一种利用粉煤灰脱硅液制备硅酸钙晶须的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用粉煤灰脱硅液制备硅酸钙晶须的方法，包括以下步骤：将生石灰或石灰乳与粉煤灰脱硅液进行苛化反应，并将反应后的浆液进行固液分离，所得固相为水化硅酸钙；将所述水化硅酸钙与水混合形成悬浊液后进行水热反应，将反应后的产物固液分离，所得固相经洗涤、干燥后得到硅酸钙晶须。该方法能够大幅降低水热反应体系氢氧化钠的含量，从而降低了水热反应对反应釜和管道设备的材质和防腐性能的要求，并且通过调节水热反应体系氢氧化钠的浓度，能够得到不同晶型的硅酸钙晶须产品，具有成本低廉，工艺简单，条件温和，易于工业化生产等优点，为粉煤灰的大规模资源化利用提供了新途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体废弃物资源化利用
，尤其涉及一种利用粉煤灰脱硅液制备硅酸钙晶须的方法。
技术介绍
粉煤灰排放量巨大，导致大气、水体和土壤严重污染。近年来，国内外普遍开展了粉煤灰高值化利用研究，形成了高铝粉煤灰提取氧化铝、制备莫来石耐火材料、石油压裂支撑剂等多条技术路线。这些工艺中均涉及到粉煤灰预脱硅过程，不可避免的产生了大量高碱性脱硅液，主要成分为硅酸钠和氢氧化钠，其高效利用成为粉煤灰高值化利用技术链条中亟待突破的一环。以脱硅液和氧化钙为原料，在高压水热条件下反应制备硅酸钙晶须不仅可以实现碱液的循环利用，而且能够得到高附加值的晶须产品，是脱硅液高效利用的有效途径。例如，CN 102409177 B公开了一种从硫铁矿尾矿中综合回收铝、硅、钛的方法，利用脱硅液和活性氧化钙在200-240℃制备了长径比大于等于20的硅酸钙晶须，同时实现碱液循环利用；CN 103708478A公开了一种雪硅钙石的制备方法，通过氢氧化钠碱液对粉煤灰中无定形的活性SiO2进行脱除，得到合适浓度的硅酸钠溶液作为硅质原料，进而与精制石灰乳进行水热合成，最终得到雪硅钙石产品；CN 103539137A公开了一种以粉煤灰为原料生产硬硅钙石的方法，该方法包含：以粉煤灰为原料，采用碱溶法制备精制脱硅液，与精制石灰乳溶液混合进行水热合成反应，得到硬硅钙石。然而，这些方法使用的脱硅液具有强碱性(氢氧化钠含量在约为100g/L左右)，如果直接进行高温水热反应，则对反应釜和管道设备的材质和防腐性能有较高要求，给操作过程安全性
带来很大的不便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对脱硅液直接水热反应制备硅酸钙晶须过程条件苛刻，设备复杂的问题，提供一种利用粉煤灰脱硅液制备硅酸钙晶须的方法，该方法能够避免因稀释脱硅液导致的液固比过小、生产效率降低和能耗提高的问题，大幅降低水热反应体系氢氧化钠的含量，从而降低了水热反应对反应釜和管道设备的材质和防腐性能的要求，并且通过调节水热反应体系氢氧化钠的浓度，能够得到不同晶型的硅酸钙晶须产品，具有成本低廉，工艺简单，条件温和，易于工业化生产等优点。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种利用粉煤灰脱硅液制备硅酸钙晶须的方法，包括以下步骤：(1)苛化反应：将生石灰或石灰乳与粉煤灰脱硅液进行苛化反应，并将反应后的浆液进行固液分离，所得固相为水化硅酸钙；(2)水热反应：将水化硅酸钙与水混合形成悬浊液后进行水热反应，并将反应后的产物固液分离，所得固相经洗涤、干燥后得到硅酸钙晶须。本专利技术采用两步法制备硅酸钙晶须，相对于先将脱硅液稀释，再与石灰乳或生石灰直接进行水热反应的方法，能够避免因稀释脱硅液导致的液固比过小、生产效率降低和能耗提高的问题，大幅降低水热反应体系氢氧化钠含量(≦10g/L)，进而降低水热反应对反应釜和管道设备的材质和防腐性能的要求。步骤(1)所述粉煤灰脱硅液的主要成分为氢氧化钠和硅酸钠，所述氢氧化钠的钠离子浓度为20-200g/L，如25g/L、30g/L、40g/L、50g/L、60g/L、70g/L、80g/L、90g/L、100g/L、120g/L、140g/L、150g/L、160g/L、170g/L、180g/L或190g/L等，所述硅酸钠的硅原子浓度为10-100g/L，如15g/L、20g/L、25g/L、
30g/L、40g/L、50g/L、60g/L、70g/L、80g/L、85g/L、90g/L或95g/L等。步骤(1)所述生石灰的粒度为80-400目，如90目、100目、120目、150目、180目、200目、230目、260目、280目、300目、320目、350目、380目或390目等，所述生石灰中氧化钙的质量百分含量为70％以上，如75％、80％、82％、85％、88％、90％、92％、95％或98％等；所述石灰乳由生石灰加水消化1-5h得到，如消化1.5h、2.0h、2.5h、3.0h、3.2h、3.5h、3.8h、4.0h、4.2h、4.5h或4.8h等。步骤(1)所述苛化反应的液固质量比为5-50:1，如7:1、10:1、15:1、20:1、25:1、28:1、30:1、32:1、35:1、38:1、40:1、42:1、45:1或48:1等；所述苛化反应的硅钙摩尔比为0.5-2:1，如0.7:1、0.9:1、1.0:1、1.2:1、1.4:1、1.5:1、1.7:1、1.8:1或1.9:1等；所述苛化反应的反应温度为40-100℃，如45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或95℃等；所述苛化反应的反应时间为0.5-5h，如0.8h、1.0h、1.2h、1.5h、1.8h、2.0h、2.3h、2.5h、2.8h、3.0h、3.2h、3.5h、3.8h、4.0h、4.2h、4.5h或4.8h等；所述苛化反应在搅拌下进行，优选的搅拌速度为50-500转/分，如60转/分、80转/分、100转/分、150转/分、200转/分、240转/分、300转/分、320转/分、350转/分、380转/分、400转/分、420转/分、450转/分或480转/分等。步骤(1)所述固液分离得到的液体为氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液可继续用于粉煤灰的脱硅，以达到物质的循环利用。步骤(2)所述悬浊液的液固比质量为10-50:1，如15:1、20:1、25:1、28:1、30:1、32:1、35:1、38:1、40:1、42:1、45:1或48:1等。步骤(2)所述悬浊液中氢氧化钠含量为0.1-10g/L，如0.5g/L、0.8g/L、1.0g/L、1.5g/L、2.0g/L、2.5g/L、3.0g/L、3.5g/L、4.0g/L、4.5g/L、5.0g/L、5.5g/L、6.0g/L、6.5g/L、7.0g/L、
8.0g/L、9.0g/L或9.5g/L等，所述氢氧化钠的含量已经远小于现有技术中水热反应时的氢氧化钠浓度，调节水热反应时氢氧化钠的浓度，能够得到包括硬硅钙石和变针硅钙石在内的不同晶型的硅酸钙晶须产品。步骤(2)所述水热反应的反应温度为180-260℃，如185、190、195、200、205、210、220、225、230、235、240、245、250或255等；所述水热反应的反应时间为2-10h，如2.5h、3.0h、3.5h、4.0h、4.5h、4.8h、5.0h、6.0h、6.5h、7.0h、7.5h、8.0h、8.5h、9.0h或9.5h等；所述水热反应在搅拌条件下进行，优选的搅拌速度为30-300转/分，如50转/分、60转/分、80转/分、100转/分、130转/分、150转/分、180转/分、200转/分、240转/分、260转/分或280转/分等。步骤(2)所述悬浊液中还加有添加剂，所述添加剂的添加量为所述悬浊液质量的0.5％-5％，如0.8％、1.0％、1.2％、1.5％、1.8％、2.0％、2.2％、2.5％、2.8％、3.0％、3.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用粉煤灰脱硅液制备硅酸钙晶须的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)苛化反应：将生石灰或石灰乳与粉煤灰脱硅液进行苛化反应，并将反应后的浆液进行固液分离，所得固相为水化硅酸钙；(2)水热反应：将水化硅酸钙与水混合形成悬浊液后进行水热反应，并将反应后的产物固液分离，所得固相经洗涤、干燥后得到硅酸钙晶须。

【技术特征摘要】
1.一种利用粉煤灰脱硅液制备硅酸钙晶须的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)苛化反应：将生石灰或石灰乳与粉煤灰脱硅液进行苛化反应，并将反应后的浆液进行固液分离，所得固相为水化硅酸钙；(2)水热反应：将水化硅酸钙与水混合形成悬浊液后进行水热反应，并将反应后的产物固液分离，所得固相经洗涤、干燥后得到硅酸钙晶须。2.根据权利要求1所述的制备硅酸钙晶须的方法，其特征在于，步骤(1)所述苛化反应的液固质量比为5-50:1，硅钙摩尔比为0.5-2:1。3.根据权利要求1或2所述的制备硅酸钙晶须的方法，其特征在于，步骤(1)所述苛化反应的反应温度为40-100℃，反应时间为0.5-5h；优选地，所述苛化反应在搅拌下进行，优选搅拌速度为50-500转/分。4.根据权利要求1-3之一所述的制备硅酸钙晶须的方法，其特征在于，步骤(1)所述粉煤灰脱硅液中的钠离子浓度为20-200g/L，硅原子浓度为10-100g/L；优选地，所述生石灰的粒度为80-400目，所述生石灰中氧化钙的质量百分含量为70％以上；优选地，所述石灰乳由生石灰加水消化1-5h得到。5.根据权利要求1-4之...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴瑞，李会泉，朱干宇，李少鹏，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11