專利名稱：利用煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用鋁硅酸鹽礦物的化工開發(fā)利用方法，特別是一種利用 煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工藝方法。
背景技術(shù)：
據(jù)邊炳鑫、解強、趙有才在《煤系固體廢物資源化技術(shù)》(化學(xué)工業(yè)出版 社2005年5月第一版)一書中稱煤矸石作為煤炭生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物，產(chǎn)量約占煤炭開采 量的10-25%。截止到2004年，全國煤礦堆積貯存的煤矸石已達40億噸以上，占地近30 萬畝。隨著煤炭開采的增加，全國每年新增加的煤矸石有3億噸以上，除了綜合利用的近6 千萬噸外，其余近2. 4億噸煤矸石都被繼續(xù)堆積貯存。煤矸石的基本組成是鋁硅酸鹽，主要是氧化鋁和二氧化硅，兩組分合計約占煤 矸石總量的70-98 %，大部分在80%左右，其中氧化鋁約占15-45 %，二氧化硅一般占 40-65%，另含少量鐵、鈣、鎂等元素的氧化物，各組分的含量因煤矸石的產(chǎn)地而異。從工業(yè)廢棄物煤矸石中提取化工產(chǎn)品，變廢為寶，改善環(huán)境，是世界各國、更是我 國的重要產(chǎn)業(yè)政策。馮詩慶在1995年第4期《無機鹽工業(yè)》第22_24頁刊文《煤矸石制鋁鹽和白炭黑》 (對比文獻1)，提出用酸浸煤矸石與其中的氧化鋁組分發(fā)生反應(yīng)生成鋁鹽，然后加銨鹽反 應(yīng)生成氫氧化鋁和銨明礬。此對比文獻1采用酸法處理煤矸石工藝得到鋁鹽產(chǎn)品，氧化鋁 的提取率只有65%左右，而煤矸石中的另一種更主要的組分二氧化硅卻只是作為尾渣，經(jīng) 過活化劑改性反應(yīng)得到因為含其他少量組分而純度不高的白炭黑，技術(shù)的經(jīng)濟價值不高。杜玉成等在1997年第5期《河北冶金》第28_31頁刊文《煤矸石制備氫氧化鋁、氧 化鋁及高純度α-氧化鋁微粉的研究》(對比文獻2)，提出對氧化鋁含量大于35%的煤矸 石，采用酸鹽聯(lián)合法先經(jīng)硫酸浸泡生成硫酸鋁，去除二氧化硅殘渣，再加硫酸銨和氨水鹽析 反應(yīng)得到氫氧化鋁，用去離子水洗滌除去氫氧化鋁上吸附的雜質(zhì)離子，然后經(jīng)焙燒得到氧 化鋁；用鹽酸浸泡煤矸石，去除二氧化硅殘渣后，經(jīng)氯化氫氣體鹽析除雜提純、再加氨水活 化、交聯(lián)劑高聚復(fù)合反應(yīng)生成鋁凝膠、1100-1300°C高溫煅燒轉(zhuǎn)型，得到高純度α-氧化鋁 微粉。此對比文獻2采用酸鹽聯(lián)合法工藝處理煤矸石，氧化鋁的提取率也只有75%左右，煤 矸石中另一更主要的組分二氧化硅并沒有被利用。劉小波、付勇堅、肖秋國、鄧文在《自然資源學(xué)報》1998年13卷1期第77_80頁刊 文《煤矸石資源充分利用的新工藝》(對比文獻3)，提出將煤矸石、石灰石破碎后按一定比 例配料并混合球磨，得到的粉料與純堿制備的Na2CO3水溶液混練，制成煤矸石-石灰石-純 堿混合物料。該物料?；笕霠t燒結(jié)，所得到的燒結(jié)物料與外加的鐵礦石、石灰石粉料再 次混合共磨，然后以清水浸取，過濾分離后得到Na2O · Al2O3溶液和殘渣。將二氧化碳引入 Na2O · Al2O3溶液中使之碳酸化分解，從而得到Al (OH) 3沉淀和Na2CO3稀溶液；將Al (OH) 3沉 淀干燥煅燒，最終得到工業(yè)氧化鋁。殘渣經(jīng)高溫直接煅燒后成為硅酸鹽水泥熟料。此對比 文獻3采用石灰石-純堿燒結(jié)法，煤矸石原料中氧化鋁的提取率有了較大提高，但也只能達 到80-85% ；同時，煤矸石中另一更主要的組分二氧化硅仍然沒有被高附加值利用，只是作 為殘渣用于生產(chǎn)水泥，二氧化硅組分的經(jīng)濟價值未得到充分利用。
綜上所述，對比文獻1、2、3存在下列不足1、均只對煤矸石中的氧化鋁組分進行高附加值利用，對氧化鋁組分的提取率也只 能達到65-85%，因此資源的利用率都較低，只相當(dāng)于利用了煤矸石原料總量的20-30%左 右；當(dāng)原料煤矸石中氧化鋁含量較低時，原料煤矸石將不能利用。2、對煤矸石中的另一更主要的組分二氧化硅，對比文獻1中只是經(jīng)過活化劑改性 反應(yīng)得到純度不高的白炭黑，對比文獻2中予以棄用，對比文獻3中只是作為殘渣用于生產(chǎn) 低價值的水泥，二氧化硅組分沒有得到高附加值利用。 3、在利用煤矸石過程中，對比文獻1和對比文獻2均出現(xiàn)了因為能耗高，產(chǎn)品生產(chǎn) 周期長，加之煤矸石原料利用率較低，使得單位產(chǎn)量產(chǎn)品成本增加，生產(chǎn)成本難以降低的問 題。4、對比文獻1和對比文獻2的工藝中都需要多次用水洗滌，而洗滌液又未能加以 回收利用，不僅耗費了大量可貴的水資源，加上對比文獻2中煤矸石的主要成分二氧化硅 的棄用，均造成對環(huán)境的二次污染。由此可見，研究一種資源利用率高、資源利用附加值高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)過程中 沒有二次污染的煤矸石開發(fā)利用方法是必要的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，開發(fā)一種資源利用率高、資源利 用附加值高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)過程又沒有二次污染的煤矸石開發(fā)利用方法，特別是一種利 用煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工藝方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種利用煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工 藝方法，特征在于運用燒堿法原理，采用燒堿堿熔工藝，通過燒堿堿熔_碳化_水解，實現(xiàn)同 時提取煤矸石中的氧化鋁和二氧化硅，生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉。
圖1為本發(fā)明的工藝原理示意圖；圖2為本發(fā)明具體實施的生產(chǎn)流程 示意圖。如圖1中所示1、燒堿堿熔將煤矸石粉與燒堿溶液混合，加熱進行堿熔處理，得到干粉。干粉輸 入干粉溶解工序。2、干粉溶解將燒堿堿熔得到的干粉進行溶解。溶解后，過濾，得到濾餅和濾液。 濾餅中包含有部分氫氧化鋁，經(jīng)過洗滌以后，輸入下道氫氧化鋁溶出工序；濾液輸入后道第
一碳化工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁。3、氫氧化鋁溶出將干粉溶解得到的濾餅用燒堿溶液進行溶解，使氫氧化鋁溶解 進入溶液。溶解后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅經(jīng)洗滌作為濾渣；濾液輸入下道第一碳化 工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁。4、第一碳化將前面干粉溶解及氫氧化鋁溶出兩道工序得到的濾液合并，進行稀 釋后，用二氧化碳?xì)怏w進行第一次碳酸化處理。第一碳化結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液。濾 餅經(jīng)洗滌為含有二氧化硅的粗氫氧化鋁，輸入下道濾餅溶解工序；濾液輸入后道第二碳化工序。5、濾餅溶解將第一碳化得到的濾餅，用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃 濾液進行溶解，得到含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，輸入下道脫硅提純工序。6、脫硅提純將濾餅溶解得到的含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，添加生石灰或熟石灰并攪拌加熱，進行脫硅處理。脫硅處理結(jié)束后，過濾，得到濾餅脫硅渣和濾液。脫硅渣含 有氧化鋁和二氧化硅，直接輸入頭道燒堿堿熔工序，與煤矸石粉一起，重新進行燒堿堿熔處 理；濾液為高純度鋁酸鈉溶液，輸入下道稀釋水解工序生產(chǎn)氫氧化鋁。7、稀釋水解將脫硅提純得到的濾液，進行稀釋水解。水解結(jié)束后，過濾，得到濾餅 和濾液。濾餅經(jīng)洗滌、烘干、粉碎后為產(chǎn)品氫氧化鋁；濾液為含有鋁酸鈉的氫氧化鈉稀溶液， 輸入下道濾液濃縮工序。8、濾液濃縮將稀釋水解得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到濃溶液。濃溶液輸入前 道濾餅溶解工序。9、第二碳化將第一碳化得到的濾液，用二氧化碳?xì)怏w進行第二次碳酸化處理。第 二碳化結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅經(jīng)洗滌、烘干、粉碎后為產(chǎn)品硅酸；濾液輸入下 道濾液蒸發(fā)工序。10、濾液蒸發(fā)將第二碳化得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到過飽和的濃溶液。濃溶 液輸入下道冷卻結(jié)晶工序。11、冷卻結(jié)晶將濾液蒸發(fā)得到的濃溶液進行冷卻、結(jié)晶。結(jié)晶后，過濾，得到濾餅 和濾液。濾餅為碳酸氫鈉，輸入下道干燥工序；濾液為碳酸氫鈉飽和溶液，輸入后道尾氣噴 淋工序。12、干燥將冷卻結(jié)晶得到的濾餅進行干燥處理，得到產(chǎn)品碳酸鈉干粉和含碳酸鈉 粉塵的尾氣。尾氣輸入下道尾氣噴淋工序。13、尾氣噴淋將冷卻結(jié)晶得到的濾液用來對上道干燥工序的含碳酸鈉粉塵的尾 氣進行噴淋，得到凈化后的尾氣和噴淋液。噴淋液為含碳酸鈉的碳酸氫鈉飽和溶液，輸入前 道濾液蒸發(fā)工序，并入下一批第二碳化后的濾液，進行蒸發(fā)濃縮；凈化后的尾氣直接排放。
具體實施例方式結(jié)合圖2，本發(fā)明是這樣進一步實現(xiàn)的如圖2中所示，將燃料燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煹罋庖来斡贸乜諝夂退M行換熱處 理高溫?zé)煹罋饨?jīng)過空氣換熱，將常溫空氣加熱得到400-80(TC和300-40(TC兩種熱空氣， 高溫?zé)煹罋鉁囟冉档?，變?yōu)?00-600°C中溫?zé)煹罋猓恢袦責(zé)煹罋庠儆盟畵Q熱，得到95°C的熱 水，中溫?zé)煹罋鉁囟冉档偷?00°C以下。200°C以下的低溫?zé)煹罋饨?jīng)過水洗、凈化處理后，得 到含二氧化碳的常溫潔凈煙道氣。400-8000C的熱空氣用于燒堿堿熔工藝的加熱濃縮和烘焙干燥；300-400°C的熱空氣用于碳酸氫鈉濾餅干燥工藝；950C的熱水用作各個相應(yīng)工藝的濾餅洗滌和稀釋水解用水；含二氧化碳的常溫潔凈煙道氣用于第一碳化、第二碳化工藝。通過對煙道氣的換熱利用和凈化處理，實現(xiàn)了廢熱與廢氣的再利用。所述圖2中的煤矸石粉是指用粒度為60-200目的煤矸石粉作為原料煤矸石，其中 氧化鋁與二氧化硅含量均沒有限制。所述圖2中的燒堿溶液是指質(zhì)量百分比濃度> 30%的氫氧化鈉溶液。所述圖2中的燒堿堿熔是指將60-200目的煤矸石粉與質(zhì)量百分比濃度≥30%的 燒堿溶液按照質(zhì)量比煤矸石粉氫氧化鈉=1 0.8-1. 5進行配料，用經(jīng)過高溫?zé)煹罋鈸Q 熱得到的400-800°C熱空氣加熱反應(yīng)，直到物料變成干粉。干粉輸入下道干粉溶解工序。所述圖2中的干粉溶解是指將經(jīng)燒堿堿熔工藝段得到的干粉用洗滌液溶解。干粉溶解時，控制溶解后溶液中Na2O > 250克/升。干粉溶解后，在4小時內(nèi)過濾。過濾后，得 到濾餅和濾液。濾餅用經(jīng)過中溫?zé)煹罋鈸Q熱得到的95°C熱水洗滌至PH= 11。洗滌液集中 用于循環(huán)利用。洗滌后的濾餅為含有氫氧化鋁的雜質(zhì)，輸入下道氫氧化鋁溶出工序；濾液輸 入后道第一碳化工序。所述圖2中的氫氧化鋁溶出是指將經(jīng)干粉溶解工藝段得到的濾餅，再用燒堿 溶液溶解。濾餅溶解時，加入的燒堿溶液量按照濾餅與燒堿溶液混合后，溶液中摩爾比 Al2O3 Na2O=I 1.4-1. 6計算，控制溶液中Na2O濃度在230-250克/升之間，溫度110°C， 溶解時間3小時。濾餅溶解后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅用經(jīng)過中溫?zé)煹罋鈸Q熱得到的 95°C熱水洗滌至PH= 11。洗滌液集中用于循環(huán)利用。洗滌后的濾餅作為濾渣，呈堿性，其 中仍然含有少量Al (OH) 3,輸入后道污水處理工序，用于對洗滌煙道氣后的污水進行絮凝凈 化處理。濾液輸入下道第一碳化工序。
所述圖2中的第一碳化是指將干粉溶解工藝段得到的濾液和氫氧化鋁溶出工藝 段得到的濾液合并，先用洗滌液進行稀釋，再用含二氧化碳的常溫潔凈煙道氣進行第一次 碳酸化處理。稀釋時，控制溶液中Na2O的質(zhì)量百分比濃度< 8. 5% ；碳化時，溶液的起始溫 度60-80°C;壓力0. 25-0. 3MP ；終點溫度40°C、PH = 10. 8-11。第一碳化結(jié)束后，在常壓、約 40°C下陳化20分鐘后過濾，得到濾餅和濾液。濾餅用經(jīng)過中溫?zé)煹罋鈸Q熱得到的95°C熱水 洗滌至PH = 9. 5-9. 8。洗滌液集中用于循環(huán)利用。洗滌后的濾餅為含有少量SiO2的粗氫 氧化鋁，輸入下道濾餅溶解工序；濾液輸入后道第二碳化工序。所述圖2中的濾餅溶解是指將第一碳化工藝段得到的濾餅用燒堿溶液和后道濾 液濃縮工序得到的濃濾液溶解，得到粗鋁酸鈉溶液。濾餅溶解時，加入的燒堿溶液和后道濾 液濃縮工序得到的濃濾液量，按照濾餅與燒堿混合后溶液中Al2O3 < 150克/升、Na2O ( 210 克/升計算，溶解溫度110°C，溶解時間3小時。粗鋁酸鈉溶液輸入下道脫硅提純工序。所述圖2中的脫硅提純是指將濾餅溶解工藝段得到的粗鋁酸鈉溶液中添加生石 灰氧化鈣或熟石灰氫氧化鈣進行脫硅處理。脫硅時，氧化鈣用量6-8克/升，溫度100°C， 時間1小時。脫硅提純后，過濾，得到脫硅渣和濾液。脫硅渣直接輸送到頭道燒堿堿熔工藝 段，與煤矸石粉一起，重新進行燒堿堿熔處理；濾液輸入下道稀釋水解工序。所述圖2中的稀釋水解是指將脫硅提純工藝段得到的濾液，用經(jīng)過中溫?zé)煹罋鈸Q 熱得到的95°C熱水進行稀釋水解。水解時，控制溶液中NaAlO2濃度< 0. 5M ；時間20-30分 鐘。水解后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅用經(jīng)過中溫?zé)煹罋鈸Q熱得到的95°C熱水洗滌至 PH = 7-8。洗滌液集中用于循環(huán)利用。洗滌后的濾餅為氫氧化鋁；濾液輸入下道濾液濃縮 工序。所述圖2中的濾液濃縮是指將稀釋水解工藝段得到的濾液，加熱進行蒸發(fā)濃縮。 濃縮時，控制溶液中Na2O濃度達到310克/升為濃縮終點，得到含有鋁酸鈉的氫氧化鈉濃 溶液，循環(huán)到前道濾餅溶解工段，用來代替燒堿溶液進行濾餅溶解。所述圖2中的第二碳化是指將第一碳化工藝段得到的濾液，再用含二氧化碳的常 溫潔凈煙道氣進行第二次碳酸化處理。碳化時，起始溫度60-80°C ；壓力0. 25-0. 3MP ；終點 溫度40°C、PH = 8. 7-9。第二碳化結(jié)束后，在常壓、約40°C下陳化20分鐘后過濾，得到濾餅 和濾液。濾餅用經(jīng)過中溫?zé)煹罋鈸Q熱得到的95°C熱水洗滌至PH = 7-8，洗滌液集中用于循 環(huán)利用。洗滌后的濾餅為硅酸；濾液是含有少量碳酸鈉的碳酸氫鈉溶液，輸入下道濾液蒸發(fā)工序。所 述圖2中的濾液蒸發(fā)是指將第二碳化工藝段得到的濾液，加熱進行蒸發(fā)濃縮。 濃縮時，控制溶液密度d = 1. 11-1. 12g/cm3為濃縮終點，得到含有少量碳酸鈉的碳酸氫鈉 過飽和溶液。濃縮后的濃溶液輸入下道冷卻結(jié)晶工序。所述圖2中的冷卻結(jié)晶是指將上道濾液蒸發(fā)工藝段得到的濃溶液，用水進行冷 卻、結(jié)晶。結(jié)晶后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅為碳酸氫鈉晶體，直接輸入下道干燥工序； 濾液為含有少量碳酸鈉的碳酸氫鈉飽和溶液，輸入后道尾氣噴淋工序。所述圖2中的干燥是指將冷卻結(jié)晶工藝段得到的碳酸氫鈉濾餅，用經(jīng)過煙道氣換 熱得到的300-400°C的潔凈熱空氣進行干燥處理，得到干粉和含粉塵的尾氣。干粉為碳酸鈉 粉；尾氣中的粉塵為碳酸鈉粉塵，尾氣輸入下道尾氣噴淋工序。所述圖2中的尾氣噴淋是指將上道干燥工藝段得到的尾氣用冷卻結(jié)晶工藝段得 到的濾液進行噴淋。噴淋后，得到凈化的尾氣和噴淋液。噴淋液為含碳酸鈉的碳酸氫鈉飽 和溶液，輸入前道濾液蒸發(fā)工序，并入下一批第二碳化后的濾液，進行蒸發(fā)濃縮；凈化后的 尾氣直接排放。氫氧化鋁溶出工藝段濾餅洗滌后得到的濾渣，輸入污水處理工序，用于對洗滌煙 道氣后的污水進行絮凝凈化處理。凈化處理后得到的清水循環(huán)用于后續(xù)的煙道氣洗滌，實 現(xiàn)了洗滌廢水循環(huán)。下面是圖1、圖2中各工藝流程的化學(xué)原理燒堿堿熔Si02+Na0H— Na2Si03+H20Al203+Na0H — NaAlO2+H2OFe203+Na0H — NaFeO2+H2ONaA102+Na2Si03+H20 — Na2O · Al2O3 · 2Si02 · 2H20Na2O · Al2O3 · 2Si02 · 2H20+Na0H — NaA102+Na2Si03+H20干粉溶解NaA102+H20—Al(OH)3 丨 +NaOHNaFe02+H20 — Fe (OH) 3 I +NaOH氫氧化鋁溶出A1(OH) 3+NaOH — NaA102+H20第一碳化Na0H+C02— Na2C03+H20NaA102+C02+H20 — Na2C03+Al (OH) 3 INa2Si03+C02+H20 — Na2C03+NaHSi03Na2C03+C02+H20 — NaHCO3濾餅溶解A1(OH) 3+NaOH — NaA102+H20脫硅提純NaA102+Ca0+H20— 3Ca0 · Al2O3 · 6H20 丨 +NaOHNaA 102+Na2Si03+Ca0+H20 — 3Ca0 · Al2O3 · xSi02 · (6-2x) H2O I +NaOH稀釋水解NaA102+H20—Al(OH)3 丨 +NaOH第二碳化NaHSi03+C02+H20— Na2C03+H2Si03 INa2C03+C02+H20 — NaHCO3干燥NaHCO3— Na2C03+C02 個 +H2O 個本發(fā)明經(jīng)過實際試用，收到了如下的效果1、煤矸石的資源利用率高。與對比文獻1、2、3相比較，本發(fā)明不僅利用了占煤矸石原料總量30%左右的氧化鋁，而且同時利用了占煤矸石原料50%以上的二氧化硅組分， 適用于各種煤矸石資源的開發(fā)；氧化鋁的提取率達到95%以上，二氧化硅的提取率達到 90%以上。
2、資源利用的附加值高。與對比文獻1、2、3相比較，運用公知的酸溶和堿溶工藝， 通過對本發(fā)明得到的氫氧化鋁與硅酸進行進一步的深加工，很容易得到種類齊全、規(guī)格繁 多的高附加值的各種鋁鹽與硅酸鹽以及氧化鋁、鋁酸鹽、沉淀二氧化硅、硅膠等化工產(chǎn)品。 技術(shù)應(yīng)用的商業(yè)價值高。3、產(chǎn)品成本低。與對比文獻1、2、3相比較，本發(fā)明采用燒堿法工藝，工藝流程簡 潔，產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，只要4-6小時；產(chǎn)品得率高；煙道氣中的二氧化碳、余熱、洗滌液的回 收利用，使所得到的氫氧化鋁和硅酸成本比國內(nèi)外其他工藝方法生產(chǎn)的成本都大幅度降 低。4、清潔生產(chǎn)。與對比文獻1、2、3相比較，本發(fā)明的生產(chǎn)過程對環(huán)境沒有二次污染。本發(fā)明實施得到的氫氧化鋁、硅酸和碳酸鈉產(chǎn)品以及由氫氧化鋁和硅酸運用公知 的酸溶、堿溶工藝得到的各種鋁鹽、鋁酸鹽、氧化鋁、硅酸鹽、白炭黑、硅膠產(chǎn)品，可以為油 墨、造紙、印染、紡織、醫(yī)藥、油脂、催化劑、塑料、橡膠、日化、石油等行業(yè)使用。
權(quán)利要求
一種利用煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工藝方法，其特征在于運用燒堿法原理，采用燒堿堿熔工藝，通過燒堿堿熔-碳化-水解，實現(xiàn)同時提取煤矸石中的氧化鋁和二氧化硅，生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉(1)燒堿堿熔將煤矸石粉與燒堿溶液混合，加熱進行堿熔處理，得到干粉；干粉輸入干粉溶解工序；(2)干粉溶解將燒堿堿熔得到的干粉進行溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅中包含有部分氫氧化鋁，經(jīng)過洗滌以后，輸入下道氫氧化鋁溶出工序；濾液輸入后道第一碳化工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁；(3)氫氧化鋁溶出將干粉溶解得到的濾餅用燒堿溶液進行溶解，使氫氧化鋁溶解進入溶液；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌作為濾渣；濾液輸入下道第一碳化工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁；(4)第一碳化將前面干粉溶解及氫氧化鋁溶出兩道工序得到的濾液合并，進行稀釋后，用二氧化碳?xì)怏w進行第一次碳酸化處理；第一碳化結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌為含有二氧化硅的粗氫氧化鋁，輸入下道濾餅溶解工序；濾液輸入后道第二碳化工序；(5)濾餅溶解將第一碳化得到的濾餅，用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾液進行溶解，得到含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，輸入下道脫硅提純工序；(6)脫硅提純將濾餅溶解得到的含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，添加生石灰或熟石灰并攪拌加熱，進行脫硅處理；脫硅處理結(jié)束后，過濾，得到濾餅脫硅渣和濾液；脫硅渣含有氧化鋁和二氧化硅，直接輸入頭道燒堿堿熔工序，與煤矸石粉一起，重新進行燒堿堿熔處理；濾液為高純度鋁酸鈉溶液，輸入下道稀釋水解工序生產(chǎn)氫氧化鋁；(7)稀釋水解將脫硅提純得到的濾液，進行稀釋水解；水解結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌、烘干、粉碎后為產(chǎn)品氫氧化鋁；濾液為含有鋁酸鈉的氫氧化鈉稀溶液，輸入下道濾液濃縮工序；(8)濾液濃縮將稀釋水解得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到濃溶液；濃溶液輸入前道濾餅溶解工序；(9)第二碳化將第一碳化得到的濾液，用二氧化碳?xì)怏w進行第二次碳酸化處理；第二碳化結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌、烘干、粉碎后為產(chǎn)品硅酸；濾液輸入下道濾液蒸發(fā)工序；(10)濾液蒸發(fā)將第二碳化得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到過飽和的濃溶液；濃溶液輸入下道冷卻結(jié)晶工序；(11)冷卻結(jié)晶將濾液蒸發(fā)得到的濃溶液進行冷卻、結(jié)晶；結(jié)晶后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅為碳酸氫鈉，輸入下道干燥工序；濾液為碳酸氫鈉飽和溶液，輸入后道尾氣噴淋工序；(12)干燥將冷卻結(jié)晶得到的濾餅進行干燥處理，得到產(chǎn)品碳酸鈉干粉和含碳酸鈉粉塵的尾氣；尾氣輸入下道尾氣噴淋工序；(13)尾氣噴淋將冷卻結(jié)晶得到的濾液用來對上道干燥工序的含碳酸鈉粉塵的尾氣進行噴淋，得到凈化后的尾氣和噴淋液；噴淋液為含碳酸鈉的碳酸氫鈉飽和溶液，輸入前道濾液蒸發(fā)工序，并入下一批第二碳化后的濾液，進行蒸發(fā)濃縮；凈化后的尾氣直接排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的燒堿堿熔將煤矸石粉與燒堿溶液 混合，加熱進行堿熔處理，得到干粉，是指將60-200目的煤矸石粉與燒堿溶液按照質(zhì)量比 煤矸石粉氫氧化鈉=1 0.8-1.5進行配料，在400-8001加熱反應(yīng)，直到物料變成干粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的干粉溶解將燒堿堿熔得到的干粉 進行溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅中包含有部分氫氧化鋁，經(jīng)過洗滌以后，是 指將經(jīng)燒堿堿熔工藝段得到的干粉進行溶解；溶解時控制溶液中Na20 > 250克/升；溶解 后，在4小時內(nèi)過濾；過濾后，濾餅用熱水洗滌至PH = 11。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的氫氧化鋁溶出將干粉溶解得到的 濾餅用燒堿溶液進行溶解，使氫氧化鋁溶解進入溶液；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾 餅經(jīng)洗滌，是指將經(jīng)干粉溶解工藝段得到的濾餅，用燒堿溶液溶解；溶解時，加入的燒堿溶 液量按照濾餅與燒堿溶液混合后，溶液中摩爾比A1203 Na20 = 1 1.4-1. 6計算，控制溶 液中Na20濃度在230-250克/升之間，溫度110°C ；濾餅溶解后，過濾，得到的濾餅用熱水洗 滌至PH = 11。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的第一碳化將前面干粉溶解及氫氧 化鋁溶出兩道工序得到的濾液合并，進行稀釋后，用二氧化碳?xì)怏w進行第一次碳酸化處理， 是指將干粉溶解工藝段得到的濾液和氫氧化鋁溶出工藝段得到的濾液合并，先進行稀釋， 再用二氧化碳?xì)怏w進行第一次碳酸化處理；稀釋時，控制溶液中N^O的質(zhì)量百分比濃度 ^ 8.5% ；碳化時，溶液的起始溫度60-80°C，壓力0. 25-0. 3MP ；碳化終點溫度40°C、PH = 10.8-11。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的濾餅溶解將第一碳化得到的濾 餅，用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾液進行溶解，得到含有二氧化硅的鋁酸鈉 溶液，是指將第一碳化工藝段得到的濾餅用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾液溶 解，得到粗鋁酸鈉溶液；濾餅溶解時，加入的燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾液 量，按照濾餅溶解后溶液中A1203彡150克/升、Na20彡210克/升計算，溶解溫度110°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的脫硅提純將濾餅溶解得到的含有 二氧化硅的鋁酸鈉溶液，添加生石灰或熟石灰并攪拌加熱，進行脫硅處理，是指將濾餅溶解 工藝段得到的粗鋁酸鈉溶液中添加生石灰氧化鈣或熟石灰氫氧化鈣進行脫硅處理；脫硅 時，氧化鈣用量6-8克/升，溫度100°C，時間1小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的濾液濃縮將稀釋水解得到的濾液， 加熱蒸發(fā)濃縮，得到濃溶液，是指將稀釋水解工藝段得到的濾液，加熱進行蒸發(fā)濃縮；濃縮 時，控制溶液中Na20濃度達到310克/升為濃縮終點。
全文摘要
利用煤矸石生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉工藝方法。屬于鋁硅酸鹽礦物的化工開發(fā)利用方法。針對現(xiàn)有方法僅利用煤矸石中的氧化鋁組分，提取率也僅65-85％；棄用主要組分二氧化硅；耗能高，成本高；主要組分棄用和多次水洗滌而洗滌液又未加回收造成二次污染的問題，本發(fā)明運用燒堿法原理，采用燒堿堿熔工藝，通過燒堿堿熔-碳化-水解，實現(xiàn)同時提取煤矸石中95％的氧化鋁和90％的二氧化硅，生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉。工藝流程簡潔，產(chǎn)品生產(chǎn)周期短；煙道氣中的二氧化碳、余熱及洗滌液的回收循環(huán)利用，使生產(chǎn)成本大幅度降低。產(chǎn)品適用于造紙、油墨、印染、醫(yī)藥、洗滌劑等行業(yè)；延伸開發(fā)的產(chǎn)品還可用于石化、橡塑等行業(yè)。
文檔編號C01D7/00GK101857251SQ20091002932
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者劉慶玲 申請人:劉慶玲