專利名稱：利用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及純堿工藝方法
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)利用的方法，特別是一種利 用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及純堿的工藝方法。
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2000年全國粉煤灰排出量1. 6億噸，占地50萬畝，加上 歷年庫存的11億噸粉煤灰，2000年全國粉煤灰積存總量達(dá)到12. 5億噸。由于火力發(fā)電量 的增加，截止到2006年底，全國累計積存的粉煤灰已將近20億噸。粉煤灰的基本組成是鋁 硅酸鹽，主要是氧化鋁和二氧化硅，兩組分合計約占75-92%，其中氧化鋁約占23-38%，二 氧化硅一般占50%以上，另含少量鐵、鈣、鎂等元素的氧化物，各組分的含量因煤的產(chǎn)地而 異。從工業(yè)廢棄物粉煤灰中提取化工產(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。孫雅珍等人在CN1095689. 1994及陳建林在1994年第4期《環(huán)境導(dǎo)報》第14頁刊 文(對比文獻(xiàn)1)提出用50-60%的硫酸浸泡粉煤灰12-14小時，在100°C加熱2_4小時，趁 熱過濾，反復(fù)洗滌濾餅至中性，棄去濾餅，將濾液加熱濃縮至15-20波美度再冷卻結(jié)晶，抽 濾得到硫酸鋁晶體。此對比文獻(xiàn)1采用酸浸粉煤灰工藝得到硫酸鋁產(chǎn)品，氧化鋁的提取率 只有60-65 %，而粉煤灰中的另一種更主要的組分二氧化硅卻沒有被利用，技術(shù)的經(jīng)濟(jì)價值 不高。謝英在1992年第3期《粉煤灰綜合利用》第54頁刊文(對比文獻(xiàn)2)提出將粉煤 灰與燒堿溶液混合攪拌并加熱至沸騰，再保溫攪拌一段時間，過濾，棄去濾餅，將濾液加水 或通入二氧化碳、加碳酸銨，得到氫氧化鋁沉淀，再經(jīng)過濾、將濾餅烘干得到氫氧化鋁。此對 比文獻(xiàn)2采用的濕法工藝，氧化鋁的提取率也只有70%左右，粉煤灰中另一更主要的組分 二氧化硅也沒有被利用。韓懷強、蔣挺大在《粉煤灰利用技術(shù)》(化學(xué)工業(yè)出版社2001年1月第一版)(對 比文獻(xiàn)3)第177-179頁提出用石灰燒結(jié)法，將粉煤灰與石灰石粉混合后在1320-1400°C燒 成，使氧化鋁轉(zhuǎn)化成鋁酸鈉和鋁酸鈣，經(jīng)熟料自粉化、碳酸鈉溶出、石灰乳脫硅棄渣、二氧化 碳?xì)怏w碳化，提取氫氧化鋁，再將氫氧化鋁在1200°C煅燒，得到氧化鋁。脫硅時棄去的廢渣 用于生產(chǎn)水泥。劉小波在1999年第2期《環(huán)境科學(xué)學(xué)報》第210-213頁提出石灰燒結(jié)法工 藝合理的氧化鋁提取率為80-85%。此對比文獻(xiàn)3采用石灰燒結(jié)法，粉煤灰原料中氧化鋁的 提取率有了較大提高，但也只能達(dá)到85% ；同時，粉煤灰中另一更主要組分二氧化硅仍然沒 有被高附加值利用，只是作為廢渣用于生產(chǎn)水泥，二氧化硅組分的經(jīng)濟(jì)價值未得到充分利 用。綜上所述，對比文獻(xiàn)1、2、3存在下列不足1、均只對粉煤灰中的氧化鋁組分進(jìn)行利用，對氧化鋁的提取率也只能達(dá)到 60-85%，因此資源的利用率都較低，只相當(dāng)于利用了粉煤灰原料總量的20-30%左右；當(dāng) 原料粉煤灰中氧化鋁含量較低時，原料粉煤灰將不能利用。
2、對粉煤灰中的另一更主要的組分二氧化硅，對比文獻(xiàn)1、2中予以棄用，對比文獻(xiàn)3中只是作為廢渣用于生產(chǎn)低價值的水泥，二氧化硅組分沒有得到高附加值利用。3、在利用粉煤灰過程中均出現(xiàn)了因為能耗高，產(chǎn)品生產(chǎn)周期長，加之粉煤灰原料 利用率較低，使得單位產(chǎn)量產(chǎn)品的成本增加，生產(chǎn)成本難以降低的問題。4、生產(chǎn)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(xiàn)1、2中粉煤灰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)過程沒 有二次污染的粉煤灰開發(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粉煤灰開發(fā)利用方法，特別是一種利 用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及純堿的工藝方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種利用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及純堿的工 藝方法，特征在于運用純堿循環(huán)的原理，采用燒結(jié)法工藝，通過純堿堿融_燒堿堿熔_碳 化_水解，實現(xiàn)同時提取粉煤灰中的氧化鋁和二氧化硅，生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及純堿。
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、純堿堿融將粉煤灰-純堿混合料粉加熱進(jìn)行堿融處理，得到熔融體熟料。熔融 體熟料輸入下道水淬工序。2、水淬將純堿堿融處理得到的熔融體熟料趁高溫迅速進(jìn)行水淬，得到固體細(xì)粒 料。固體細(xì)粒料輸入下道濕磨工序。3、濕磨將水淬得到的固體細(xì)粒料進(jìn)行濕磨，得到濃稠漿料。濃稠漿料輸入下道漿 料溶解工序。4、漿料溶解將濕磨得到的濃漿料進(jìn)行稀釋、溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾 液。濾餅輸入下道燒堿堿熔工序，濾液輸入后道第一碳化工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁。5、燒堿堿熔將漿料溶解得到的濾餅，加入燒堿溶液，加熱進(jìn)行堿熔處理，得到干 粉。干粉輸入下道干粉溶解工序。6、干粉溶解將燒堿堿熔得到的干粉進(jìn)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。7、氫氧化鋁溶出將干粉溶解得到的濾餅用燒堿溶液進(jìn)行溶解，使氫氧化鋁溶解 進(jìn)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。8、第一碳化將前面漿料溶解、干粉溶解及氫氧化鋁溶出三道工序得到的濾液合 并，進(jìn)行稀釋后，用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)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。9、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(jìn)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。
10、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(jìn)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，直接輸入前道燒堿堿熔工序，與漿料溶解工序得到的濾餅一起，重新 進(jìn)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。11、稀釋水解將脫硅提純得到的濾液，進(jìn)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。
12、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。13、第二碳化將第一碳化得到的濾液，用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)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。14、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。15、冷卻結(jié)晶將濾液蒸發(fā)得到的濃溶液進(jìn)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，輸入下道濾餅干燥工序；濾液為碳酸氫鈉飽和溶液，輸入后道尾 氣噴淋工序。16、濾餅干燥將冷卻結(jié)晶得到的濾餅進(jìn)行干燥處理，得到產(chǎn)品純堿粉和含碳酸鈉 粉塵的尾氣。尾氣輸入后道尾氣噴淋工序。17、尾氣噴淋將冷卻結(jié)晶得到的濾液用來對上道濾餅干燥工序的含碳酸鈉粉塵 的尾氣進(jìn)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，直 接輸入下道配料干燥工序用于配料、干燥；凈化后的尾氣直接排放。18、配料干燥將尾氣噴淋得到的噴淋液與粉煤灰混合，得到混合漿料；將混合漿 料進(jìn)行干燥，碳酸氫鈉釋放出二氧化碳?xì)怏w，并分解成為碳酸鈉，得到粉煤灰_純堿混合料 粉，用于下一批的純堿堿融，實現(xiàn)純堿循環(huán)。
具體實施例方式結(jié)合圖2，本發(fā)明是這樣進(jìn)一步實現(xiàn)的所述圖2中的粉煤灰是指用粒度為80-200目的粉煤灰干灰作為原料粉煤灰，其中
氧化鋁與二氧化硅含量均沒有限制。所述圖2中的純堿堿融是指將80-200目的粉煤灰與純堿粉按照質(zhì)量比粉煤灰 純堿粉=1 0.5-2. 6進(jìn)行配料，具體用量按照摩爾比原料中的Al2O3 加入的Na2CO3 = 1 1與原料中的SiO2 加入的Na2CO3 = I 0. 4-2. 3之和計算，得到粉煤灰-純堿混合 料粉，在1050-1450°C溫度下反應(yīng)40-60分鐘，保持出料溫度在1000°C以上，得到熔融體熟 料。熔融體熟料輸入下道水淬工序。如圖2中所示，純堿堿融中產(chǎn)生的高溫?zé)煹罋馐紫确謩e用常溫空氣進(jìn)行換熱高 溫?zé)煹罋饨?jīng)過空氣換熱，將常溫空氣分別加熱得到400-800°C與300-400°C兩種溫度的熱 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)煹罋庠儆脕韺蟮牢矚鈬?淋工序得到的噴淋液與粉煤灰粉的混合漿料進(jìn)行干燥，得到粉煤灰_純堿混合料粉，中溫 煙道氣溫度降低到200°C以下。200°C以下的低溫?zé)煹罋饨?jīng)過水洗、凈化處理，得到含二氧化 碳的常溫潔凈煙道氣。
400-800°C的熱空氣用于燒堿堿熔工藝段的加熱；300-400°C的潔凈熱空氣用于碳酸氫鈉濾餅干燥工藝段的加熱；含二氧化碳的常溫潔凈煙道氣用于第一碳化、第二碳化工藝段，作二氧化碳原料 氣體。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中的水淬是指將純堿堿融工藝段生成的高溫熔融體熟料，從堿融爐出料口自動流出，進(jìn)入盛有洗滌液的水淬池中驟然冷卻，高溫熟料碎裂成1-5毫米的細(xì)小顆粒。 水淬液輸入后道漿料溶解工序，溶解濕磨得到的漿料；1-5毫米的細(xì)小顆粒輸入下道濕磨工序。所述圖2中的濕磨是指將水淬工藝段得到的細(xì)粒料從水淬池中取出，用洗滌液進(jìn) 行濕磨，磨到細(xì)度80目以上，得到濃稠漿料。濃稠漿料輸入下道漿料溶解工序。所述圖2中的漿料溶解是指將濕磨工藝段得到的濃稠漿料用水淬液和洗滌液進(jìn) 行稀釋。稀釋時，控制溶液中活性Na2O > 200克/升，在自然溫度下攪拌20-30分鐘，在2 小時內(nèi)盡快過濾。過濾后，得到濾餅和濾液。濾餅輸入下道燒堿堿熔工序；濾液輸入后道第 一碳化工序?；钚訬a2O是指由Na2CO3轉(zhuǎn)化提供的Na2O ；活性Na2O質(zhì)量按照堿融時投入的Na2CO3 質(zhì)量，在Na2CO3轉(zhuǎn)化率70-75%之間取值計算，所取的數(shù)值可以包括70%或75%。所述圖2中的燒堿溶液是指質(zhì)量百分比濃度彡30%的NaOH溶液。所述圖2中的燒堿堿熔是指將漿料溶解工藝段得到的濾餅與燒堿溶液按照摩爾 比濾餅中的SiO2 加入的NaOH=I 1-1.4進(jìn)行配料，用經(jīng)過高溫?zé)煹罋鈸Q熱得到的 400-80(TC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(jìn)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漿料溶解工藝段得到的濾液、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(jìn)行稀釋，再用含二氧化 碳的常溫潔凈煙道氣進(jìn)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 度彡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，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(jìn)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。脫硅渣直接輸入前道燒堿堿熔工藝段， 與漿料溶解工序得到的濾餅一起，重新進(jìn)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95°C熱水進(jìn)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(jìn)行蒸發(fā)濃縮。 濃縮時，控制溶液中Na2O濃度達(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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，直接輸入下道濾餅干燥工 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中的濾餅干燥是指將冷卻結(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潔凈熱空氣進(jìn)行干燥處理，得到干粉和含粉塵的尾氣。干粉為純堿 粉；尾氣中的粉塵為純堿碳酸鈉粉塵，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濾餅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(jìn)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。凈化后的尾氣直接排放；噴淋液輸入下道配料干燥工序。所述圖2中的配料干燥是指將尾氣噴淋工藝段得到的噴淋液與粉煤灰粉混合，得 到混合漿料；將混合漿料用經(jīng)過空氣換熱后降溫到500-600°C的中溫?zé)煹罋膺M(jìn)行干燥，使 碳酸氫鈉分解，釋放出二氧化碳?xì)怏w，并分解成為純堿碳酸鈉，得到粉煤灰-純堿混合料 粉，用于下一批的純堿堿融，實現(xiàn)純堿循環(huán)。配料干燥后的尾氣溫度降低到200°C以下，是含干燥尾塵的低溫?zé)煹罋?，?jīng)過水 洗、凈化處理后，得到含較多二氧化碳?xì)怏w的常溫潔凈煙道氣，作為二氧化碳原料氣體，用 于第一碳化、第二碳化工藝段。
對配料干燥后的溫度在200°C以下、含干燥尾塵的低溫?zé)煹罋膺M(jìn)行水洗、凈化處理 后，產(chǎn)生的污水，用氫氧化鋁溶出工藝段的濾餅洗滌后得到的濾渣進(jìn)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)了洗滌廢水的循環(huán)。下面是圖1、圖2中各工藝流程中的化學(xué)原理純堿堿融Na2C03+Si02— Na2Si03+C02 個Na2C03+Al203 — NaA102+C02 個NaA102+Na2Si03 — Na20 A1203 2Si02Na2C03+Fe203 — NaFe02+C02 個NaFe02+Al203 — NaA102+Fe203Ca0+Si02 — 2Ca0 Si02Ca0+Al203 — CaO A1203Ca0+Fe203 — 2Ca0 Fe203Na2C03+Si02+Ca0 — Na20 CaO Si02+C02 個Ca0+Na20 A1203 2Si02 — NaA102+2Ca0 Si02Mg0+Si02 — MgO Si02Mg0+Ca0+Fe203 — MgO 2Ca0 Fe203漿料溶解NaA102+H20—A1(0H)3 丨 +NaOHNaFe02+H20 — Fe (OH) 3 I +Na0HNa20 A1203 2Si02+Na0H — NaA102+Na2Si03+H20燒堿堿熔Na20 A1203 2Si02+Na0H — NaA102+Na2Si03+H20
A1 (OH) 3+NaOH — NaA102+H20Fe (OH) 3+Na0H — NaFe02+H20干粉溶解NaA102+H20—A1(0H)3 丨 +Na0HNaFe02+H20 — Fe (OH) 3 I +Na0H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+NaHSi03濾餅溶解A1(OH) 3+NaOH — NaA102+H20脫硅提純NaA102+Ca0+H20— 3Ca0 A1203. 6H20 丨 +Na0HNaA102+Na2Si03+Ca0+H20 — 3Ca0 A1203 xSi02 (6_2x)H20 I +Na0H稀釋水解NaA102+H20—A1(0H)3 丨 +Na0H第二碳化NaHSi03+C02+H20— Na2C03+H2Si03 INa2C03+C02+H20 — NaHC03濾餅干燥NaHC03— Na2C03+C02 t +H20 個配料干燥NaHC03— Na2C03+C02 丨 +H20 個本發(fā)明經(jīng)過實際試用，收到了如下的效果1、粉煤灰的資源利用率高。與對比文獻(xiàn)1、2、3相比較，本發(fā)明不僅利用了占粉煤 灰原料總量30%左右的氧化鋁，而且同時利用了占粉煤灰原料50%以上的二氧化硅組分，適用于各種粉煤灰資源的開發(fā)；氧化鋁的提取率達(dá)到95%以上，二氧化硅的提取率達(dá)到 90%以上。2、資源利用的附加值高。與對比文獻(xiàn)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(jìn)行進(jìn)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(xiàn)1、2、3相比較，本發(fā)明采用堿法工藝，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；原料純堿的回收循環(huán)利用，以及對煙道氣中 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(xiàn)1、2、3相比較，本發(fā)明的工藝過程實現(xiàn)了物料閉路循環(huán)， 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、硅酸和純堿產(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
一種利用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及純堿的工藝方法，特征在于運用純堿循環(huán)的原理，采用燒結(jié)法工藝，通過純堿堿融-燒堿堿熔-碳化-水解，實現(xiàn)同時提取粉煤灰中的氧化鋁和二氧化硅，生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及純堿(1)純堿堿融將粉煤灰-純堿混合料粉加熱進(jìn)行堿融處理，得到熔融體熟料；熔融體熟料輸入下道水淬工序；(2)水淬將純堿堿融處理得到的熔融體熟料趁高溫迅速進(jìn)行水淬，得到固體細(xì)粒料；固體細(xì)粒料輸入下道濕磨工序；(3)濕磨將水淬得到的固體細(xì)粒料進(jìn)行濕磨，得到濃稠漿料；濃稠漿料輸入下道漿料溶解工序；(4)漿料溶解將濕磨得到的濃漿料進(jìn)行稀釋、溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅輸入下道燒堿堿熔工序，濾液輸入后道第一碳化工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁；(5)燒堿堿熔將漿料溶解得到的濾餅，加入燒堿溶液，加熱進(jìn)行堿熔處理，得到干粉；干粉輸入下道干粉溶解工序；(6)干粉溶解將燒堿堿熔得到的干粉進(jìn)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；(7)氫氧化鋁溶出將干粉溶解得到的濾餅用燒堿溶液進(jìn)行溶解，使氫氧化鋁溶解進(jìn)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；(8)第一碳化將前面漿料溶解、干粉溶解及氫氧化鋁溶出三道工序得到的濾液合并，進(jìn)行稀釋后，用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)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；(9)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(jìn)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；(10)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(jìn)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，直接輸入前道燒堿堿熔工序，與漿料溶解工序得到的濾餅一起，重新進(jìn)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；(11)稀釋水解將脫硅提純得到的濾液，進(jìn)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；(12)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；(13)第二碳化將第一碳化得到的濾液，用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)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；(14)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；(15)冷卻結(jié)晶將濾液蒸發(fā)得到的濃溶液進(jìn)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，輸入下道濾餅干燥工序；濾液為碳酸氫鈉飽和溶液，輸入后道尾氣噴淋工序；(16)濾餅干燥將冷卻結(jié)晶得到的濾餅進(jìn)行干燥處理，得到產(chǎn)品純堿粉和含碳酸鈉粉塵的尾氣；尾氣輸入后道尾氣噴淋工序；(17)尾氣噴淋將冷卻結(jié)晶得到的濾液用來對上道濾餅干燥工序的含碳酸鈉粉塵的尾氣進(jìn)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，直接輸入下道配料干燥工序用于配料、干燥；凈化后的尾氣直接排放；(18)配料干燥將尾氣噴淋得到的噴淋液與粉煤灰混合，得到混合漿料；將混合漿料進(jìn)行干燥，碳酸氫鈉釋放出二氧化碳?xì)怏w，并分解成為碳酸鈉，得到粉煤灰-純堿混合料粉，用于下一批的純堿堿融，實現(xiàn)純堿循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的將粉煤灰_純堿混合料粉加熱進(jìn)行 堿融處理，得到熔融體熟料，是指將80-200目的粉煤灰與純堿粉按照質(zhì)量比粉煤灰純堿 粉=1 0.5-2. 6進(jìn)行配料，得到粉煤灰-純堿混合料粉，在1050-1450°C溫度下反應(yīng)40-60 分鐘，保持出料溫度在1000°C以上，得到熔融體熟料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的漿料溶解將濕磨得到的濃漿料進(jìn) 行稀釋、溶解，溶解后，過濾，是指將濕磨得到的濃稠漿料進(jìn)行稀釋；稀釋時，控制溶液中活 性Na20> 200克/升，在2小時內(nèi)過濾。
4.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漿料溶解得到的濾餅， 加入燒堿溶液，加熱進(jìn)行堿熔處理，得到干粉，是指將漿料溶解工藝段得到的濾餅與燒堿溶 液按照摩爾比濾餅中的Si02 加入的NaOH=l 1-1.4進(jìn)行配料，在400-8001加熱反應(yīng)， 直到物料變成干粉。
5.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(jìn)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溶解；溶解時，控制溶解后溶液中Na20 > 250克/升；溶 解后，在4小時內(nèi)過濾；過濾后，得到濾餅，濾餅用水洗滌至PH = 11。
6.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(jìn)行溶解，使氫氧化鋁溶解進(jìn)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；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，溶解時間3小時；濾餅溶解后，過 濾，得到濾餅，濾餅用水洗滌至PH= 11。
7.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漿料溶解、干粉 溶解及氫氧化鋁溶出三道工序得到的濾液合并，進(jìn)行稀釋后，用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行第一 次碳酸化處理，是指將漿料溶解工藝段得到的濾液、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(jìn)行稀釋，再二氧化碳進(jìn)行第一次碳酸化處理；稀釋 時，控制溶液中Na20的質(zhì)量百分比濃度彡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。
8.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(jìn)行溶解，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；濾餅溶解時，加入的燒堿溶液和后 道濃濾液量，按照濾餅與燒堿混合后溶液中A1203 < 150克/升、Na20 < 210克/升計算，溫 度110°C，溶解時間3小時。
9.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(jìn)行脫硅處理，是指將濾餅溶解 工藝段得到的溶液中添加石灰進(jìn)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。
10.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(jìn)行蒸發(fā)濃縮；濃 縮時，控制溶液中Na20濃度達(dá)到310克/升為濃縮終點。
全文摘要
利用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及純堿工藝方法。屬于鋁硅酸鹽礦物的化工開發(fā)利用方法。針對現(xiàn)有方法僅利用粉煤灰中的氧化鋁組分，提取率也僅60-85％；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)明運用純堿循環(huán)的原理，采用燒結(jié)法工藝，通過純堿堿融-燒堿堿熔-碳化-水解，實現(xiàn)同時提取95％的氧化鋁和90％的二氧化硅，生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及純堿。工藝流程簡潔，產(chǎn)品生產(chǎn)周期短；原料純堿、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)品還可以用于石化、橡塑等行業(yè)。
文檔編號C01D7/00GK101857253SQ200910029328
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