用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法，为全湿法碱性体系粉煤灰提取氧化铝及硅资源的工艺，包含了预脱硅、氧化铝出、制备偏铝酸钠和活性硅酸钙等步骤，既避免了烧结法工艺的高能耗，又避免了酸法工艺的强腐蚀性。本发明供的用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法，预脱硅反应活性硅溶出率达到95%以上，氧化铝溶出率达到91%以上。
【专利说明】用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高铝粉煤灰高值化利用其中氧化铝和氧化硅的【技术领域】，特别涉及一种高铝粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法。
【背景技术】
[0002]氧化铝是生产铝锭的主要原材料。世界上95%以上的氧化铝是通过铝土矿生产的。我国是世界最大的氧化铝生产国，目前每年氧化铝产量超过3000万吨。但同时我国铝土矿资源相对匮乏，铝土矿储量仅占世界总储量的7%左右，且多为难处理的一水硬铝石矿，加上近年国外优质品位铝土矿的限购政策，资源问题已经成为我国氧化铝工业可持续发展的瓶颈。
[0003]我国内蒙古中西部和山西北部等地区的煤炭发电后产生的高铝粉煤灰储量丰富，仅内蒙准格尔煤田潜在的高铝粉煤灰资源蕴藏量就达150亿吨，相当于我国目前铝土矿保有储量的8倍以上，并且部分高铝粉煤灰中氧化铝含量可达到40%-50%。近几年来，我国各大院校和科研单位积极开展了高铝粉煤灰提取氧化铝新工艺研究，主要工艺方法为:预脱硅-碱石灰烧结法、一步酸溶法、硫酸铵烧结-拜耳法、石灰石烧结-低温拜耳法等，其中酸法因存在对设备材质腐蚀严重、产品杂质含量较高难以生产冶金级氧化铝等问题难以实现大规模工业化生产，硫酸铵烧结法存在渣相流量大、氨气回收利用难等缺点也没有产业化实例，石灰石烧结法与碱石灰石烧结法类似，但其洛量更大、能耗更闻，并且回收率较碱石灰石烧结法稍低，而预脱硅-碱石灰烧结法是目前唯一实现工业化生产并取得成功的工艺方法，但仍存在流程较长、烧结能耗较高的问题。
[0004]因此如何提供一种新的粉煤灰综合利用工艺，综合利用其中的氧化铝和氧化硅，制备高附加值铝产品和硅产品，并且采用全湿法流程，避免因烧结产生的高能耗，降低成本是目前亟待解决的。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法，解决了现有的闻招粉煤灰开发工艺存在的闻能耗、闻成本的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供了一种用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法，包含:
[0007]预脱硅反应:将高铝粉煤灰与氢氧化钠溶液混合加入常压溶出罐中加热进行反应，其中高铝粉煤灰与氢氧化钠溶液质量比为1:2-1: 4，反应完毕后过滤分离，得到脱硅灰和硅酸钠溶液；
[0008]其中，预脱硅反应中氢氧化钠溶液的质量百分浓度为5%-13.5%,反应的温度为60 0C -100℃。
[0009]活性硅酸钙一制备:向预脱硅反应得到的硅酸钠溶液添加石灰乳反应，反应完毕后过滤得到活性硅酸钙一产品和氢氧化钠溶液，活性硅酸钙一产品可用于造纸填料和制备硅酸钙板等建材，氢氧化钠溶液蒸发补碱后重新用于预脱硅反应；
[0010]其中，制备活性硅酸钙一过程中，石灰乳有效氧化钙浓度为175-185g/L，有效氧化钙与溶液中硅酸钠的摩尔比为0.9-1.2，反应温度为80°C -100°C。
[0011]氧化铝溶出:向预脱硅反应得到的脱硅灰中添加石灰乳、氢氧化钠溶液混合，加热溶出，反应料浆蒸发过滤分离后得到偏铝酸钠溶液和提铝残渣；
[0012]其中，氧化铝溶出过程中，石灰乳添加比例为，石灰乳中氧化钙与脱硅灰中二氧化硅摩尔数比例为0.8-1.2，氢氧化钠溶液浓度为25%-45%，反应温度为200°C -290°C，反应压力为 0.5Mpa_3MPa。
[0013]偏铝酸钠制备:向氧化铝溶出反应得到的偏铝酸钠溶液中添加水和偏铝酸钠晶种，在搅拌的过程中进行析晶反应，得到析出的水和偏铝酸钠晶体和析晶母液，析出晶体经过三级洗涤去除杂质后得到水和偏铝酸钠产品，析晶母液蒸发补碱后返回氧化铝溶出。
[0014]其中，在偏铝酸钠制备过程中，晶种添加量与溶出偏铝酸钠溶液中偏铝酸钠含量的比值0.5-2，析晶反应温度制度为初始温度向终极温度不断降温的过程，析晶初始温度为700C _65°C，析晶终极温度为50°C _40°C，析晶时间为20h_60h。
[0015]水热反应回收碱:将氧化铝溶出反应得到的提铝残渣(提铝残渣主要成分为水合硅酸钠钙CaNaHSiO3)中添加稀碱液进行水热反应，过滤分离后得到回收碱液和硅酸钙滤饼，硅酸钙滤饼经过四级逆流洗涤后得到活性硅酸钙二产品。水热过程为水合硅酸钠钙在水或低碱溶液中，在一定温度和压力下发生水解反应的过程，水解为硅酸钙、水和氧化钠，从而脱除回收其中的碱，反应方程式为2CaNaHSi03 — 2CaSi03+Na0H。
[0016]其中，在水热反应回收碱过程中，稀碱液的氢氧化钠浓度为3%_8%，所得回收碱液浓度为4%-10%，反应液固比为3:1-6:1，水热反应时间为lh-6h。
[0017]本发明提供的用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法，为全湿法碱性体系粉煤灰提取氧化铝及硅资源的工艺，既避免了烧结法工艺的高能耗，又避免了酸法工艺的强腐蚀性，而且通过预脱硅工艺降低了氧化铝回收系统的物料流量，从而克服了高碱湿法工艺提取氧化铝过程的高物料流量，进一步减少了能耗。
[0018]本发明供的用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法，预脱硅反应活性硅溶出率达到95%以上，氧化铝溶出率达到91%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例提供的粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法的工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0020]参见图1，下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
[0021]实施例1:[0022]1、预脱硅反应[0023]原料为内蒙某火电厂的高招粉煤灰,组成如表1所示。
[0024]表1高铝粉煤灰样品化学组成
[0025]
【权利要求】
1.用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法，其特征在于，包含: 预脱硅:将所述粉煤灰与氢氧化钠溶液混合反应，其中所述粉煤灰与氢氧化钠溶液质量比为1:2-1:4，反应完毕后过滤分离,得到脱娃灰和娃酸钠溶液； 制备活性硅酸钙一:将所述硅酸钠溶液添加石灰乳反应，反应完毕后过滤得到所述活性硅酸钙一和氢氧化钠溶液； 溶出氧化铝:将所述脱硅灰添加石灰乳、氢氧化钠溶液混合并反应，反应料浆蒸发过滤分离后得到偏铝酸钠溶液和提铝残渣； 制备偏铝酸钠:向所述偏铝酸钠溶液添加水和偏铝酸钠晶种进行析晶反应，得到所述偏铝酸钠的晶体和析晶母液，析晶母液蒸发补碱后用于所述溶出氧化铝。
2.如权利要求1所述用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述预脱硅还包含: 氢氧化钠溶液的质量百分浓度为5%-13.5%，所述预脱硅的反应温度为60°C -100°C。
3.如权利要求1所述用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述制备活性硅酸钙一还包含: 石灰乳有效氧化钙浓度为175-185g/L，所述有效氧化钙与所述硅酸钠溶液中硅酸钠的摩尔比为0.9-1.2，反应温度为800C -1OO0C。
4.如权利要求1所述用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述溶出氧化铝还包含:· 石灰乳中氧化钙与所述脱硅灰中二氧化硅摩尔数比例为0.8-1.2，氢氧化钠溶液质量浓度为25%-45%，反应温度为200°C _280°C，反应压力为0.5Mpa_3Mpa。
5.如权利要求1所述用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法，其特征在于，所述制备偏铝酸钠还包含: 所述偏铝酸钠晶种的添加量与所述偏铝酸钠溶液中偏铝酸钠含量的质量比值0.5-2，所述析晶反应的初始温度为70°C _65°C，终极温度为50°C -40°C，降温速率为0.3°C -1°C /h，析晶时间为20h-60h。
6.如权利要求1所述用粉煤灰同时制备偏铝酸钠和活性硅酸钙的方法，其特征在于，还包含: 向所述提铝残渣添加稀碱液进行水热反应，过滤分离后得到回收碱液和硅酸钙滤饼，所述硅酸钙滤饼经过洗涤后得到活性硅酸钙二； 所述稀碱液中氢氧化钠质量浓度为3%-8%，反应质量液固比为3:1-6:1,所述水热反应的反应时长为lh_6h。
【文档编号】C01B33/24GK103708479SQ201310747243
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】公彦兵, 张战军, 杨会宾 申请人:大唐国际发电股份有限公司高铝煤炭资源开发利用研发中心