槽的溫度為70°C，均化處理90min，得到均化漿料。
[0033]4、晶化
[0034]將上述均化漿液轉移至高壓反應釜內進行晶化，控制晶化溫度為120°C，晶化時間為10小時，晶化后取出晶化產物;對晶化產物過濾后，采用90°C的熱水逆向洗滌三次，然后于105°C條件下烘干，即得到粒度在2-16um之間的單一沸石礦物種方鈉石，其白度高、粒度細、粒度均勻，X射線衍射圖如圖1所示。
[0035]實施例2
[0036]1、預脫硅處理
[0037]取50克鋁硅比為1.17的高鋁粉煤灰，加入150mL濃度為80g/L的氫氧化鈉溶液中，隨后將混合物置于反應釜中，并于120°C條件下預脫硅處理2.5小時;預脫硅處理后，對形成的產物進行過濾、洗滌，得到脫硅堿液和脫硅粉煤灰;其中，脫硅堿液中二氧化硅的濃度為46.67g/L，氧化鈉的濃度為69.3g/L，氧化鋁的濃度為1.23g/L，Na20c的濃度為7.8g/L。
[0038]2、焙燒、溶出
[0039]將上述脫硅粉煤灰與碳酸鈉和石灰石混合，隨后以常規方法依次進行焙燒和溶出，得到鋁酸鈉溶液，該鋁酸鈉溶液中氧化鋁的濃度為95.47g/L，氧化鈉的濃度為93.23g/L，二氧化硅的濃度為2.45g/L，碳酸鈉的濃度22.4g/L。
[0040]3、混合均化
[0041 ] 將上述脫硅堿液置于可控溫的均化槽內，按照摩爾比S12: Al2O3:NaCl:Na2O: H2O =1: 0.5:0.4:3.0:150的比例依次加入上述鋁酸鈉溶液、去離子水和氯化鈉，控制均化槽的溫度為80 0C，均化處理120min，得到均化漿料。
[0042]4、晶化
[0043]將上述均化漿液轉移至高壓反應釜內進行晶化，控制晶化溫度為140°C，晶化時間為6小時，晶化后取出晶化產物;對晶化產物過濾后，采用90°C的熱水逆向洗滌三次，然后于105°C條件下烘干，即得到粒度在2-16um之間的單一沸石礦物種方鈉石，其白度高、粒度細、粒度均勻，X射線衍射圖同圖1。
[0044]實施例3
[0045]1、預脫硅處理
[0046]取50克鋁硅比為1.09的高鋁粉煤灰，加入200mL濃度為108g/L的氫氧化鈉溶液中，隨后將混合物置于反應釜中，并于130°C的條件下預脫硅處理2.0小時;預脫硅處理后，對形成的產物進行過濾、洗滌，得到脫硅堿液和脫硅粉煤灰;其中，脫硅堿液中二氧化硅的濃度為64.27g/L，氧化鈉的濃度為82.14g/L，氧化鋁的濃度為0.88g/L ,Na2Oc的濃度為6.8g/L。
[0047]2、焙燒、溶出
[0048]將上述脫硅粉煤灰與碳酸鈉和石灰石混合，隨后以常規方法依次進行焙燒和溶出，得到鋁酸鈉溶液，該鋁酸鈉溶液中氧化鋁的濃度為11 2.45g/L，氧化鈉的濃度為103.98g/L，二氧化硅的濃度為3.45g/L，碳酸鈉的濃度28.7g/L。
[0049]3、混合均化
[0050]將上述脫硅堿液置于可控溫的均化槽內，按照摩爾比S12: Al2O3:NaCl:Na2O: H2O =1: 0.48:0.36:3.2:180的比例依次加入上述鋁酸鈉溶液、去離子水及氯化鈉，控制均化槽的溫度為90 0C，均化處理60min，得到均化漿料。
[0051]4、晶化
[0052]將上述均化漿液轉移至高壓反應釜內進行晶化，控制晶化溫度為130°C，晶化時間為8小時，晶化后取出晶化產物;對晶化產物過濾后，采用90°C的熱水逆向洗滌三次，然后于105°C條件下烘干，即得到粒度在2-16um之間的單一沸石礦物種方鈉石，其白度高、粒度細、粒度均勻，X射線衍射圖同圖1。
[0053]實施例4
[0054]1、預脫硅處理
[0055]取50克鋁硅比為1.32的高鋁粉煤灰，加入180mL濃度為110g/L的氫氧化鈉溶液中，隨后將混合物置于反應釜中，并于125°C的條件下預脫硅處理1.0小時;預脫硅處理后，對形成的產物進行過濾、洗滌，得到脫硅堿液和脫硅粉煤灰;其中，脫硅堿液中二氧化硅的濃度為55.34g/L，氧化鈉的濃度為86.26g/L，氧化鋁的濃度為1.87g/L，Na20c的濃度為7.8g/L。
[0056]2、焙燒、溶出
[0057]將上述脫硅粉煤灰與碳酸鈉和石灰石混合，隨后以常規方法依次進行焙燒和溶出，得到鋁酸鈉溶液，該鋁酸鈉溶液中氧化鋁的濃度為104.21g/L，氧化鈉的濃度為88.23g/L，二氧化硅的濃度為2.34g/L，碳酸鈉的濃度為23.7g/L。
[0058]3、混合均化
[0059]將上述脫硅堿液置于可控溫的均化槽內，按照摩爾比S12: Al2O3:NaCl:Na2O: H2O =1:0.42:0.34:2.9: 150的比例依次加入上述鋁酸鈉溶液、去離子水及氯化鈉，控制均化槽的溫度為60°C，均化處理120min，得到均化漿料。
[0060]4、晶化
[0061]將上述均化漿液轉移至高壓反應釜內進行晶化，控制晶化溫度為110°C，晶化時間為12小時，晶化后取出晶化產物;對晶化產物過濾后，采用90°C的熱水逆向洗滌三次，然后于105°C條件下烘干，即得到粒度在2-16um之間的單一沸石礦物種方鈉石，其白度高、粒度細、粒度均勻，X射線衍射圖同圖1。
[0062]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。
【主權項】
1.一種利用高鋁粉煤灰制備方鈉石的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)對高鋁粉煤灰進行預脫硅處理，得到脫硅粉煤灰和脫硅堿液； 2)將脫硅粉煤灰與碳酸鈉和石灰石混合，隨后依次進行焙燒和溶出，得到鋁酸鈉溶液； 3)將脫硅堿液、鋁酸鈉溶液和氯化鈉溶液混合均化，得到均化漿料； 4)對均化漿料進行晶化，并對晶化產物進行過濾、洗滌和干燥，得到方鈉石。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述高鋁粉煤灰中氧化鋁與二氧化硅的摩爾比為 1.09-1.32。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)包括: 將高鋁粉煤灰與質量含量為10-15%的氫氧化鈉溶液混合，控制氫氧化鈉與高鋁粉煤灰的質量比為(0.3-0.7):1，在90-130°C下預脫硅處理I_3h，隨后液固分離，得到脫硅粉煤灰和脫硅堿液。4.根據權利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述脫硅堿液中二氧化硅的濃度為40-80g/L，氧化鈉的濃度為50-120g/L，氧化鋁的濃度小于5g/L，Na20c的濃度小于17.1g/L05.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鋁酸鈉溶液中氧化鋁的濃度為80-130g/L，氧化鈉的濃度為60-115g/L，二氧化硅的濃度為2_6g/L，碳酸鈉的濃度為17_50g/L。6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)中，在混合均化時，控制二氧化硅、氧化招、氯化鈉、氧化鈉和水之間的摩爾比為1: (0.4-0.5): (0.3-0.7):(2-4.5): (120-180)。7.根據權利要求1或6所述的方法，其特征在于，在40-90V下進行所述混合均化，并且控制所述混合均化的時間為20-120min。8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中，控制所述晶化的溫度為110-140°C，時間為l_12h。9.根據權利要求1或8所述的方法，其特征在于，步驟4)中，采用50-100°C的水進行所述洗滌，其中水的用量為過濾所形成的濾餅重量的3-5倍;并且，控制所述干燥的溫度為50-105。。。10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方鈉石的粒度為2-16μπι。
【文檔編號】C01B33/26GK105858674SQ201610189314
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月28日
【發明人】洪景南, 孫俊民, 高志軍, 楊會賓, 許學斌, 王娜, 胡劍
【申請人】大唐國際發電股份有限公司高鋁煤炭資源開發利用研發中心