一種從粉煤灰中連續(xù)萃取生產(chǎn)速溶硅酸鈉的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于硅酸鈉資源化回收技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種從粉煤灰中連續(xù)萃取生產(chǎn)速溶硅酸鈉的方法
【背景技術(shù)】
[0002]硅酸鈉為白色結(jié)晶粉末狀，溶于水和稀堿液，不溶于醇和酸，在空氣中易吸濕潮解，水溶液呈堿性。硅酸鈉的分子式為Na2O -nSi02,n為模數(shù)，模數(shù)等于I時(shí)為偏硅酸鈉，模數(shù)在2.0?3.3(±0.10)時(shí)為速溶硅酸鈉，其附加值遠(yuǎn)高于偏硅酸鈉。速溶硅酸鈉能快速溶于水，廣泛應(yīng)用于洗滌劑、陶瓷、電鍍、紡織、印染、造紙、水泥、混凝土、耐火材料、油脂和皮革加工等工業(yè)領(lǐng)域。
[0003]粉煤灰是煤燃燒后的細(xì)顆粒分散狀殘余物，是火電廠的主要廢棄物，中國(guó)的粉煤灰排放量正以每年億噸的速度增長(zhǎng)。粉煤灰的不斷產(chǎn)生給煤炭企業(yè)和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大壓力，因此，開(kāi)發(fā)和研宄粉煤灰的綜合利用對(duì)煤的資源化利用和環(huán)境保護(hù)有著重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。
[0004]粉煤灰的主要化學(xué)成分為Al2O3和Si02，Al2O3含量為15?45% (wt,以下省略)，5102在40%以上。現(xiàn)有技術(shù)中，采用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿提取粉煤灰中的Al2O3和Si02，Al2O3的生產(chǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，而利用粉煤灰生產(chǎn)硅酸鈉工藝技術(shù)尚處于工業(yè)的摸索階段。
[0005]目前國(guó)內(nèi)粉煤灰的綜合利用以生產(chǎn)Al2O3為主，以分離出Al203之后的濾液生產(chǎn)副產(chǎn)硅酸鈉?，F(xiàn)有技術(shù)中，粉煤灰與堿液濕法生產(chǎn)硅酸鈉，所得脫硅液模數(shù)很低(一般為0.4?0.7)，例如，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201110120102.3，專(zhuān)利名稱(chēng):利用粉煤灰生產(chǎn)九水偏硅酸鈉的方法，該申請(qǐng)案公開(kāi)了一種將粉煤灰加入到氫氧化鈉溶液中進(jìn)行脫硅，一次脫硅液的模數(shù)為0.5左右，二次脫硅后模數(shù)提升至1.0左右。文獻(xiàn)報(bào)道和公開(kāi)專(zhuān)利中主要采用加酸或二氧化碳?xì)怏w的方式提高脫硅液的模數(shù)，如，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201010125797.X，專(zhuān)利名稱(chēng):一種利用粉煤灰制備五水偏硅酸鈉的方法，該申請(qǐng)案公開(kāi)了一種用二氧化碳?xì)怏w制備非結(jié)晶水合二氧化硅，通過(guò)將非結(jié)晶水合二氧化硅投加到低模數(shù)脫硅液中提高脫硅液模數(shù)的方法。該方法雖然能夠提高脫硅液的模數(shù)，但加二氧化碳?xì)怏w會(huì)加劇堿的損失，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量含鹽廢水，既增加了堿耗，又增加了廢水處理負(fù)荷與成本。
[0006]中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?200610000862.X，專(zhuān)利名稱(chēng):一種提高拜耳法生產(chǎn)氧化鋁循環(huán)效率的方法，該申請(qǐng)案公開(kāi)了一種利用正辛醇、C6?C 2(|脂肪醇、碳鏈長(zhǎng)度為C 13?C 18的烷基酚、氟代醇等單一萃取劑從拜耳法循環(huán)液中萃取氫氧化鈉，從而提高拜耳法循環(huán)效率的方法。若采用萃取法將粉煤灰脫硅液中的硅酸鈉與氫氧化鈉分離，既能提高硅酸鈉的模數(shù)，又能大大降低生產(chǎn)過(guò)程中的堿耗。但該方法并不適用于萃取粉煤灰脫硅液中的氫氧化鈉，原因在于單一的萃取劑對(duì)氫氧化鈉的萃取效率低、萃取效果差，且該方法采用的萃取劑價(jià)格昂貴，其經(jīng)濟(jì)效益差。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中提升脫硅液模數(shù)或回收堿時(shí)存在的以下幾個(gè)問(wèn)題:
[0008](I)加酸或二氧化碳?xì)怏w會(huì)加劇堿的損失，增加原料堿的損耗；
[0009](2)加酸或二氧化碳?xì)怏w，脫硅液中產(chǎn)生的鹽需要大量的水清洗，因此產(chǎn)生大量含鹽廢水，導(dǎo)致廢水處理成本增加；
[0010](3)萃取劑萃取效果差、萃取效率低且價(jià)格昂貴。
[0011]綜上所述，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，如何滿足利用粉煤灰生產(chǎn)硅酸鈉工藝的產(chǎn)業(yè)化推廣是沒(méi)有解決的技術(shù)難題，既能生產(chǎn)高附加值速溶硅酸鈉產(chǎn)品，又能保持高堿回收率的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的，提出一種從粉煤灰中連續(xù)萃取生產(chǎn)速溶硅酸鈉的方法，可利用高效經(jīng)濟(jì)的復(fù)配萃取劑連續(xù)萃取生產(chǎn)高附加值速溶硅酸鈉產(chǎn)品，同時(shí)保持高的堿回收率，降低原料堿的損耗，且避免大量含鹽廢水的產(chǎn)生，既提高產(chǎn)品收益又降低生產(chǎn)成本。
[0013]2、技術(shù)方案
[0014]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是:
[0015]一種從粉煤灰中連續(xù)萃取生產(chǎn)速溶硅酸鈉的方法，其步驟為:
[0016](A)在粉煤灰中加液堿制備脫硅液；
[0017](B)將步驟(A)中的脫硅液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮；
[0018](C)制備復(fù)配萃取劑；
[0019](D)將步驟⑶中經(jīng)過(guò)濃縮的脫硅液投加到步驟(C)中的復(fù)配萃取劑中，在連續(xù)萃取反應(yīng)器中完成一次萃取過(guò)程，上層為萃取劑和堿液的混合液，下層為一次硅酸鈉溶液；
[0020](E)將步驟(D)中的一次硅酸鈉溶液用步驟(B)中蒸發(fā)濃縮產(chǎn)生的水稀釋?zhuān)苽湟淮喂杷徕c稀釋溶液；
[0021](F)將步驟(E)中的一次硅酸鈉稀釋溶液投加步驟(C)中的復(fù)配萃取劑中，在連續(xù)萃取反應(yīng)器中完成二次萃取過(guò)程，上層為復(fù)配萃取劑和堿液的混合液，下層為二次硅酸鈉溶液；
[0022](G)重復(fù)步驟(E)至步驟(F) O?2次，完成連續(xù)萃取過(guò)程，上層為復(fù)配萃取劑和堿液的混合液，下層為目標(biāo)硅酸鈉溶液；
[0023](H)將步驟(D)、步驟(F)和步驟(G)中的上層萃取劑和堿液混合液進(jìn)行蒸餾或精餾，分離后的萃取劑回用至步驟⑶、步驟(F)和步驟(G)中，分離后的堿液回用至步驟(A)中；
[0024](I)將步驟(G)中的下層目標(biāo)硅酸鈉溶液噴霧干燥，得到速溶硅酸鈉產(chǎn)品，干燥過(guò)程中回收的萃取劑回用至步驟(D)、步驟(F)和步驟(G)中。
[0025]優(yōu)選的，步驟(A)中的粉煤灰為電廠廢棄物粉煤灰，其中3102的含量在30?50%，液堿的濃度為10?40%，粉煤灰與液堿I?3:1混合，脫硅溫度為100?160°C，脫硅時(shí)間為I?2h，脫硅液的模數(shù)為0.4?0.7。
[0026]所述步驟(B)中脫娃液蒸發(fā)濃縮至原體積的20?100% ；
[0027]所述步驟(C)中的復(fù)配萃取劑由甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、2-丁醇、乙醚、四氫呋喃中的至少一種或多種混合物復(fù)配而成。步驟(C)中的復(fù)配萃取劑由甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、2-丁醇、乙醚、四氫呋喃中的混合物復(fù)配而成，其中甲醇:乙醇:丙醇:異丙醇:2- 丁醇:乙醚:四氫呋喃體積比為O?100:0?100:0?25:0?50:0?15:0?10:0 ?10。
[0028]所述步驟(D)中復(fù)配萃取劑與一次硅酸鈉溶液以體積比計(jì)為0.3?3:1，下層一次硅酸鈉溶液的模數(shù)提升至0.9?1.5。
[0029]所述步驟(E)中的稀釋水用量為步驟(F)中下層二次硅酸鈉溶液體積的0.2?8倍。
[0030]所述步驟(F)中的復(fù)配萃取劑與二次硅酸鈉溶液的體積比為0.3?3:1。
[0031]所述步驟(G)中的下層目標(biāo)硅酸鈉溶液的模數(shù)提升至1.9?3.5，步驟(H)中的上層復(fù)配萃取劑和堿混合液的分離為蒸餾或精餾過(guò)程，堿的回收率為85?96%。
[0032]所述步驟(I)中噴霧干燥溫度為150?300°C，干燥過(guò)程中復(fù)配萃取劑的回收為冷凝回收，速溶硅酸鈉產(chǎn)品中Na2O的含量為18?28%，S12的含量為48?65%。
[0033]3、有益效果
[0034]本發(fā)明一種從粉煤灰中連續(xù)萃取生產(chǎn)速溶硅酸鈉的方法，相比現(xiàn)有技術(shù)，具體效果為:
[0035](I)速溶硅酸鈉產(chǎn)品中Na2O的含量18?28%，3丨02的含量為48?65%。
[0036](2)同時(shí)回收85?96%的堿，克服了現(xiàn)有技術(shù)中需加酸或二氧化碳?xì)怏w提升脫硅液模數(shù)時(shí)損耗大量原料堿的技術(shù)難點(diǎn)，降低了堿的消耗。
[0037](3)避免了由于加酸或二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生的含鹽廢水，降低了廢水處理成本。
[0038](4)高效經(jīng)濟(jì)復(fù)配萃取劑克服了傳統(tǒng)萃取劑萃取效率低、萃取效果差、成本高的缺點(diǎn)。
[0039](5)步驟⑶中蒸發(fā)濃縮產(chǎn)生的水回用至步驟(E)中套用，步驟⑶和步驟⑴中的復(fù)配萃取劑回用至步驟(D)、步驟(F)和步驟(G)中套用，步驟(H)中分離產(chǎn)生的堿液回用至步驟㈧中套用；可以循環(huán)使用，回收率高，損耗小，成本降低。
[0040](6)提高了產(chǎn)品收益的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，有利于其產(chǎn)業(yè)化推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0041]圖1是本發(fā)明的簡(jiǎn)易工藝流程圖。附圖中箭頭方向?yàn)楸景l(fā)明所述從粉煤灰中連續(xù)萃取生產(chǎn)速溶硅酸鈉的方法工藝流程方向。
【具體實(shí)施方式】
[0042]為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0043]實(shí)施例1
[0044]結(jié)合附圖，從粉煤灰中連續(xù)萃取生產(chǎn)速溶硅酸鈉的方法，其步驟為:
[0045](A)、取S12含量為50% (下面未明確指出的均為重量百分比)的粉煤灰，濃度為30 %的液堿，粉煤灰與液堿按照重量2:1混合，脫硅溫度為130°C，脫硅時(shí)間為2h，脫硅液的模數(shù)為0.6 ；
[0046](B)、將步驟㈧中脫硅液濃縮至原體積的50% ；
[0047](C)、制備復(fù)配萃取劑，甲醇:乙醇:丙醇體積比為100:50:10 ;
[0048](D)、將步驟⑶中經(jīng)過(guò)濃縮的脫硅液投加到步驟(C)中的復(fù)配萃取劑中，在連續(xù)萃取反應(yīng)器中完成一次萃取過(guò)程，復(fù)配萃取劑:脫硅液(體積比)為0.8:1，上層為復(fù)配萃取劑和堿液的混合液，下層一次娃酸鈉溶液的模數(shù)為1.1 ;
[0049](E)、按照水:步驟(D)中一次硅酸鈉溶液(體積比)為2:1制備一次硅酸鈉稀釋溶液，該稀釋用水由步驟(B)中蒸發(fā)濃縮產(chǎn)生；
[0050](F)、將步驟(E)中的一次硅酸鈉稀釋溶液投加步驟(C)中的復(fù)配萃取劑中，在連續(xù)萃取反應(yīng)器中完成二次萃取過(guò)程，復(fù)配萃取劑:一次硅酸鈉溶液(體積比)為0.9:1，上層為復(fù)配萃取劑和堿液的混合液，下層二次硅酸鈉溶液的模數(shù)為2.3 ;
[0051](G)重復(fù)步驟(E)至步驟(F) O次，上層為復(fù)配萃取劑和堿液的混合液，下層為目標(biāo)硅酸鈉溶液，目標(biāo)硅酸鈉溶液的模數(shù)2.3 ;
[0052](H)、將步驟(D)、步驟(F)和步驟(G)中的上層萃取劑和堿液混合液進(jìn)行蒸餾或精餾，分離后的萃取劑回用至步驟⑶、步驟(F)和步驟(G)中，分離后的堿液回用至步驟(A)中，堿的回收率為95% ；
[0053](I)、將步驟(G)中的下層目標(biāo)硅酸鈉溶液150°C噴霧干燥，得到速溶硅酸鈉產(chǎn)品，其中Na2O的含量為23.6%，S1jA含量為54.3%。
[0054]實(shí)施例2
[0055]本實(shí)施例的從粉煤灰中連續(xù)萃取生產(chǎn)速溶硅酸鈉的方法，基本同實(shí)施例1，只是對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，仍能達(dá)到相同的效果。具體如下:
[0056](A)、取S12含量為45%的粉煤灰，濃度為12%的液堿，粉煤灰與液堿1:1混合，脫硅溫度為145°C，脫硅時(shí)間為1.5h，脫硅液的模數(shù)為0.4 ；
[0057](B)將步驟(A)中脫硅液蒸發(fā)濃縮至原體積的95% ；
[0058](C)、制備復(fù)配萃取劑，甲醇:乙醇體積比為1:1;
[0059](D)將步驟⑶中經(jīng)過(guò)濃縮的脫硅液投加到步驟(C)中的復(fù)配萃取劑中，在連續(xù)萃取反應(yīng)器中完成一次萃取過(guò)程，復(fù)配萃取劑:脫硅液(體積比)為3:1，上層為復(fù)配萃取劑和堿液的混合液，下層一次硅酸鈉溶液的模數(shù)為0.9 ;
[0060](E)、按照水:步驟(D)中一次硅酸鈉溶液(體積比)為0.2:1制備一次硅酸鈉稀