一种碱性硅酸钠中氢氧化钠高效分离与循环回用的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于属于碱性硅酸钠资源化综合利用领域，更具体的说，涉及一种碱性硅酸钠中氢氧化钠高效分离与循环回用的方法。
【背景技术】
[0002]我国的能源结构为富煤、贫油、少气，因此，煤炭在我国能源供应中占有非常重要的地位。但是煤燃烧后产生了大量的粉煤灰等固体废弃物，给生态环境带来了巨大的压力。据统计，我国火力发电厂每年排放的粉煤灰高达4亿多吨，并且在逐年增加。因此，开发和利用粉煤灰具有非常重要的经济和社会意义。
[0003]粉煤灰中含有大量的S1jP Al2O3等物质，其中S12K占质量分数更是高达40-55%，如何有效的从粉煤灰中提取硅是当前粉煤灰资源化研宄的热点之一。中国发明专利“一种从高铝粉煤灰中先提硅再提铝的方法”，申请号200710062534.7，公开日2008年2月20日，提出采用“碱浸一蒸发浓缩一低温结晶”工艺从粉煤灰中提取硅酸钠产品，这也是目前从粉煤灰中提取硅最常用的方法。但是该工艺中产生的碱性硅酸钠溶液含有高浓度的氢氧化钠溶液，需要进行回收利用，通常采取CaO等碱性试剂进行苛化，并经高温蒸浓达到一定浓度后才能返回碱浸工序使用。不仅NaOH回收利用率低，同时工艺流程较长，对设备要求较高。另一方面，由于碱性硅酸钠溶液中高浓度的硅酸钠和氢氧化钠分离不彻底，导致硅酸钠在溶液中不易结晶，从而难以形成高模数的偏硅酸钠，通常偏硅酸钠模数为0.5-1.0，该产品附加值低，生产成本较高，影响了该技术的推广应用。因此，如何经济高效地将碱性硅酸钠溶液中硅酸钠和氢氧化钠进行分离，同时提高氢氧化钠循环使用效率是粉煤灰制备高模数偏硅酸钠的技术难点。
[0004]萃取法是利用溶质在互不相溶的溶剂中溶解度不同，用一种溶剂把溶质从另一溶剂所组成的溶液里提取出来的操作方法，在化工分离过程中得到了广泛的应用。如果将其用于粉煤灰碱性硅酸钠溶液中氢氧化钠的分离，不仅可以将碱性硅酸钠溶液中苛性比大大降低，有利于硅酸钠的结晶析出，制备高纯度和高模数的硅酸钠产品。同时，还可以将分离的氢氧化钠返回碱浸工序，避免后续氢氧化钠的苛化工艺，减少氢氧化钠等物料的消耗量，提高生产过程的循环效率。因此，寻找一种廉价且高效的萃取剂对于粉煤灰生产高模数的偏硅酸钠具有重要意义。
[0005]美国橡树岭实验室在分离氢氧化钠技术进行了一系列研宄工作，结果表明，氟代醇、煤油和若干大环冠醚类均具有很好的效果。中国发明专利“一种提高拜耳法生产氧化铝循环效率的方法”申请号:200610000862.X，公开日2006年6月28日，本发明同样采用正辛醇、长链脂肪醇和烷基酚等单一的萃取剂萃取氢氧化钠，从而提高拜耳法生产效率。但是采用单一萃取剂对粉煤灰碱性硅酸钠溶液进行处理并不合适，这主要是因为单一萃取剂对碱性硅酸钠溶液萃取效果较差且效率低，对高浓度的氢氧化钠溶液萃取效果差从而导致氢氧化钠回收效率低，循环使用效果不理想。
[0006]因此，针对高浓度碱性硅酸钠溶液的特点，开发一种新型经济高效的复配萃取剂对粉煤灰资源化综合利用具有非常重要的意义。
【发明内容】
[0007]1.发明要解决的技术问题
[0008]本发明针对现有粉煤灰生产偏硅酸钠过程中存在的:溶液难以有效分离、偏硅酸钠模数小、纯度低、成本高、萃取效率低、萃取效果差、循环使用效率低等难点。本发明提供了一种碱性硅酸钠中氢氧化钠高效分离与循环回用的方法，它具有溶液分离简单、偏硅酸钠模数大，纯度高、成本低、萃取效率高、萃取效果好，循环使用效率高的优点。
[0009]2.技术方案
[0010]为达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
[0011]一种碱性硅酸钠中氢氧化钠高效分离与循环回用的方法，其包括如下步骤:
[0012](A)采用质量浓度为20-35%的NaOH溶液对粉煤灰浸出后得到碱性硅酸钠溶液，在80-100°C下，向碱性硅酸钠溶液中加入复配萃取剂，对溶液中NaOH进行萃取，溶液油水分离后分别得到油相和水相，NaOH进入油相，硅酸钠留在水相；
[0013](B)将步骤(A)中得到的硅酸钠进行低压氮气气提，经低温结晶处理后即可得到偏娃酸钠；
[0014](C)采用纯水作为反萃取剂对步骤(A)中得到的油相进行反萃取，反萃取后油水分离得到NaOH溶液和再生后的复配萃取剂；
[0015](D)将步骤(C)得到的NaOH溶液通过补充氢氧化钠后返回步骤(A)粉煤灰碱浸工序中套用，反萃取后得到的复配萃取剂返回步骤(A)循环使用。
[0016]更进一步的，所述的步骤⑷中，步骤⑷碱性硅酸钠溶液中NaOH质量浓度为15-30%，萃取温度范围为80-100°C，时间为10分钟。
[0017]更进一步的，步骤(A)中所采用的复配萃取剂的体积为碱性硅酸钠溶液体积的0.3-3 倍。
[0018]更进一步的，所述的步骤(A)中复合萃取剂是由萃取剂和添加剂按一定比例复配而成，萃取剂和添加剂体积比为(2-10):1，萃取剂为短链醇类和长链脂肪醇类中的一种或多种混合物，其中短链醇类包括乙醇、甘油、正辛醇、正己醇、氟代醇、异丁醇，长链脂肪醇包括碳链长度为10-20的脂肪醇，添加剂主要由C6-C18的烷基酚类中一种或多种混合物组成。添加剂的加入可以有效地增加NaOH在萃取剂中的比例，减少其在水中的溶解度，从而提高其与硅酸钠的分离效果。
[0019]更进一步的，所述的步骤(B)中步骤(B)中采用低压氮气气提法吹脱硅酸钠溶液中CO2气体，气压为3-8bar，温度为85_100°C，以避免CO 2与硅酸钠反应生成Na 2C03，降低偏硅酸钠的纯度和质量。
[0020]更进一步的，所述的步骤(B)中，采用低温结晶法，最终偏硅酸钠结晶温度为20-400C，结晶后可得到模数为2.5-4.0的高模数偏硅酸钠。
[0021]更进一步的，所述的步骤(C)中，所使用的反萃取剂为纯水，反萃取的温度为50-95°C，经反萃取后，反萃取剂的体积为油相体积的0.5-2倍。
[0022]更进一步的，所述的步骤(C)中得到的NaOH质量浓度为5-15%。
[0023]更进一步的，所述的步骤(D)中，反萃取得到的NaOH溶液可直接补充氢氧化钠返回粉煤灰碱浸工艺套用，补充所用的氢氧化钠为质量浓度为30%的工业品氢氧化钠水溶液或氢氧化钠片碱，经补充后，NaOH的质量浓度为20-30%，返回粉煤灰碱浸工序中套用。
[0024]3.有益效果
[0025]采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果:
[0026](I)本发明的一种碱性硅酸钠中氢氧化钠高效分离与循环回用的方法，能够克服传统碱性硅酸钠溶液中高浓度硅酸钠和氢氧化钠难以分离的技术难点，提高了偏硅酸钠产品的模数，增加了产品的价值。
[0027](2)本发明的一种碱性硅酸钠中氢氧化钠高效分离与循环回用的方法，高效复配萃取剂能够克服单一萃取剂对高浓度氢氧化钠萃取效果差、萃取效率低的缺点，提高了碱性硅酸钠溶液中氢氧化钠的回收率和循环使用效率。
[0028](3)本发明的步骤(D)中，反萃取得到的NaOH溶液可直接补充氢氧化钠返回粉煤灰碱浸工艺套用，使用工业品氢氧化钠水溶液或氢氧化钠片碱，经补充后，返回粉煤灰碱浸工序中套用；可以循环使用、回收率高、损耗小、成本降低。
[0029](4)本发明的一种碱性硅酸钠中氢氧化钠高效分离与循环回用的方法，能够减少物料和能量的消耗，从而降低偏硅酸钠的生产成本，有利于其工程化推广应用。
【附图说明】
[0030]图1为粉煤灰生产高模数偏硅酸钠工艺流程图。
【具体实施方式】
[0031]为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0032]实施例1
[0033]本发明针对现有粉煤灰生产偏硅酸钠过程中存在的:1)碱性硅酸钠溶液中硅酸钠和氢氧化钠难以有效分离，导致生产的偏硅酸钠模数小，纯度低，产品生产成本高；2)单一萃取剂对碱性硅酸钠中高浓度NaOH萃取效率低，萃取效果差，循环使用效率低等难点。
[0034]结合附图1，本实施例的一种碱性硅酸钠中氢氧化钠高效分离与循环回用的方法，适用于粉煤中提取高模数偏硅酸钠的生产。其步骤为:
[0035](A)采用质量浓度为25%的NaOH溶液对粉煤灰浸出后得到高浓度的碱性硅酸钠溶液。碱性硅酸钠溶液中NaOH的质量浓度为20%。向其中加入由萃取剂和添加剂按照体积比2:1复配而成的复配萃取剂，其中萃取剂为正己醇，添加剂为(:6烷基酚，萃取剂体积为滤出液体积的0.3倍，于90°C下萃取10分钟，反应完成后，油水分离；
[0036](B)将步骤(A)中得到的水相在5bar，95°C下进行低压氮气气提，去除其中的CO2气体，加入五水偏硅酸钠晶种后，冷却至20°C结晶，即可得到模数为2.5的高纯度偏硅酸钠
τ?: 口广PR ；
[0037](C)将步骤⑶得到的油相打入反萃取槽进行反萃取，反萃取剂为纯水，体积为油相体积的I倍，在50°C反萃20分钟，油水分离后，即可得到含有质量浓度为5% NaOH溶液的水相和含有复配萃取剂的油相；
[0038](D)采用质量浓度为30 %的新鲜碱液调节步骤(C)得到的NaOH溶液，使其浓度为20%，返回碱浸工序套用，反萃取后得到的萃取剂可返回步骤(A)循环使用。
[0039]本发明的一种碱性硅酸钠中氢氧化钠高效分离与循环回用的方法，能够克服传统碱性硅酸钠溶液中高浓度硅酸钠和氢氧化钠难以分离的技术难点，提高了偏硅酸钠产品的模数，增加了产品的价值，反萃取得到的NaOH溶液可直接补充氢氧化钠返回粉煤灰碱浸工艺套用，使用工业品氢氧化钠水溶液或氢氧化钠片碱，经补充后，返回粉煤灰碱浸工序中套用；可以循环使用、回收率高、损耗小、成本降低。
[0040]实施例2
[0041]本实施例的一种碱性硅酸钠中氢氧化钠高效分离与循环回用的方法，基本同实施例1，只是对一些参数进行了调整，仍能达到相同的效果。具体如下:
[0042]步骤(A)采用质量浓度为30 %的NaOH溶液浸出粉煤灰，得到碱性硅酸钠溶液。其中碱性硅酸钠溶液中NaOH溶液的质量浓度为25%，采用萃取剂和添加剂按照体积比10:1比例