專利名稱：一種從粉煤灰中提取二氧化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉煤灰的資源化綜合利用，涉及一種從粉煤灰中提取二氧化硅的方法。
背景技術(shù)：
我國是煤炭生產(chǎn)和消費大國，年消費量達25億噸，其中一半用于火力發(fā)電。燃煤 發(fā)電必然產(chǎn)生大量粉煤灰，在東南沿海和發(fā)達地區(qū)，粉煤灰綜合利用技術(shù)水平較高，就地利 用率幾乎近100% ；但在煤炭資源比較豐富的山西、內(nèi)蒙、陜北等地區(qū)，坑口電廠密集，且電 廠多以原煤或低熱值高灰分的混煤為燃料，因此粉煤灰排放量十分巨大，再加之這些地區(qū) 經(jīng)濟欠發(fā)達，粉煤灰就地利用率非常低，電廠多采取將灰直接排入灰場貯存再掩埋的方式 處置，占用土地量大，對周邊自然生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染大，亟待整治。粉煤灰是一種粉狀礦物資源，其主要成分為Si02、A1203、Fe203、CaO、MgO、TiO2等， 還含有微量稀土和稀散金屬。普通粉煤灰含Al2O3約為15 30%，含SiO2* 40 55% ； 但在內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾和朔州煤田所產(chǎn)的原煤中，由于灰分中富含高嶺土，因此，其原煤經(jīng)粉末化 燃燒后產(chǎn)出Al2O3含量約40%的高鋁粉煤灰，極具資源化利用價值?，F(xiàn)在世界上90%以上的Al2O3都是采用拜耳法工藝生產(chǎn)的。但是拜耳法生產(chǎn)Al2O3 要求礦石的鋁硅比較高，至少應(yīng)大于7才經(jīng)濟高效。鋁硅比< 6的鋁土礦雖可用選礦拜耳 法予以富集高鋁硅比礦石，但資源浪費大。而堿石灰燒結(jié)法雖可以有效地回收鋁硅比3 6礦石中的氧化鋁，但工藝復(fù)雜，能耗高，產(chǎn)品成本高，在Al2O3市場低糜時，往往難以生存。高鋁粉煤灰含鋁量高，但硅含量也高，其鋁硅比僅為0. 8左右，所以用常規(guī)氧化鋁 提取技術(shù)很難經(jīng)濟高效地回收其中的氧化鋁。ZL 200710060662. X提供了一種從高鋁粉煤灰中先提硅再提鋁的方法，為高鋁粉 煤灰的資源化利用開辟了新徑。該法先用質(zhì)量濃度> 40%的NaOH溶液浸出粉煤灰中的二 氧化硅，使之生成硅酸鈉進入溶液，稀釋后過濾分離得到低模數(shù)的硅酸鈉溶液，再使用碳酸 化分解法將溶液中的硅酸鈉徹底碳分成硅酸，過濾分離得到碳酸鈉溶液和硅酸濾餅。其中 產(chǎn)生的碳酸鈉溶液再用石灰乳苛化后，經(jīng)蒸發(fā)濃縮制成循環(huán)堿液使用。這一方法雖然技術(shù) 成熟可靠，但工藝繁長，物料、能量消耗大，設(shè)備投資也多，最終產(chǎn)品成本高，給該項新技術(shù) 的產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用造成不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種從粉煤灰中提取二氧化硅的方法，該方法能顯著減少工 藝中無效苛性堿的循環(huán)量，并大幅度減少石灰石的用量、降低物耗和能耗。本發(fā)明是通過如下方式實現(xiàn)的1).將粉煤灰與質(zhì)量濃度為20 70%的氫氧化鈉溶液按照1 1 4的固液比 配制成漿，在溶液沸點溫度下堿解粉煤灰中的二氧化硅，使之生成硅酸鈉進入溶液中，然后 將漿液稀釋過濾，與堿浸渣分離后得到模數(shù)為0. 4 0. 8的低模數(shù)硅酸鈉溶液；
2).加熱蒸發(fā)得到的低模數(shù)硅酸鈉溶液，濃縮至固含量為30 56%，排入冷卻結(jié) 晶槽中，降溫至55 65°C，加入適量晶種，繼續(xù)冷卻至30 35°C，過濾分離，得到模數(shù)為1 的偏硅酸鈉晶體和NaOH溶液。以上過濾得到的NaOH溶液質(zhì)量濃度為12 30%，SiO2含量彡4g/L，可以泵送到 循環(huán)堿液調(diào)整槽，經(jīng)補堿調(diào)整后返送到堿解工序循環(huán)使用。過濾得到的偏硅酸鈉晶體用蒸汽加熱溶化后，即可用來生產(chǎn)五水偏硅酸鈉或無水 偏硅酸鈉，也可以將溶液稀釋后用碳分法生產(chǎn)白炭黑。碳分法制備白炭黑時產(chǎn)生的Na2CO3溶液可以用石灰乳進行苛化處理，得到的稀 NaOH溶液蒸濃后，再泵送到循環(huán)堿液調(diào)整槽，調(diào)整濃度后循環(huán)使用。本發(fā)明從粉煤灰中提取二氧化硅的方法依據(jù)硅酸鈉在苛性堿溶液中不同溫度和 濃度下溶解度的差異，通過控制溫度和溶液濃度及結(jié)晶條件，使溶液中絕大部分硅酸鈉以 偏硅酸鈉的形式結(jié)晶折出的，通過過濾分離得到模數(shù)為1的偏硅酸鈉晶體和質(zhì)量濃度12 30%的NaOH溶液，因此，大幅度提高了工藝中苛性堿的直接循環(huán)利用率。得到的模數(shù)為1的偏硅酸鈉晶體可用來生產(chǎn)偏硅酸鈉衍生品或用碳分法生產(chǎn)白 炭黑，這樣做既大幅減少了石灰石消耗，減少了苛化量和蒸發(fā)水量及CO2氣體用量，也節(jié)約 了資源、降低了工藝能耗，同時也極大地減化了工序，節(jié)省了投資，降低了粉煤灰提取SiO2 的成本，對粉煤灰資源化利用將起到關(guān)鍵的支撐作用，有非常大的工業(yè)應(yīng)用價值。本發(fā)明方法可以大規(guī)模、簡單快捷地用粉煤灰生產(chǎn)五水偏硅酸鈉或無水偏硅酸 鈉，節(jié)能減排降耗優(yōu)勢明顯，為經(jīng)濟高效地資源化利用高鋁粉煤灰提供了一條新途徑。
具體實施例方式實施例1將38 %的NaOH溶液與Al2O3含量約40 %的高鋁粉煤灰按照1.2 1的液固比混配 成漿，快速升溫至漿液沸騰溫度，攪拌煮沸40分鐘，用濃度3 5%的稀NaOH液或洗滌液稀 釋反應(yīng)好的漿料，然后用過濾機進行液固分離，得到模數(shù)為0. 55的硅酸鈉溶液，溶液中SiO2 含量約為62 85g/L，經(jīng)靜置沉清處理后，將上清液泵入蒸發(fā)器中蒸發(fā)濃縮，使溶液中Na2O3 與SiO2總濃度達到45%左右，排至結(jié)晶槽中，待液溫降至60°C左右時，加入適量晶種再繼 續(xù)降溫，待液溫降至30°C，過濾分離，得到偏硅酸鈉晶體和濃度約為23%的NaOH溶液。偏硅酸鈉晶體可以用來繼續(xù)生產(chǎn)五水偏硅酸鈉或無水偏硅酸鈉；濃度約為23% 的NaOH溶液泵送至循環(huán)堿液調(diào)整槽，用42% NaOH溶液和片堿調(diào)整到38%的濃度后，返回 堿解粉煤灰工序循環(huán)使用。蒸發(fā)濃縮過程收集的冷凝水可以用來洗滌堿解工序中液固分離時排出的脫硅灰， 洗滌后的脫硅灰送往氧化鋁工序用于提取氧化鋁。實施例2將實例1得到的偏硅酸鈉晶體用蒸汽加熱溶化，用冷凝水稀釋至60g/l后，移至碳 分釜中，通入CO2氣體，在70 85°C下攪拌碳分至PH = 9. 5，停止碳分，過濾分離，得到硅 酸濾餅，經(jīng)洗滌，調(diào)PH值，再經(jīng)打漿、噴霧、干燥后，收集得到SiO2含量> 93. 5 %的白炭黑。 碳分后的濾液與石灰乳混合，于100 士 5°C完成苛化，經(jīng)蒸發(fā)濃縮后泵送至循環(huán)堿液調(diào)整槽， 與結(jié)晶后過濾分離得到的濃度約23% NaOH溶液相混，再用42%的NaOH和片堿調(diào)整到38%的濃度，返回堿解粉煤灰工序循環(huán)使用。 蒸發(fā)濃縮過程收集的冷凝水可以用來洗滌堿解粉煤灰工序中液固分離時排出的 脫硅灰。
權(quán)利要求
一種從粉煤灰中提取二氧化硅的方法，包括以下步驟1).將粉煤灰與質(zhì)量濃度為20～70％的氫氧化鈉溶液按照1∶1～4的固液比配制成漿，在溶液沸點溫度下堿解粉煤灰中的二氧化硅，使之生成硅酸鈉進入溶液中，然后將漿液稀釋過濾，與堿浸渣分離后得到模數(shù)為0.4～0.8的低模數(shù)硅酸鈉溶液；2).加熱蒸發(fā)濃縮得到的低模數(shù)硅酸鈉溶液至固含量為30～56％后，排入冷卻結(jié)晶槽中，降溫至55～65℃，加入適量晶種，繼續(xù)冷卻至30～35℃，過濾分離，得到模數(shù)為1的偏硅酸鈉晶體和NaOH溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從粉煤灰中提取二氧化硅的方法，其特征是所述過濾得到的 NaOH溶液的質(zhì)量濃度為12 30%，SiO2含量彡4g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的從粉煤灰中提取二氧化硅的方法，其特征是將所述過濾得到 的NaOH溶液泵送到循環(huán)堿液調(diào)整槽，經(jīng)補堿調(diào)整后返送到堿液工序循環(huán)使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從粉煤灰中提取二氧化硅的方法，其特征是所述過濾得到的 偏硅酸鈉晶體用蒸汽加熱溶化，用于生產(chǎn)五水偏硅酸鈉或無水偏硅酸鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從粉煤灰中提取二氧化硅的方法，其特征是將所述過濾得到 的偏硅酸鈉晶體溶解稀釋后用碳分法生產(chǎn)白炭黑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的從粉煤灰中提取二氧化硅的方法，其特征是將所述碳分法制 備白炭黑時產(chǎn)生的Na2CO3溶液用石灰乳進行苛化處理，得到稀NaOH溶液，再蒸濃至堿浸所 需濃度后，泵送到循環(huán)堿液調(diào)整槽，調(diào)整濃度后循環(huán)使用。
全文摘要
一種從粉煤灰中提取二氧化硅的方法，是用氫氧化鈉溶液堿解粉煤灰中的二氧化硅制備成模數(shù)為0.4～0.8的硅酸鈉溶液，直接加熱蒸發(fā)硅酸鈉溶液濃縮至溶液固含量為30～56％，排入冷卻結(jié)晶槽中，降溫至55～65℃，加入適量晶種，繼續(xù)冷卻至30～35℃后，過濾分離，得到模數(shù)為1的偏硅酸鈉晶體和NaOH溶液。NaOH溶液經(jīng)補堿調(diào)整后返送到堿解粉煤灰工序循環(huán)使用，偏硅酸鈉晶體用來生產(chǎn)五水偏硅酸鈉或無水偏硅酸鈉，或用碳分法生產(chǎn)白炭黑。本發(fā)明方法既大幅度減少了石灰石消耗，減少了苛化堿液量和蒸發(fā)水量及CO2氣體用量，節(jié)約了資源、降低了工藝能耗，又減化了工序，降低了粉煤灰提取SiO2的成本，對粉煤灰資源化利用將起到關(guān)鍵的支撐作用，有非常大的工業(yè)應(yīng)用價值。
文檔編號C01B33/12GK101920967SQ20101025763
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者秦晉國 申請人:朔州市潤澤投資發(fā)展有限公司