一种脱硅粉煤灰及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种脱硅粉煤灰及其制备方法和应用。该脱硅粉煤灰的制备方法，包括以下步骤：1)将高铝粉煤灰与第一碱液混合后进行一次常压脱硅，经液固分离后得到一次脱硅液和一次滤饼；2)采用酸液浆洗一次滤饼，浆洗产物经液固分离后得到酸洗滤饼和酸洗滤液；3)将酸洗滤饼与第二碱液混合后进行二次常压脱硅，经液固分离后得到二次脱硅液和脱硅粉煤灰。上述脱硅粉煤灰的制备方法，以高铝粉煤灰为原料，通过采用两段常压脱硅与酸洗相结合的温和湿法方式进行脱硅，降低了反应压力，减少了设备投资成本，提高了脱硅效率及脱硅粉煤灰的铝硅比，有利于后续提取氧化铝。

Silica fume fly ash and preparation method and application thereof

The invention provides a silica fume fly ash, a preparation method and an application thereof. The preparation method of desiliconized fly ash, which comprises the following steps: 1) the high alumina fly ash mixed with lye first after a normal pressure desilication, a desilication solution and a filter cake obtained by liquid-solid separation; 2) using acid starch a cake, starch products by liquid solid after separation of the filter cake and pickling pickling liquid; 3) the pickling cake mixed with second lye after two times of normal pressure desilication, by liquid-solid separation is obtained after two times liquid desilication and desiliconized fly ash. The desiliconized fly ash prepared with high alumina fly ash as raw material, mild wet way through using two normal pressure desilication and pickling combination of desilication, reduce the reaction pressure, reduce equipment investment cost, improve the efficiency of desilication desiliconized fly ash and aluminum silicon ratio is favorable for subsequent extraction alumina.

【技术实现步骤摘要】
一种脱硅粉煤灰及其制备方法和应用
本专利技术涉及高铝粉煤灰的高技术资源化利用，特别涉及一种脱硅粉煤灰及其制备方法和应用。
技术介绍
“十二五”大宗固体废物综合利用实施方案中的数据显示，2015年我国粉煤灰产量达到6.2亿吨，居世界首位，粉煤灰堆存存在占用土地、污染空气、污染水源等问题，加上随着我国铝土矿日益贫瘠，对外依存度达到50％以上。随着印度尼西亚等国收紧矿产出口政策，我国铝业原料供应形势更加严峻。因此研发粉煤灰铝硅资源高效共提的新技术，不但是粉煤灰高值化利用、发展循环经济的必要举措，更具有促进我国氧化铝工业可持续发展的重要现实意义。在内蒙古中西部地区存在一种高铝粉煤灰，其氧化铝平均含量高达48％以上，是目前已知氧化铝含量最高的粉煤灰。在当今铝土矿资源极为短缺的背景下，针对高铝粉煤灰资源的开发利用科技攻关和产业化探索的过程中，已形成多种工艺技术路线，如预脱硅-碱石灰石烧结法、一步酸溶法、硫酸铵烧结法和石灰石烧结-拜耳法等，上述各种工艺路线，均是对高铝粉煤灰中的硅进行提取以提高脱硅粉煤灰的铝硅比(氧化铝与二氧化硅的质量比)，从而有利于后续高效提铝。比如中国科学院过程工程研究所的孙振华等人分析研究了高铝粉煤灰预脱硅碱溶提铝过程中的物相转变规律，结果表明，硅铝比为1.14的高铝粉煤灰经预脱硅后，得到的脱硅粉煤灰的铝硅比可达到2.02。天津大学的朱国瑞等人进行了高铝粉煤灰预脱硅浆液过滤分离工艺优化实验研究，通过添加表面活性剂，改善预脱硅后产生的脱硅粉煤灰浆液的过滤效果，使硅铝比为1.37的高铝粉煤灰经预脱硅后得到的脱硅粉煤灰的铝硅比提高到2.07。专利CN201110117710.9和CN200710065366.7中，将高铝粉煤灰与氢氧化钠溶液混合后加热，导入高压反应容器中进行脱硅反应，虽然能够脱除高铝粉煤灰中部分二氧化硅，但是采用此种高压脱硅方式，需要专门的高压反应设备，不仅操作危险系数较大，而且提高了设备成本和生产成本。由此可见，对高铝粉煤灰进行预脱硅处理，是目前氧化铝生产过程中的重要工序，其目的是脱除高铝粉煤灰原料中的二氧化硅，获得铝硅比较高的脱硅粉煤灰。但是现有的预脱硅技术，通过采用高压条件下碱液脱硅的方式，不但存在压力高、能耗高，设备要求高等缺点，而且仅能将脱硅粉煤灰的铝硅比提高至2.0左右，脱硅效率较低，造成了后续氧化铝生产的循环量大、渣量大、石灰消耗高等问题。因此，如何提供一种利用高铝粉煤灰温和条件下制备脱硅粉煤灰的新方法，采用常规大众化设备，使制备得到的脱硅粉煤灰具有较高的铝硅比，以利于后续提取氧化铝，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的上述缺陷，本专利技术提供一种脱硅粉煤灰及其制备方法和应用，以高铝粉煤灰为原料，通过采用两段常压脱硅与酸洗相结合的方式进行脱硅，提高了脱硅效率及脱硅粉煤灰的铝硅比，有利于后续提取氧化铝。本专利技术提供一种脱硅粉煤灰的制备方法，包括以下步骤：1)将高铝粉煤灰与第一碱液混合后进行一次常压脱硅，经液固分离后得到一次脱硅液和一次滤饼；2)采用酸液浆洗一次滤饼，浆洗产物经液固分离后得到酸洗滤饼和酸洗滤液；3)将酸洗滤饼与第二碱液混合后进行二次常压脱硅，经液固分离后得到二次脱硅液和脱硅粉煤灰。高铝粉煤灰中含有大量的二氧化硅和氧化铝，一般情况下，高铝粉煤灰的铝硅比是1-1.5。上述步骤1)，实际上是第一碱液(比如氢氧化钠)与高铝粉煤灰颗粒表面的非晶态二氧化硅发生反应，生成硅酸钠及钠铝硅酸盐的过程，从而使一次滤饼中铝硅比增大到2.0左右。专利技术人研究发现，改变一次常压脱硅的反应条件，比如延长一次常压脱硅的反应时间或改变反应温度等，一次滤饼中的铝硅比增幅不大，即第一碱液不再继续与二氧化硅发生反应。分析其原因，可能是在高铝粉煤灰与第一碱液进行一次常压脱硅的反应过程中，还会伴随发生副反应，生成大量细小的方钠石细小颗粒，这些细小颗粒会附着在高铝粉煤灰颗粒表面，形成包裹，从而降低了二氧化硅的反应活性，阻碍了一次常压脱硅反应的进一步发生，从而造成了高铝粉煤灰脱硅效率低、产物铝硅比不高的问题。因此，专利技术人在对高铝粉煤灰实施了一次常压脱硅后，对得到的一次滤饼进一步实施了酸洗，即步骤2)中采用酸液对一次滤饼进行浆洗，从而提高了二氧化硅的反应活性，有利于实施步骤3)的二次常压脱硅，提高脱硅效率，增大铝硅比。本专利技术首先对高铝粉煤灰实施了一次常压脱硅工艺，将高铝粉煤灰中的二氧化硅以可溶性硅酸盐的形式溶出。在本专利技术一具体实施方式中，步骤1)中使用的第一碱液是浓度为5-15wt％的氢氧化钠溶液，第一碱液与高铝粉煤灰的质量比为(2-5)：1，一次常压脱硅的具体反应条件为：温度70-95℃，时间0.5-2h，压力为常压，即101325Pa。反应产物经固液分离后得到主要成分为硅酸钠的一次脱硅液和铝硅比约为2.0的一次滤饼。本专利技术对于上述液固分离的具体工艺不做特别限定，可采用本领域常规的液固分离工艺，比如可以选择真空抽滤或过滤分离的方式。本专利技术对于上述脱硅工艺中所使用的反应设备不做特别限定，采用本领域常规的常压反应设备即可。步骤1)中得到的液态产物一次脱硅液中含有大量的硅，在本专利技术具体实施过程中，可以以上述一次脱硅液作为硅源，利用一次脱硅液继续制备活性硅酸钙或沸石，以充分资源化利用一次脱硅液。本专利技术对如何利用一次脱硅液制备活性硅酸钙或沸石的具体工艺不做特别限定，比如可采用中国专利ZL201110117710.9中记载的方法，在一次脱硅液中加入石灰乳，得到硅酸钙滤饼，然后将硅酸钙滤饼洗涤后加入清水得到硅酸钙浆液，随后在硅酸钙浆液中加入石灰乳进行脱碱反应，得到的硅酸钙经洗涤后加入到稀硫酸溶液中浸泡并将pH值降低至10以下，最后经洗涤、除渣、过滤和烘干，得到活性硅酸钙。如上所述，步骤2)中酸洗的目的在于提高二氧化硅的反应活性。在本专利技术具体实施过程中，步骤2)中使用的酸液浓度为5-15wt％，酸液与高铝粉煤灰的质量比为(3-6)：1，酸液浆洗温度为50-95℃，时间为0.5-3h。本专利技术对于酸液不做特别限定，比如可以是盐酸、硫酸、磷酸、硝酸和硼酸中的一种或两种以上。步骤2)中得到的酸洗滤液中仍含有部分未完全反应的酸，在本专利技术具体实施过程中，还包括将酸洗滤液补酸后循环使用，以降低生产成本。比如可以在酸洗滤液中补充盐酸、硫酸、磷酸、硝酸或硼酸等，使其达到步骤2)中酸液的要求浓度，然后继续浆洗一次滤饼。可以理解，上述补酸过程重复3-4次后需进行析晶，晶体过滤后继续补酸并返回浆洗。本专利技术对于步骤3)中的二次常压脱硅工艺不做特别限定，可采用与步骤1)中一次脱硅相同或不同的工艺。在本专利技术的具体实施过程中，步骤3)中，第二碱液为氢氧化钠溶液，其浓度为3-13wt％，第二碱液与高铝粉煤灰的质量比为(2-5)：1，二次脱硅的反应条件为：温度70-95℃，时间0.5-2h，压力为常压，即101325Pa。步骤3)中得到的二次脱硅液中仍含有部分未完全反应的碱，在本专利技术具体实施过程中，还包括将二次脱硅液补碱后循环使用。比如可在二次脱硅液中补充氢氧化钠，使其达到步骤3)中第二碱液的要求浓度，然后循环使用。可以理解，随着二次脱硅液的循环使用，其中碱的浓度越来越低而硅的浓度越来越高，所以一般二次脱硅液循环使用3-4次后，可以将其并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脱硅粉煤灰的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将高铝粉煤灰与第一碱液混合后进行一次常压脱硅，经液固分离后得到一次脱硅液和一次滤饼；2)采用酸液浆洗一次滤饼，浆洗产物经液固分离后得到酸洗滤饼和酸洗滤液；3)将酸洗滤饼与第二碱液混合后进行二次常压脱硅，经液固分离后得到二次脱硅液和脱硅粉煤灰。

【技术特征摘要】
1.一种脱硅粉煤灰的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将高铝粉煤灰与第一碱液混合后进行一次常压脱硅，经液固分离后得到一次脱硅液和一次滤饼；2)采用酸液浆洗一次滤饼，浆洗产物经液固分离后得到酸洗滤饼和酸洗滤液；3)将酸洗滤饼与第二碱液混合后进行二次常压脱硅，经液固分离后得到二次脱硅液和脱硅粉煤灰。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述第一碱液是浓度为5-15wt％的氢氧化钠溶液，所述第一碱液与高铝粉煤灰的质量比为(2-5)：1，一次脱硅的反应条件为：温度70-95℃，时间0.5-2h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述酸液浓度为5-15wt％，酸液与高铝粉煤灰的质量比为(3-6)：1，所述浆洗温度为50-95℃，时间为0.5-3h。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：公彦兵，孙俊民，高志军，洪景南，许学斌，王娜，李运改，
申请(专利权)人：大唐国际发电股份有限公司高铝煤炭资源开发利用研发中心，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15