專利名稱：利用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用鋁硅酸鹽礦物的化工開發(fā)利用的方法，特別是一種利 用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工藝方法。
背景技術(shù)：
據(jù)邊炳鑫、解強(qiáng)、趙有才在《煤系固體廢物資源化技術(shù)》(化學(xué)工業(yè)出版 社2005年5月第一版)一書中稱2000年全國(guó)粉煤灰排出量1. 6億噸，占地50萬畝，加上 歷年庫(kù)存的11億噸粉煤灰，2000年全國(guó)粉煤灰積存總量達(dá)到12. 5億噸。由于火力發(fā)電量 的增加，截止到2006年底，全國(guó)累計(jì)積存的粉煤灰已將近20億噸。粉煤灰的基本組成是鋁 硅酸鹽，主要是氧化鋁和二氧化硅，兩組分合計(jì)約占75-92%，其中氧化鋁約占23-38%，二 氧化硅一般占50%以上，另含少量鐵、鈣、鎂等元素的氧化物，各組分的含量因煤的產(chǎn)地而 異。從工業(yè)廢棄物粉煤灰中提取化工產(chǎn)品，變廢為寶，改善環(huán)境，是世界各國(guó)、更是我國(guó)的重 要產(chǎn)業(yè)政策。孫雅珍等人在CN1095689. 1994及陳建林在1994年第4期《環(huán)境導(dǎo)報(bào)》第14頁(yè)刊 文(對(duì)比文獻(xiàn)1)提出用50-60%的硫酸浸泡粉煤灰12-14小時(shí)，在100°C加熱2-4小時(shí)，趁 熱過濾，反復(fù)洗滌濾餅至中性，棄去濾餅，將濾液加熱濃縮至15-20波美度再冷卻結(jié)晶，抽 濾得到硫酸鋁晶體。此對(duì)比文獻(xiàn)1采用酸浸粉煤灰工藝得到硫酸鋁產(chǎn)品，氧化鋁的提取率 只有60-65 %，而粉煤灰中的另一種更主要的組分二氧化硅卻沒有被利用，技術(shù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值 不高。謝英在1992年第3期《粉煤灰綜合利用》第54頁(yè)刊文(對(duì)比文獻(xiàn)2)提出將粉煤 灰與燒堿溶液混合攪拌并加熱至沸騰，再保溫?cái)嚢枰欢螘r(shí)間，過濾，棄去濾餅，將濾液加水 或通入二氧化碳、加碳酸銨，得到氫氧化鋁沉淀，再經(jīng)過濾、將濾餅烘干得到氫氧化鋁。此對(duì) 比文獻(xiàn)2采用的濕法工藝，氧化鋁的提取率也只有70 %左右，粉煤灰中另一更主要的組分 二氧化硅也沒有被利用。韓懷強(qiáng)、蔣挺大在《粉煤灰利用技術(shù)》(化學(xué)工業(yè)出版社2001年1月第一版)(對(duì) 比文獻(xiàn)3)第177-179頁(yè)提出用石灰燒結(jié)法，將粉煤灰與石灰石粉混合后在1320-1400°C燒 成，使氧化鋁轉(zhuǎn)化成鋁酸鈉和鋁酸鈣，經(jīng)熟料自粉化、碳酸鈉溶出、石灰乳脫硅棄渣、二氧化 碳?xì)怏w碳化，提取氫氧化鋁，再將氫氧化鋁在1200°C煅燒，得到氧化鋁。脫硅時(shí)棄去的廢渣 用于生產(chǎn)水泥。劉小波在1999年第2期《環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》第210-213頁(yè)提出石灰燒結(jié)法工 藝合理的氧化鋁提取率為80-85%。此對(duì)比文獻(xiàn)3采用石灰燒結(jié)法，粉煤灰原料中氧化鋁的 提取率有了較大提高，但也只能達(dá)到85% ；同時(shí)，粉煤灰中另一更主要組分二氧化硅仍然沒 有被高附加值利用，只是作為廢渣用于生產(chǎn)水泥，二氧化硅組分的經(jīng)濟(jì)價(jià)值未得到充分利 用。綜上所述，對(duì)比文獻(xiàn)1、2、3存在下列不足1、均只對(duì)粉煤灰中的氧化鋁組分進(jìn)行利用，對(duì)氧化鋁的提取率也只能達(dá)到 60-85%，因此資源的利用率都較低，只相當(dāng)于利用了粉煤灰原料總量的20-30%左右；當(dāng) 原料粉煤灰中氧化鋁含量較低時(shí)，原料粉煤灰將不能利用。2、對(duì)粉煤灰中的另一更主要的組分二氧化硅，對(duì)比文獻(xiàn)1、2中予以棄用，對(duì)比文
5獻(xiàn)3中只是作為廢渣用于生產(chǎn)低價(jià)值的水泥，二氧化硅組分沒有得到高附加值利用。3、在利用粉煤灰過程中均出現(xiàn)了因?yàn)槟芎母?，產(chǎn)品生產(chǎn)周期長(zhǎng)，加之粉煤灰原料 利用率較低，使得單位產(chǎn)量產(chǎn)品的成本增加，生產(chǎn)成本難以降低的問題。4、生產(chǎn)工藝中都需要多次用水洗滌，而洗滌液又未能加以回收利用，不僅耗費(fèi)了 大量可貴的水資源，加上對(duì)比文獻(xiàn)1、2中粉煤灰的主要成分二氧化硅的棄用，均造成對(duì)環(huán) 境的二次污染。由此可見，研究一種資源利用率高、資源利用附加值高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)過程沒 有二次污染的粉煤灰開發(fā)利用方法是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，開發(fā)一種資源利用率高、資源利 用附加值高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)過程又沒有二次污染的粉煤灰開發(fā)利用方法，特別是一種利 用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工藝方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種利用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工 藝方法，特征在于運(yùn)用燒堿法原理，采用燒堿堿熔工藝，通過燒堿堿熔_碳化_水解，實(shí)現(xiàn)同 時(shí)提取粉煤灰中的氧化鋁和二氧化硅，生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及及碳酸鈉。


圖1為本發(fā)明的工藝原理示意圖，圖2為本發(fā)明具體實(shí)施的生產(chǎn)流程示 意圖。如圖1中所示1、燒堿堿熔將粉煤灰與燒堿溶液混合，加熱進(jìn)行堿熔處理，直至溶液蒸干得到固 體；固體輸入濕磨工序。2、濕磨將燒堿堿熔得到的固體，進(jìn)行濕磨，得到濃漿料；濃漿料輸入二次堿熔工序。3、二次堿熔將濕磨得到的濃漿料，進(jìn)行稀釋后，再進(jìn)行加熱處理，得到干粉；干 粉輸入干粉溶解工序。4、干粉溶解將燒堿堿熔得到的干粉進(jìn)行溶解。溶解后，過濾，得到濾餅和濾液。 濾餅中包含有部分氫氧化鋁，經(jīng)過洗滌以后，輸入下道氫氧化鋁溶出工序；濾液輸入后道第
一碳化工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁。5、氫氧化鋁溶出將干粉溶解得到的濾餅用燒堿溶液進(jìn)行溶解，使氫氧化鋁溶解 進(jìn)入溶液。溶解后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅經(jīng)洗滌作為濾渣；濾液輸入下道第一碳化 工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁。6、第一碳化將前面干粉溶解及氫氧化鋁溶出兩道工序得到的濾液合并，進(jìn)行稀 釋后，用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行第一次碳酸化處理。第一碳化結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液。濾 餅經(jīng)洗滌為含有二氧化硅的粗氫氧化鋁，輸入下道濾餅溶解工序；濾液輸入后道第二碳化工序。7、濾餅溶解將第一碳化得到的濾餅，用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃 濾液進(jìn)行溶解，得到含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，輸入下道脫硅提純工序。8、脫硅提純將濾餅溶解得到的含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，添加生石灰或熟石 灰并攪拌加熱，進(jìn)行脫硅處理。脫硅處理結(jié)束后，過濾，得到濾餅脫硅渣和濾液。脫硅渣含 有氧化鋁和二氧化硅，直接輸入頭道燒堿堿熔工序，與煤矸石粉一起，重新進(jìn)行燒堿堿熔處 理；濾液為高純度鋁酸鈉溶液，輸入下道稀釋水解工序生產(chǎn)氫氧化鋁。
9、稀釋水解將脫硅提純得到的濾液，進(jìn)行稀釋水解。水解結(jié)束后，過濾，得到濾餅 和濾液。濾餅經(jīng)洗滌、烘干、粉碎后為產(chǎn)品氫氧化鋁；濾液為含有鋁酸鈉的氫氧化鈉稀溶液， 輸入下道濾液濃縮工序。10、濾液濃縮將稀釋水解得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到濃溶液。濃溶液輸入前 道濾餅溶解工序。11、第二碳化將第一碳化得到的濾液，用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行第二次碳酸化處理。 第二碳化結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅經(jīng)洗滌、烘干、粉碎后為產(chǎn)品硅酸；濾液輸入 下道濾液蒸發(fā)工序。12、濾液蒸發(fā)將第二碳化得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到過飽和的濃溶液。濃溶 液輸入下道冷卻結(jié)晶工序。13、冷卻結(jié)晶將濾液蒸發(fā)得到的濃溶液進(jìn)行冷卻、結(jié)晶。結(jié)晶后，過濾，得到濾餅 和濾液。濾餅為碳酸氫鈉，輸入下道干燥工序；濾液為碳酸氫鈉飽和溶液，輸入后道尾氣噴 淋工序。14、干燥將冷卻結(jié)晶得到的濾餅進(jìn)行干燥處理，得到產(chǎn)品碳酸鈉干粉和含碳酸鈉 粉塵的尾氣。尾氣輸入下道尾氣噴淋工序。15、尾氣噴淋將冷卻結(jié)晶得到的濾液用來對(duì)上道干燥工序的含碳酸鈉粉塵的尾 氣進(jìn)行噴淋，得到凈化后的尾氣和噴淋液。噴淋液為含碳酸鈉的碳酸氫鈉飽和溶液，輸入前 道濾液蒸發(fā)工序，并入下一批第二碳化后的濾液，進(jìn)行蒸發(fā)濃縮；凈化后的尾氣直接排放。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖2，本發(fā)明是這樣進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)的如圖2中所示，將燃料燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煹罋庖来斡贸乜諝夂退M(jìn)行換熱處 理高溫?zé)煹罋饨?jīng)過空氣換熱，將常溫空氣加熱得到400-80(TC和300-40(TC兩種熱空氣， 高溫?zé)煹罋鉁囟冉档?，變?yōu)?00-600°C中溫?zé)煹罋?；中溫?zé)煹罋庠儆盟畵Q熱，得到95°C的熱 水，中溫?zé)煹罋鉁囟冉档偷?00°C以下。200°C以下的低溫?zé)煹罋饨?jīng)過水洗、凈化處理后，得 到含二氧化碳的常溫潔凈煙道氣。400_800°C的熱空氣用于二次堿熔工藝的加熱濃縮和烘焙干燥；300-400°C的熱空氣用于碳酸氫鈉濾餅干燥工藝；95°C的熱水用作各個(gè)相應(yīng)工藝的濾餅洗滌和稀釋水解用水；含二氧化碳的常溫潔凈煙道氣用于第一碳化、第二碳化工藝。通過對(duì)煙道氣的換熱利用和凈化處理，實(shí)現(xiàn)了廢熱與廢氣的再利用。所述圖2中的粉煤灰是指用粒度為40-200目的粉煤灰作為原料粉煤灰，其中氧化 鋁與二氧化硅含量均沒有限制。所述圖2中的燒堿溶液是指質(zhì)量百分比濃度> 30%的氫氧化鈉溶液。所述圖2中的燒堿堿熔是指將60-200目的粉煤灰與質(zhì)量百分比濃度彡30%的燒 堿溶液按照質(zhì)量比粉煤灰氫氧化鈉=1 0.8-1. 5進(jìn)行配料后，進(jìn)行加熱反應(yīng)，直到物料 變成固體。固體輸入下道濕磨工序。所述圖2中的濕磨是指將經(jīng)燒堿堿熔工藝段得到的固體添加洗滌液進(jìn)行濕磨。濕 磨時(shí)，洗滌液用量不超過固體質(zhì)量的20% ；濕磨得到的濃漿料中，固相顆粒粒度在80目以 上。濃漿料輸入下道二次堿熔工序。所述圖2中的二次堿熔是指將經(jīng)濕磨工藝段得到的濃漿料用洗滌液進(jìn)行稀釋。稀釋時(shí)，控制稀釋后溶液中的Na20 > 300克/升。稀釋后，混合溶液用經(jīng)過高溫?zé)煹罋鈸Q熱 得到的400-800°C熱空氣加熱反應(yīng)，直到物料變成干粉。干粉輸入下道干粉溶解工序。所述圖2中的干粉溶解是指將經(jīng)燒堿堿熔工藝段得到的干粉用洗滌液溶解。干粉 溶解時(shí)，控制溶解后溶液中Na20> 250克/升。干粉溶解后，在4小時(shí)內(nèi)過濾。過濾后，得 到濾餅和濾液。濾餅用經(jīng)過中溫?zé)煹罋鈸Q熱得到的95°C熱水洗滌至PH= 11。洗滌液集中 用于循環(huán)利用。洗滌后的濾餅為含有氫氧化鋁的雜質(zhì)，輸入下道氫氧化鋁溶出工序；濾液輸 入后道第一碳化工序。所述圖2中的氫氧化鋁溶出是指將經(jīng)干粉溶解工藝段得到的濾餅，再用燒堿 溶液溶解。濾餅溶解時(shí)，加入的燒堿溶液量按照濾餅與燒堿溶液混合后，溶液中摩爾比 A1203 Na20 = 1 1.4-1. 6計(jì)算，控制溶液中Na20濃度在230-250克/升之間，溫度110°C， 溶解時(shí)間3小時(shí)。濾餅溶解后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅用經(jīng)過中溫?zé)煹罋鈸Q熱得到的 95°C熱水洗滌至PH= 11。洗滌液集中用于循環(huán)利用。洗滌后的濾餅作為濾渣，呈堿性，其 中仍然含有少量A1 (0H) 3,輸入后道污水處理工序，用于對(duì)洗滌煙道氣后的污水進(jìn)行絮凝凈 化處理。濾液輸入下道第一碳化工序。所述圖2中的第一碳化是指將干粉溶解工藝段得到的濾液和氫氧化鋁溶出工藝 段得到的濾液合并，先用洗滌液進(jìn)行稀釋，再用含二氧化碳的常溫潔凈煙道氣進(jìn)行第一次 碳酸化處理。稀釋時(shí)，控制溶液中Na20的質(zhì)量百分比濃度< 8. 5% ；碳化時(shí)，溶液的起始溫 度60-80°C;壓力0. 25-0. 3MP ；終點(diǎn)溫度40°C、PH = 10. 8-11。第一碳化結(jié)束后，在常壓、約 40°C下陳化20分鐘后過濾，得到濾餅和濾液。濾餅用經(jīng)過中溫?zé)煹罋鈸Q熱得到的95°C熱水 洗滌至PH = 9.5-9.8。洗滌液集中用于循環(huán)利用。洗滌后的濾餅為含有少量Si02的粗氫 氧化鋁，輸入下道濾餅溶解工序；濾液輸入后道第二碳化工序。所述圖2中的濾餅溶解是指將第一碳化工藝段得到的濾餅用燒堿溶液和后道濾 液濃縮工序得到的濃濾液溶解，得到粗鋁酸鈉溶液。濾餅溶解時(shí)，加入的燒堿溶液和后道濾 液濃縮工序得到的濃濾液量，按照濾餅與燒堿混合后溶液中A1203 < 150克/升、Na20 ( 210 克/升計(jì)算，溶解溫度110°C，溶解時(shí)間3小時(shí)。粗鋁酸鈉溶液輸入下道脫硅提純工序。所述圖2中的脫硅提純是指將濾餅溶解工藝段得到的粗鋁酸鈉溶液中添加生石 灰氧化鈣或熟石灰氫氧化鈣進(jìn)行脫硅處理。脫硅時(shí)，氧化鈣用量6-8克/升，溫度100°C， 時(shí)間1小時(shí)。脫硅提純后，過濾，得到脫硅渣和濾液。脫硅渣直接輸送到頭道燒堿堿熔工藝 段，與煤矸石粉一起，重新進(jìn)行燒堿堿熔處理；濾液輸入下道稀釋水解工序。所述圖2中的稀釋水解是指將脫硅提純工藝段得到的濾液，用經(jīng)過中溫?zé)煹罋鈸Q 熱得到的95°C熱水進(jìn)行稀釋水解。水解時(shí)，控制溶液中NaA102濃度< 0. 5M ；時(shí)間20-30分 鐘。水解后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅用經(jīng)過中溫?zé)煹罋鈸Q熱得到的95°C熱水洗滌至 PH = 7-8。洗滌液集中用于循環(huán)利用。洗滌后的濾餅為氫氧化鋁；濾液輸入下道濾液濃縮 工序。所述圖2中的濾液濃縮是指將稀釋水解工藝段得到的濾液，加熱進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。 濃縮時(shí)，控制溶液中Na20濃度達(dá)到310克/升為濃縮終點(diǎn)，得到含有鋁酸鈉的氫氧化鈉濃 溶液，循環(huán)到前道濾餅溶解工段，用來代替燒堿溶液進(jìn)行濾餅溶解。所述圖2中的第二碳化是指將第一碳化工藝段得到的濾液，再用含二氧化碳的常 溫潔凈煙道氣進(jìn)行第二次碳酸化處理。碳化時(shí)，起始溫度60-80°C ；壓力0. 25-0. 3MP ；終點(diǎn)
8溫度40°C、PH = 8. 7-9。第二碳化結(jié)束后，在常壓、約40°C下陳化20分鐘后過濾，得到濾餅 和濾液。濾餅用經(jīng)過中溫?zé)煹罋鈸Q熱得到的95°C熱水洗滌至PH = 7-8，洗滌液集中用于循 環(huán)利用。洗滌后的濾餅為硅酸；濾液是含有少量碳酸鈉的碳酸氫鈉溶液，輸入下道濾液蒸發(fā)工序。所述圖2中的濾液蒸發(fā)是指將第二碳化工藝段得到的濾液，加熱進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。 濃縮時(shí)，控制溶液密度d = 1. 11-1. 12g/cm3為濃縮終點(diǎn)，得到含有少量碳酸鈉的碳酸氫鈉 過飽和溶液。濃縮后的濃溶液輸入下道冷卻結(jié)晶工序。所述圖2中的冷卻結(jié)晶是指將上道濾液蒸發(fā)工藝段得到的濃溶液，用水進(jìn)行冷 卻、結(jié)晶。結(jié)晶后，過濾，得到濾餅和濾液。濾餅為碳酸氫鈉晶體，直接輸入下道干燥工序； 濾液為含有少量碳酸鈉的碳酸氫鈉飽和溶液，輸入后道尾氣噴淋工序。所述圖2中的干燥是指將冷卻結(jié)晶工藝段得到的碳酸氫鈉濾餅，用經(jīng)過煙道氣換 熱得到的300-400°C的潔凈熱空氣進(jìn)行干燥處理，得到干粉和含粉塵的尾氣。干粉為碳酸鈉 粉；尾氣中的粉塵為碳酸鈉粉塵，尾氣輸入下道尾氣噴淋工序。所述圖2中的尾氣噴淋是指將上道干燥工藝段得到的尾氣用冷卻結(jié)晶工藝段得 到的濾液進(jìn)行噴淋。噴淋后，得到凈化的尾氣和噴淋液。噴淋液為含碳酸鈉的碳酸氫鈉飽 和溶液，輸入前道濾液蒸發(fā)工序，并入下一批第二碳化后的濾液，進(jìn)行蒸發(fā)濃縮；凈化后的 尾氣直接排放。氫氧化鋁溶出工藝段濾餅洗滌后得到的濾渣，輸入污水處理工序，用于對(duì)洗滌煙 道氣后的污水進(jìn)行絮凝凈化處理。凈化處理后得到的清水循環(huán)用于后續(xù)的煙道氣洗滌，實(shí) 現(xiàn)了洗滌廢水循環(huán)。下面是圖1、圖2中各工藝流程的化學(xué)原理燒堿堿熔Si02+Na0H— Na2Si03+H20Al203+Na0H — NaA102+H20Fe203+Na0H — NaFe02+H20NaA102+Na2Si03+H20 — Na20 A1203 2Si02 2H20濕磨NaA102+H20—A1(0H)3 I +NaOHNaFe02+H20 — Fe (OH) 3 I +NaOHNa20 A1203 2Si02 2H20+Na0H — NaA102+Na2Si03+H20二次堿熔Na20 A1203 2Si02 2H20+Na0H — NaA102+Na2Si03+H20A1 (OH) 3+NaOH — NaA102+H20Fe (OH) 3+NaOH — NaFe02+H20干粉溶解NaA102+H20—A1(0H)3 丨 +NaOHNaFe02+H20 — Fe (OH) 3 I +NaOH氫氧化鋁溶出A1(OH) 3+NaOH — NaA102+H20第一碳化Na0H+C02— Na2C03+H20NaA102+C02+H20 — Na2C03+Al (OH) 3 INa2Si03+C02+H20 — Na2C03+NaHSi03Na2C03+C02+H20 — NaHC03濾餅溶解A1(OH) 3+NaOH — NaA102+H20
脫硅提純NaA102+Ca0+H20— 3Ca0 A1203 6H20 丨 +NaOHNaA102+Na2Si03+Ca0+H20 — 3Ca0 A1203 xSi02 (6_2x)H20 I +NaOH稀釋水解NaA102+H20—A1(0H)3 丨 +NaOH第二碳化NaHSi03+C02+H20— Na2C03+H2Si03 INa2C03+C02+H20 — NaHC03干燥NaHC03— Na2C03+C02 個(gè) +H20 個(gè)本發(fā)明經(jīng)過實(shí)際試用，收到了如下的效果1、粉煤灰的資源利用率高。與對(duì)比文獻(xiàn)1、2、3相比較，本發(fā)明不僅利用了占粉煤 灰原料總量30%左右的氧化鋁，而且同時(shí)利用了占粉煤灰原料50%以上的二氧化硅組分， 適用于各種粉煤灰資源的開發(fā)；氧化鋁的提取率達(dá)到95%以上，二氧化硅的提取率達(dá)到 90%以上。2、資源利用的附加值高。與對(duì)比文獻(xiàn)1、2、3相比較，運(yùn)用公知的酸溶和堿溶工藝， 通過對(duì)本發(fā)明得到的氫氧化鋁與硅酸進(jìn)行進(jìn)一步的深加工，很容易得到種類齊全、規(guī)格繁 多的高附加值的各種鋁鹽與硅酸鹽以及氧化鋁、鋁酸鹽、沉淀二氧化硅、硅膠等化工產(chǎn)品。 技術(shù)應(yīng)用的商業(yè)價(jià)值高。3、產(chǎn)品成本低。與對(duì)比文獻(xiàn)1、2、3相比較，本發(fā)明采用燒堿法工藝，工藝流程簡(jiǎn) 潔，產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，只要4-6小時(shí)；產(chǎn)品得率高；煙道氣中的二氧化碳、余熱、洗滌液的回 收利用，使所得到的氫氧化鋁和硅酸成本比國(guó)內(nèi)外其他工藝方法生產(chǎn)的成本都大幅度降 低。4、清潔生產(chǎn)。與對(duì)比文獻(xiàn)1、2、3相比較，本發(fā)明的生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境沒有二次污染。本發(fā)明實(shí)施得到的氫氧化鋁、硅酸和碳酸鈉產(chǎn)品以及由氫氧化鋁和硅酸運(yùn)用公知 的酸溶、堿溶工藝得到的各種鋁鹽、鋁酸鹽、氧化鋁、硅酸鹽、白炭黑、硅膠產(chǎn)品，可以為油 墨、造紙、印染、紡織、醫(yī)藥、油脂、催化劑、塑料、橡膠、日化、石油等行業(yè)使用。
權(quán)利要求
一種利用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工藝方法，其特征在于運(yùn)用燒堿法原理，采用燒堿堿熔工藝，通過燒堿堿熔-碳化-水解，實(shí)現(xiàn)同時(shí)提取粉煤灰中的氧化鋁和二氧化硅，生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉(1)燒堿堿熔將粉煤灰與燒堿溶液混合，加熱進(jìn)行堿熔處理，直至溶液蒸干得到固體；固體輸入濕磨工序；(2)濕磨將燒堿堿熔得到的固體，進(jìn)行濕磨，得到濃漿料；濃漿料輸入二次堿熔工序；(3)二次堿熔將濕磨得到的濃漿料，進(jìn)行稀釋后，再進(jìn)行加熱處理，得到干粉；干粉輸入干粉溶解工序；(4)干粉溶解將燒堿堿熔得到的干粉進(jìn)行溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅中包含有部分氫氧化鋁，經(jīng)過洗滌以后，輸入下道氫氧化鋁溶出工序；濾液輸入后道第一碳化工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁；(5)氫氧化鋁溶出將干粉溶解得到的濾餅用燒堿溶液進(jìn)行溶解，使氫氧化鋁溶解進(jìn)入溶液；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌作為濾渣；濾液輸入下道第一碳化工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁；(6)第一碳化將前面干粉溶解及氫氧化鋁溶出兩道工序得到的濾液合并，進(jìn)行稀釋后，用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行第一次碳酸化處理；第一碳化結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌為含有二氧化硅的粗氫氧化鋁，輸入下道濾餅溶解工序；濾液輸入后道第二碳化工序；(7)濾餅溶解將第一碳化得到的濾餅，用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾液進(jìn)行溶解，得到含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，輸入下道脫硅提純工序；(8)脫硅提純將濾餅溶解得到的含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，添加生石灰或熟石灰并攪拌加熱，進(jìn)行脫硅處理；脫硅處理結(jié)束后，過濾，得到濾餅脫硅渣和濾液；脫硅渣含有氧化鋁和二氧化硅，直接輸入頭道燒堿堿熔工序，與煤矸石粉一起，重新進(jìn)行燒堿堿熔處理；濾液為高純度鋁酸鈉溶液，輸入下道稀釋水解工序生產(chǎn)氫氧化鋁；(9)稀釋水解將脫硅提純得到的濾液，進(jìn)行稀釋水解；水解結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌、烘干、粉碎后為產(chǎn)品氫氧化鋁；濾液為含有鋁酸鈉的氫氧化鈉稀溶液，輸入下道濾液濃縮工序；(10)濾液濃縮將稀釋水解得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到濃溶液；濃溶液輸入前道濾餅溶解工序；(11)第二碳化將第一碳化得到的濾液，用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行第二次碳酸化處理；第二碳化結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌、烘干、粉碎后為產(chǎn)品硅酸；濾液輸入下道濾液蒸發(fā)工序；(12)濾液蒸發(fā)將第二碳化得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到過飽和的濃溶液；濃溶液輸入下道冷卻結(jié)晶工序；(13)冷卻結(jié)晶將濾液蒸發(fā)得到的濃溶液進(jìn)行冷卻、結(jié)晶；結(jié)晶后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅為碳酸氫鈉，輸入下道干燥工序；濾液為碳酸氫鈉飽和溶液，輸入后道尾氣噴淋工序；(14)干燥將冷卻結(jié)晶得到的濾餅進(jìn)行干燥處理，得到產(chǎn)品碳酸鈉干粉和含碳酸鈉粉塵的尾氣；尾氣輸入下道尾氣噴淋工序；(15)尾氣噴淋將冷卻結(jié)晶得到的濾液用來對(duì)上道干燥工序的含碳酸鈉粉塵的尾氣進(jìn)行噴淋，得到凈化后的尾氣和噴淋液；噴淋液為含碳酸鈉的碳酸氫鈉飽和溶液，輸入前道濾液蒸發(fā)工序，并入下一批第二碳化后的濾液，進(jìn)行蒸發(fā)濃縮；凈化后的尾氣直接排放。
1. 一種利用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉的工藝方法，其特征在于運(yùn)用燒堿法 原理，采用燒堿堿熔工藝，通過燒堿堿熔_碳化_水解，實(shí)現(xiàn)同時(shí)提取粉煤灰中的氧化鋁和 二氧化硅，生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉(1)燒堿堿熔將粉煤灰與燒堿溶液混合，加熱進(jìn)行堿熔處理，直至溶液蒸干得到固 體；固體輸入濕磨工序；(2)濕磨將燒堿堿熔得到的固體，進(jìn)行濕磨，得到濃漿料；濃漿料輸入二次堿熔工序；(3)二次堿熔將濕磨得到的濃漿料，進(jìn)行稀釋后，再進(jìn)行加熱處理，得到干粉；干粉輸 入干粉溶解工序；(4)干粉溶解將燒堿堿熔得到的干粉進(jìn)行溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅 中包含有部分氫氧化鋁，經(jīng)過洗滌以后，輸入下道氫氧化鋁溶出工序；濾液輸入后道第一碳 化工序生產(chǎn)粗氫氧化鋁；(5)氫氧化鋁溶出將干粉溶解得到的濾餅用燒堿溶液進(jìn)行溶解，使氫氧化鋁溶解進(jìn) 入溶液；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌作為濾渣；濾液輸入下道第一碳化工 序生產(chǎn)粗氫氧化鋁；(6)第一碳化將前面干粉溶解及氫氧化鋁溶出兩道工序得到的濾液合并，進(jìn)行稀釋 后，用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行第一次碳酸化處理；第一碳化結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾 餅經(jīng)洗滌為含有二氧化硅的粗氫氧化鋁，輸入下道濾餅溶解工序；濾液輸入后道第二碳化工序；(7)濾餅溶解將第一碳化得到的濾餅，用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾 液進(jìn)行溶解，得到含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，輸入下道脫硅提純工序；(8)脫硅提純將濾餅溶解得到的含有二氧化硅的鋁酸鈉溶液，添加生石灰或熟石灰 并攪拌加熱，進(jìn)行脫硅處理；脫硅處理結(jié)束后，過濾，得到濾餅脫硅渣和濾液；脫硅渣含有 氧化鋁和二氧化硅，直接輸入頭道燒堿堿熔工序，與煤矸石粉一起，重新進(jìn)行燒堿堿熔處 理；濾液為高純度鋁酸鈉溶液，輸入下道稀釋水解工序生產(chǎn)氫氧化鋁；(9)稀釋水解將脫硅提純得到的濾液，進(jìn)行稀釋水解；水解結(jié)束后，過濾，得到濾餅和 濾液；濾餅經(jīng)洗滌、烘干、粉碎后為產(chǎn)品氫氧化鋁；濾液為含有鋁酸鈉的氫氧化鈉稀溶液， 輸入下道濾液濃縮工序；(10)濾液濃縮將稀釋水解得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到濃溶液；濃溶液輸入前道 濾餅溶解工序；(11)第二碳化將第一碳化得到的濾液，用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行第二次碳酸化處理；第 二碳化結(jié)束后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅經(jīng)洗滌、烘干、粉碎后為產(chǎn)品硅酸；濾液輸入下 道濾液蒸發(fā)工序；(12)濾液蒸發(fā)將第二碳化得到的濾液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到過飽和的濃溶液；濃溶液 輸入下道冷卻結(jié)晶工序；(13)冷卻結(jié)晶將濾液蒸發(fā)得到的濃溶液進(jìn)行冷卻、結(jié)晶；結(jié)晶后，過濾，得到濾餅和 濾液；濾餅為碳酸氫鈉，輸入下道干燥工序；濾液為碳酸氫鈉飽和溶液，輸入后道尾氣噴淋 工序；(14)干燥將冷卻結(jié)晶得到的濾餅進(jìn)行干燥處理，得到產(chǎn)品碳酸鈉干粉和含碳酸鈉粉 塵的尾氣；尾氣輸入下道尾氣噴淋工序；(15)尾氣噴淋將冷卻結(jié)晶得到的濾液用來對(duì)上道干燥工序的含碳酸鈉粉塵的尾氣 進(jìn)行噴淋，得到凈化后的尾氣和噴淋液；噴淋液為含碳酸鈉的碳酸氫鈉飽和溶液，輸入前道 濾液蒸發(fā)工序，并入下一批第二碳化后的濾液，進(jìn)行蒸發(fā)濃縮；凈化后的尾氣直接排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的燒堿堿熔將粉煤灰與燒堿溶液混 合，加熱進(jìn)行堿熔處理，直至溶液蒸干得到固體，是指將60-200目的粉煤灰與燒堿溶液按 照質(zhì)量比粉煤灰氫氧化鈉=1 0.8-1. 5進(jìn)行配料后，進(jìn)行加熱反應(yīng)，直到物料變成固 體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的濕磨將燒堿堿熔得到的固體，進(jìn)行 濕磨，得到濃漿料，是指將經(jīng)燒堿堿熔工藝段得到的固體進(jìn)行濕磨；濕磨得到的漿料中，固 相顆粒粒度在80目以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的二次堿熔將濕磨得到的濃漿料，進(jìn) 行稀釋后，再進(jìn)行加熱處理，得到干粉，是指將經(jīng)濕磨工藝段得到的濃漿料進(jìn)行稀釋；稀釋 時(shí)，控制稀釋后溶液中的Na20> 300克/升；稀釋后，混合溶液在400-800°C加熱反應(yīng)，直到 物料變成干粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的干粉溶解將燒堿堿熔得到的干粉 進(jìn)行溶解；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾餅中包含有部分氫氧化鋁，經(jīng)過洗滌以后，是 指將經(jīng)燒堿堿熔工藝段得到的干粉進(jìn)行溶解；溶解時(shí)控制溶液中Na20 > 250克/升；溶解 后，在4小時(shí)內(nèi)過濾；過濾后，濾餅用熱水洗滌至PH = 11。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的氫氧化鋁溶出將干粉溶解得到的 濾餅用燒堿溶液進(jìn)行溶解，使氫氧化鋁溶解進(jìn)入溶液；溶解后，過濾，得到濾餅和濾液；濾 餅經(jīng)洗滌，是指將經(jīng)干粉溶解工藝段得到的濾餅，用燒堿溶液溶解；溶解時(shí)，加入的燒堿溶 液量按照濾餅與燒堿溶液混合后，溶液中摩爾比A1203 Na20 = 1 1.4-1. 6計(jì)算，控制溶 液中Na20濃度在230-250克/升之間，溫度110°C ；濾餅溶解后，過濾，得到的濾餅用熱水洗 滌至PH = 11。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的第一碳化將前面干粉溶解及氫氧 化鋁溶出兩道工序得到的濾液合并，進(jìn)行稀釋后，用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行第一次碳酸化處理， 是指將干粉溶解工藝段得到的濾液和氫氧化鋁溶出工藝段得到的濾液合并，先進(jìn)行稀釋， 再用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行第一次碳酸化處理；稀釋時(shí)，控制溶液中N^O的質(zhì)量百分比濃度 ^ 8.5% ；碳化時(shí)，溶液的起始溫度60-80°C，壓力0. 25-0. 3MP ；碳化終點(diǎn)溫度40°C、PH = 10.8-11。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的濾餅溶解將第一碳化得到的濾 餅，用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾液進(jìn)行溶解，得到含有二氧化硅的鋁酸鈉 溶液，是指將第一碳化工藝段得到的濾餅用燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾液溶 解，得到粗鋁酸鈉溶液；濾餅溶解時(shí)，加入的燒堿溶液和后道濾液濃縮工序得到的濃濾液 量，按照濾餅溶解后溶液中A1203≤150克/升、Na20≤210克/升計(jì)算，溶解溫度110°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的脫硅提純將濾餅溶解得到的含有 二氧化硅的鋁酸鈉溶液，添加生石灰或熟石灰并攪拌加熱，進(jìn)行脫硅處理，是指將濾餅溶解 工藝段得到的粗鋁酸鈉溶液中添加生石灰氧化鈣或熟石灰氫氧化鈣進(jìn)行脫硅處理；脫硅 時(shí)，氧化鈣用量6-8克/升，溫度100°C，時(shí)間1小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的濾液濃縮將稀釋水解得到的濾 液，加熱蒸發(fā)濃縮，得到濃溶液，是指將稀釋水解工藝段得到的濾液，加熱進(jìn)行蒸發(fā)濃縮；濃 縮時(shí)，控制溶液中Na20濃度達(dá)到310克/升為濃縮終點(diǎn)。
全文摘要
利用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉工藝方法。屬于鋁硅酸鹽礦物的化工開發(fā)利用方法。針對(duì)現(xiàn)有方法僅利用粉煤灰中的氧化鋁組分，提取率也僅60-85％；棄用主要組分二氧化硅；耗能高，成本高；主要組分棄用和多次水洗滌而洗滌液又未加回收造成二次污染的問題，本發(fā)明運(yùn)用燒堿法原理，采用燒堿堿熔工藝，通過燒堿堿熔-碳化-水解，實(shí)現(xiàn)同時(shí)提取粉煤灰中95％的氧化鋁和90％的二氧化硅，生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸及碳酸鈉。工藝流程簡(jiǎn)潔，產(chǎn)品生產(chǎn)周期短；煙道氣中的二氧化碳、余熱及洗滌液的回收循環(huán)利用，使生產(chǎn)成本大幅度降低。產(chǎn)品適用于造紙、油墨、印染、醫(yī)藥、洗滌劑等行業(yè)；延伸開發(fā)的產(chǎn)品還可用于石化、橡塑等行業(yè)。
文檔編號(hào)B09B3/00GK101857250SQ20091002932
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者劉慶玲 申請(qǐng)人:劉慶玲