一种高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法.pdf

本发明公开了一种高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法，包括以下步骤：1）调配一定浓度的NaOH水溶液；2）将NaOH水溶液与粉煤灰和添加剂按照合适的配比，一起置于低压反应釜中进行反应；3）对反应后的浆液进行液固分离，得到硅酸钠溶液和脱硅渣。应用本发明的强化方法可克服目前已有的高铝粉煤灰碱溶预脱硅过程存在的碱液用量大、二氧化硅溶出率低的问题，可大幅度提高二氧化硅溶出率，从而显著提高整个粉煤灰综合利用的经济效益。

权利要求书
1.  一种高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法，包括以下步骤：
（1）调配一定浓度的NaOH水溶液；
（2）按一定的液固比将粉煤灰加入步骤（1）调配的NaOH水溶液中，再添加一定的添加剂混合后，一起置于低压反应釜中进行反应；
（3）对步骤（2）反应后的浆液进行液固分离，得到硅酸钠溶液和脱硅渣。

2.  根据权利要求1所述的高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法，其特征在于，所述步骤（1）中， NaOH水溶液的浓度以Na2O计控制在150～200g/L。

3.  根据权利要求1所述的高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法，其特征在于，所述步骤（2）中，NaOH水溶液与粉煤灰的液固比为5:1~10:1。

4.  根据权利要求1所述的高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所加添加剂为葡萄糖、EDTA和氟化钠中的一种，所述添加剂的用量按溶出体积计为1~5g/L。

5.  根据权利要求1所述的高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述反应是在温度130℃～150℃下进行搅拌；反应时间为5min～60min。

6.  根据权利要求1所述的高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法，其特征在于，所述步骤（3）中，对所述浆液进行液固分离是采用离心分离或压力过滤，快速分离。

7.  根据权利要求1所述的高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法，其特征在于，所述步骤（3）中，液固分离后得到的硅酸钠溶液用于生产白炭黑，脱硅渣用于烧结法提取氧化铝。

说明书一种高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法
技术领域
本发明涉及资源环境领域，特别涉及一种高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法。
背景技术
我国山西、内蒙古等地排放和堆存着大量高铝粉煤灰，不仅浪费宝贵的含铝、含硅资源，而且占用土地，污染环境，危害人体健康。因此，资源化综合利用高铝粉煤灰具有重要的意义。
预脱硅提取白炭黑-烧结法提取氧化铝是目前资源化综合利用高铝粉煤灰最有前景的技术路线，该技术路线是先将高铝粉煤灰与碱溶液在一定温度下混合，进行预脱硅反应，溶出高铝粉煤灰中的部分SiO2，固液分离后，得到硅酸钠溶液和脱硅渣，硅酸钠溶液用于制备白炭黑或硅酸钙，而脱硅渣则采用烧结法生产Al2O3。
围绕高铝粉煤灰的预脱硅过程，相关研究人员进行了大量研究工作。李军旗等（碱法对粉煤灰的预脱硅处理[J].轻金属，2010（11）：11-13）研究了将高铝粉煤灰在90℃条件下反应2h，氢氧化钠溶液浓度30%，液固比为30:1，预脱硅率为58%，但该技术的碱浓度太高、液固比太大，无实用性。邬国栋等（低温碱溶粉煤灰中硅和铝的溶出规律研究[J].环境科学研究，2006,19(1):53-56.）先在950℃条件下对高铝粉煤灰进行了预处理，然后在2-3 mol/L的氢氧化钠溶液中溶出4-6h，反应温度为120-130℃，二氧化硅的溶出率为29.23%。杜淄川等（高铝粉煤灰碱溶脱硅过程反应机理[J].过程工程学报.2011,11(3):442-446.）将高铝粉煤灰在130℃碱溶液中反应2 h，SiO2溶出率42.5%；若温度高于130℃时，方钠石的形成会加剧，导致二氧化硅溶出率降低。张战军等（从高铝粉煤灰中提取非晶态SiO2的实验研究[J]. 矿物学报, 2007, 27(2): 137-142.）研究了在氢氧化钠溶液中提取高铝粉煤灰中的二氧化硅，优化工艺条件为：氢氧化钠溶液浓度为25%， 95℃温度下溶出反应4小时，所得二氧化硅的溶出率为41.8%。
该技术目前在预脱硅阶段的碱溶反应温度在130℃以下，存在的主要问题是苛性碱用量大；粉煤灰中二氧化硅溶出率较低，只有40~44%，导致脱硅渣铝硅比低，A/S仅1.6左右，从而严重影响到后续氧化铝提取工序的生产组织，恶化氧化铝生产的技术经济指标。在氧化铝提取阶段，为了实现铝硅分离，需要通过添加石灰（CaO），将SiO2转变成不含Al2O3和Na2O的原硅酸钙（2CaO·SiO2），粉煤灰中硅含量越高，铝硅比越低，石灰添加量就越大，氧化铝生产过程物料流量及赤泥产出量也越大。为了优化氧化铝生产过程技术经济指标，促进整个粉煤灰综合利用项目的健康发展，迫切需要大幅度提高粉煤灰碱溶预脱硅过程的二氧化硅溶出率，同时尽可能提高预脱硅后粉煤灰（即脱硅渣）的铝硅比。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺步骤简单、碱液用量小、二氧化硅溶出率高、脱硅渣铝硅比高、易与现有预脱硅生产过程相结合的粉煤灰碱溶预脱硅强化方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法，包括以下步骤：
（1）调配一定浓度的NaOH水溶液；
（2）按一定的液固比将粉煤灰加入步骤（1）调配的NaOH水溶液中，再添加一定的添加剂混合后，一起置于低压反应釜中进行反应；
（3）对步骤（2）反应后的浆液进行液固分离，得到硅酸钠溶液和脱硅渣。
作为对上述技术方案的进一步改进：
所述步骤（1）中， NaOH水溶液的浓度以Na2O计控制在150～200g/L。
所述步骤（2）中，NaOH水溶液与粉煤灰的液固比为5:1~10:1。
所述步骤（2）中，所加添加剂为葡萄糖、EDTA和氟化钠中的一种，所述添加剂的用量按溶出体积计为1~5g/L。
所述步骤（2）中，所述反应是在温度130℃～150℃下进行搅拌；反应时间为5min～60min。
所述步骤（3）中，对所述浆液进行液固分离是采用离心分离或压力过滤，快速分离。
所述步骤（3）中，液固分离后得到的硅酸钠溶液用于生产白炭黑，脱硅渣用于烧结法提取氧化铝。
根据研究，为了提高碱溶预脱硅过程的二氧化硅溶出率，并保证氧化铝尽量不被溶出，诸如反应温度、反应时间、液固比、添加剂种类和添加量等因素都会相互制约、相互影响，需要很好地控制碱溶过程的这些工艺参数以及液固分离时间，才能够更好地保证前述目的的实现。
本发明的上述强化方法主要基于以下技术思路：高铝粉煤灰在氢氧化钠溶液中的反应包括非晶态的玻璃体及莫来石的碱溶反应，玻璃态物质溶解较快，形成硅酸钠，此后随着反应时间的延长，莫来石也会逐渐溶解，氧化铝进入溶液生成铝酸钠，进而与硅酸钠结合析出钠硅渣，由此导致二氧化硅溶出率下降；温度升高，通常非晶态的玻璃体和莫来石与碱溶的反应均会加强，而莫来石反应后进入到溶液中的氧化铝不仅不利于白炭黑生产，而且会造成二氧化硅溶出率反而下降。本发明的技术思路是调控粉煤灰的碱溶过程动力学，并通过添加添加剂，在促进非晶态玻璃体溶解的同时，抑制莫来石的溶解，以尽量减少氧化铝进入碱溶液，避免钠硅渣的生成。
相比现有技术，本发明具有以下优点：
1）本发明的高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法，工艺简单，碱液用量小，通过添加添加剂，调控反应的动力学，在促进非晶态玻璃体溶解的同时，能抑制莫来石的溶解，以尽量减少氧化铝进入碱溶液，避免钠硅渣的生成，可大幅度提高碱溶预脱硅过程中二氧化硅的溶出率，从现在的40~44%提高到55~60%；
2）通过本发明的高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法得到的脱硅渣铝硅比可以提高到2.0以上，从而可减小后续烧结法提取氧化铝过程的物料流量和赤泥产出量，显著提高整个粉煤灰利用的经济效益。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
实施例1
选用组成为SiO2 48%，Al2O3 42%，A/S 0.875的粉煤灰，配制浓度为Na2O 150g/L的碱液（NaOH水溶液），按液固比为10:1将粉煤灰加入到碱液中，按体积计添加葡萄糖1g/L，混合，一起置于低压反应釜中在130℃温度下进行搅拌反应，时间为 10min，再对所得浆液进行快速过滤分离，得到硅酸钠溶液和脱硅渣，脱硅渣的A/S 为2.01，二氧化硅溶出率为55.55%。液固分离后得到的硅酸钠溶液用于生产白炭黑，脱硅渣用于烧结法提取氧化铝。
实施例2
选用组成为SiO2 48%，Al2O3 42%，A/S 0.875的粉煤灰，配制浓度为Na2O 200g/L的碱液（NaOH水溶液），按液固比为10:1将粉煤灰加入到碱液中，按体积计添加EDTA 2g/L，混合，一起置于低压反应釜中在140℃温度下进行搅拌反应，时间为20min，再对所得浆液进行快速离心分离，得到硅酸钠溶液和脱硅渣，脱硅渣的A/S 为2.09，二氧化硅溶出率为57.42%。液固分离后得到的硅酸钠溶液用于生产白炭黑，脱硅渣用于烧结法提取氧化铝。
实施例3
选用组成为SiO2 48%，Al2O3 42%，A/S 0.875的粉煤灰，配制浓度为Na2O 170g/L的碱液（NaOH水溶液），按液固比为5:1将粉煤灰加入到碱液中，按体积计添加氟化钠5g/L，混合，一起置于低压反应釜中在150℃温度下进行搅拌反应，时间为5min，再对所得浆液进行板框快速压滤分离，得到硅酸钠溶液和脱硅渣，脱硅渣的A/S 为2.12，二氧化硅溶出率为59.56%。液固分离后得到的硅酸钠溶液用于生产白炭黑，脱硅渣用于烧结法提取氧化铝。
实施例4
选用组成为SiO2 49%，Al2O3 40.5%，A/S 0.827的粉煤灰，配制浓度为Na2O 150g/L的碱液（NaOH水溶液），按液固比为8:1将粉煤灰加入到碱液中，按体积计添加葡萄糖2g/L，混合，一起置于低压反应釜中在130℃温度下进行搅拌反应，时间为60min，再对所得浆液进行快速过滤分离，得到硅酸钠溶液和脱硅渣，脱硅渣的A/S 为1.96，二氧化硅溶出率为55.07%。液固分离后得到的硅酸钠溶液用于生产白炭黑，脱硅渣用于烧结法提取氧化铝。
实施例5
选用组成为SiO2 49%，Al2O3 40.5%，A/S 0.827的粉煤灰，配制浓度为Na2O 160g/L的碱液（NaOH水溶液），按液固比为10:1将粉煤灰加入到碱液中，按体积计添加氟化钠1g/L，混合，一起置于低压反应釜中在150℃温度下搅拌反应，时间为10min，再对所得浆液进行快速离心分离，得到硅酸钠溶液和脱硅渣，脱硅渣的A/S 为1.99，二氧化硅溶出率为56.15%。
实施例6
选用组成为SiO2 49%，Al2O3 40.5%，A/S 0.827的粉煤灰，配制浓度为Na2O 180g/L的碱液（NaOH水溶液），按液固比为7:1将粉煤灰加入到碱液中，按体积计添加EDTA 4g/L，混合，一起置于低压反应釜中在130℃温度下搅拌反应，时间为20min，再对所得浆液进行快速过滤分离，得到硅酸钠溶液和脱硅渣，脱硅渣的A/S为2.13，二氧化硅溶出率为59.78%。