一种脱硅粉煤灰的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的制备方法和应用，制备方法包括如下步骤：1)对高铝煤矸石进行球磨处理，得到高铝煤矸石粉末；2)对所述煤矸石粉末进行煅烧处理，得到高铝粉煤灰；3)将所述高铝粉煤灰与酸处理剂溶液混合进行酸处理，过滤、洗涤滤饼，得到酸处理粉煤灰；4)将所述酸处理粉煤灰与氢氧化钠溶液混合进行预脱硅处理，过滤，洗涤滤饼，得到脱硅粉煤灰；其中，所述脱硅粉煤灰的铝硅比为3.2‑3.8。制备方法能够以煤矸石为原料制备得到铝硅比为3.2‑3.8的脱硅粉煤灰，并且制备工艺简单易操作，制备成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种脱硅粉煤灰的制备方法和应用
本专利技术涉及一种脱硅粉煤灰的制备方法和应用，属于高铝煤矸石资源化利用领域。
技术介绍
煤矸石是在煤形成过程中与煤层伴生的一种含碳量较低，比煤坚硬的黑灰色岩石，其赋存夹杂在煤层中，在煤炭开采过程中作为一种固体废弃物排出。多年累积堆存的煤矸石占用大量土地，影响当地生态环境，如不加以利用对环境将造成长期的巨大损害。随着我国铝土矿资源的日益短缺，利用粉煤灰、煤矸石等工业固体废弃物提取氧化铝越来越受到人们的重视。由于特殊的地质背景，鄂尔多斯盆地晚古生代煤层及夹矸中富含一水软铝石和高岭石等矿物，燃烧后所产生的粉煤灰中氧化铝含量高达50％左右，与中等品位铝土矿中氧化铝含量相当，是一种非常宝贵的氧化铝生产原料。据统计，内蒙古中西部地区高铝煤矸石的潜在储量高达180亿吨。因此综合开发利用这些高铝煤矸石资源中的铝硅元素，不仅可以保障我国铝工业的战略安全，还有利于当地的环境保护和发展具有重要战略意义的循环经济产业。近几年来，我国各大院校和科研单位积极开展了高铝煤矸石资源化利用工艺的研究，主要是利用其高铝高硅的资源禀赋，用于提取氧化铝是其应用的重要方向，但是由于高铝煤矸石初始铝硅比较低，无法直接用于氧化铝生产，因此必须先进行预脱硅处理才能加以利用。现有的预脱硅处理技术，基本上均采用中压条件下直接加入碱液和高铝粉煤灰混合进行预脱硅，目前脱硅后粉煤灰铝硅比只能达到2.0左右，脱硅效率不高，对后续生产工艺技术指标影响较大，且存在一次投资高、能耗高等问题。因此，如何提高脱硅粉煤灰的铝硅比成为目前高铝煤矸石资源化利用中急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种脱硅粉煤灰的制备方法和应用，该制备方法能够以煤矸石为原料制备得到铝硅比为3.2-3.8的脱硅粉煤灰，并且制备工艺简单易操作，制备成本低。本专利技术提供一种脱硅粉煤灰的制备方法，包括如下步骤：1)对高铝煤矸石进行球磨处理，得到高铝煤矸石粉末；2)对所述煤矸石粉末进行煅烧处理，得到高铝粉煤灰；3)将所述高铝粉煤灰与酸处理剂溶液混合进行酸处理，过滤、洗涤滤饼，得到酸处理粉煤灰；4)将所述酸处理粉煤灰与氢氧化钠溶液混合进行预脱硅处理，过滤，洗涤滤饼，得到脱硅粉煤灰；其中，所述脱硅粉煤灰的铝硅比为3.2-3.8。本专利技术提供的制备方法以高铝煤矸石为原料，其中，高铝煤矸石是指氧化铝的质量含量大于40％的煤矸石。高铝煤矸石中主要含有大量高岭土和一水软铝石矿，通过中温煅烧工艺能够将高岭土及一水软铝石转化为莫来石和刚玉相以及部分玻璃相，其中，玻璃相含有大量非晶态二氧化硅和少量非晶体氧化铝。在常规的预脱硅反应过程中，高铝粉煤灰中的结晶态的莫来石和刚玉相不与碱液发生反应，而高铝粉煤灰中的玻璃相中的非晶态二氧化硅和氧化铝同时被碱液浸出后会立即形成方钠石型铝酸酸盐，从而导致碱液脱除的液相硅重新进入固相，因此常规高铝粉煤灰预脱硅后的脱硅粉煤灰的铝硅比只能达到2.0-2.4左右。本专利技术的专利技术人研究发现，通过稀酸液可以在常压条件下浸出玻璃相中的氧化铝，而非晶态二氧化硅又不与稀酸液发生反应，因此酸处理能够使玻璃相中的非晶态二氧化硅和氧化铝与莫来石和刚玉相分离，从而在脱硅粉煤灰中不会形成方钠石相，最终使脱硅粉煤灰的铝硅比由现有的2.0-2.4提高了到了3.2-3.8之间。因此，本专利技术能够以高铝煤矸石为原料最终制备得到铝硅比为3.2-3.8的脱硅粉煤灰。以下，对本专利技术的制备方法进行详细的解释和介绍。步骤1)中对原料高铝煤矸石进行球磨处理的目的是对高铝煤矸石进行机械活化，从而提高高铝煤矸石的比表面积。在具体实施步骤1)时，可以采用球磨机对高铝煤矸石进行球磨处理，优选的，可以将高铝煤矸石球磨至粒径为5-25μm的高铝煤矸石粉末。步骤2)中的煅烧处理的目的是将高铝煤矸石转化为高铝粉煤灰，在煅烧时，可以将步骤1)得到的高铝煤矸石粉末置于马弗炉或沸腾炉中进行煅烧处理。其中，控制煅烧处理的温度为950-1030℃，控制煅烧处理的时间为0.5-2h。当煅烧处理结束后，将生成的高铝粉煤灰从马弗炉或沸腾炉中取出，冷却至室温后再进行步骤3)的处理。步骤3)的酸处理是本专利技术中较为关键的处理步骤。具体地，酸处理是采用酸处理剂溶液与步骤2)中的高铝粉煤灰进行混合发生反应，使高铝粉煤灰中的氧化铝浸出并且阻止高铝粉煤灰中的非晶态二氧化硅溶解，以杜绝高铝粉煤灰在预脱硅时生成方钠石型铝酸酸盐，从而提高脱硅粉煤灰的铝硅比。其中，酸处理剂溶液是酸处理剂的水溶液，并且酸处理剂在酸处理剂溶液中的质量浓度为3-18％；酸处理剂可以选用常见的酸液，例如硫酸、盐酸、磷酸以及硝酸，并且本专利技术并不限制酸处理剂种类的数量，可以是上述酸液中的任一种的水溶液，也可以是上述酸液中的两种或两种以上混合酸液的水溶液，例如，酸处理剂可以是盐酸、硫酸、磷酸、硝酸中的任一种，也可以是盐酸和硫酸的混合物，也可以是盐酸、磷酸、硝酸的混合物。并且当酸处理剂为多种酸液的混合物时，本专利技术并不限制每种酸液间的比例。另外，当将高铝粉煤灰与酸处理剂溶液混合后需要加热升温，也就是说，酸处理是在一定的温度下进行的。经过专利技术人的研究，当将酸处理的温度控制在60-95℃之间，并且将酸处理的时间控制在0.5-3h之间，能够最大发挥酸处理的效果。当酸处理结束后，需要对酸处理的反应体系进行过滤，并且利用水对滤饼进行洗涤，一般的，控制洗涤用水与滤饼的质量比为(1.2-1.8):1，滤饼即为酸处理粉煤灰。其中，洗涤用水为90℃，且洗涤用水可以为蒸馏水或者自来水，为了降低成本可以直接采用90℃的自来水对滤饼进行洗涤。并且洗涤后的滤液在补酸处理剂后能够作为酸处理剂溶液循环利用，降低制备成本。步骤4)是对酸处理粉煤灰进行预脱硅处理。与常规预脱硅处理相同，本专利技术将酸处理粉煤灰与氢氧化钠水溶液混合，从而得到脱硅粉煤灰。其中，氢氧化钠溶液的质量浓度为5-25％，氢氧化钠溶液与酸处理粉煤灰的质量比为(2.5-6.0):1，也就是说，每处理1kg的酸处理粉煤灰，需要(2.5-6.0)kg的氢氧化钠溶液。另外，当将酸处理粉煤灰与氢氧化钠溶液混合后需要加热升温，也就是说，预脱硅处理是在一定的温度下进行的。在本专利技术中，预脱硅处理的温度为60-135℃，预脱硅处理的时间为0.5-6h。当预脱硅处理结束后，需要对预脱硅处理的反应体系进行过滤，并且利用水对滤饼进行洗涤，一般的，控制洗涤用水与滤饼的质量比为(0.9-1.1):1，滤饼即为脱硅粉煤灰。其中，洗涤用水为90℃，且洗涤用水可以为蒸馏水或者自来水，为了降低成本可以直接采用90℃的自来水对滤饼进行洗涤。并且洗涤后的滤液还可以回收利用，滤液一方面可以用于制备活性硅酸钙或者制备4A沸石分子筛，另一方面在苛化处理后可以浓缩得到氢氧化钠溶液再次用于酸处理粉煤灰的预脱硅处理中。本专利技术还提供一种上述任一所述的脱硅粉煤灰的制备方法在提取氧化铝中的应用。如上所述的提取氧化铝中的应用，其中，可以将本专利技术的脱硅粉煤灰作为烧结法提取氧化铝的原料，也可以将本专利技术的脱硅粉煤灰作为拜耳法提取氧化铝的原料。本专利技术的脱硅粉煤灰的制备方法，以高铝煤矸石为原料，先将高铝煤矸石机械活化得到高铝煤矸石粉末，再将高铝煤矸石粉末进行中温煅烧得到高铝粉煤灰，然后对高铝粉煤灰进行酸处理，最后采用用常规本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脱硅粉煤灰的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对高铝煤矸石进行球磨处理，得到高铝煤矸石粉末；2)对所述煤矸石粉末进行煅烧处理，得到高铝粉煤灰；3)将所述高铝粉煤灰与酸处理剂溶液混合进行酸处理，过滤、洗涤滤饼，得到酸处理粉煤灰；4)将所述酸处理粉煤灰与氢氧化钠溶液混合进行预脱硅处理，过滤，洗涤滤饼，得到脱硅粉煤灰；其中，所述脱硅粉煤灰的铝硅比为3.2‑3.8。

【技术特征摘要】
1.一种脱硅粉煤灰的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对高铝煤矸石进行球磨处理，得到高铝煤矸石粉末；2)对所述煤矸石粉末进行煅烧处理，得到高铝粉煤灰；3)将所述高铝粉煤灰与酸处理剂溶液混合进行酸处理，过滤、洗涤滤饼，得到酸处理粉煤灰；4)将所述酸处理粉煤灰与氢氧化钠溶液混合进行预脱硅处理，过滤，洗涤滤饼，得到脱硅粉煤灰；其中，所述脱硅粉煤灰的铝硅比为3.2-3.8。2.根据权利要求1所述的脱硅粉煤灰的制备方法，其特征在于，所述高铝煤矸石的粒径为5-25μm。3.根据权利要求1所述的脱硅粉煤灰的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的温度为950-1030℃，所述煅烧处理的时间为0.5-2h。4.根据权利要求1所述的脱硅粉煤灰的制备方法，其特征在于，所述酸处理剂溶液为酸处理剂的水溶液，所述酸处理剂选自硫酸、盐酸、硝酸和磷酸中的一种或多种；所述酸处理剂溶液中，所述酸处理剂的质量浓度为3-18％；所述酸处理剂溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪景南，孙俊民，高志军，朱应宝，胡剑，陈雄兵，许学斌，王勇，
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