粉煤灰中氧化铝的富集方法及固体白炭黑的制备方法技术

一种粉煤灰中氧化铝的富集方法及固体白炭黑的制备方法，其中富集方法包括以下步骤：将粉煤灰与含氟添加剂充分混合，制备成生料；将生料焙烧，得到高铝硅比的熟料、气态含硅副产物和尾气，收集气态含硅副产物和尾气，即完成粉煤灰中氧化铝的富集。因此本公开将粉煤灰与含氟添加剂按一定比例充分混合后进行焙烧，以含氟添加剂作为活化介质，不仅能够与无定形二氧化硅反应，还可以破坏莫来石中的Al‑O‑Si键，因此能够同时脱去莫来石中的硅，本公开的粉煤灰中氧化铝的富集方法富集程度高，脱硅率高，完成后铝硅比可大幅提高至8以上，因此经此方法富集后的粉煤灰可作为高品位铝土矿原料使用。

Enrichment of alumina in fly ash and preparation of solid silica

A method for enriching alumina in fly ash and preparation of solid silica includes the following steps: mixing fly ash with fluorine-containing additives to prepare raw meal; roasting raw meal to obtain clinker with high Al/Si ratio, gaseous silicon-containing by-products and tail gas, collecting gaseous silicon-containing by-products and tail gas, i.e., completing the enrichment of alumina in fly ash. Therefore, in this disclosure, fly ash and fluorine-containing additives are fully mixed and roasted in a certain proportion, and fluorine-containing additives are used as activating media, which can not only react with amorphous silica, but also destroy the Al_O_Si bond in mullite, so that silicon in mullite can be removed simultaneously. The enrichment method of alumina in fly ash in this disclosure has high enrichment degree and high desilication rate. After completion, the Al/Si ratio can be greatly increased to more than 8, so the fly ash enriched by this method can be used as raw material for high-grade bauxite.

【技术实现步骤摘要】
粉煤灰中氧化铝的富集方法及固体白炭黑的制备方法
本专利技术属于粉煤灰资源化利用领域，更具体地涉及一种粉煤灰中氧化铝的富集方法及固体白炭黑的制备方法。
技术介绍
粉煤灰是一种燃煤固体废弃物，目前已成为我国工业固废物的最大单一污染源，大量粉煤灰的排放和堆存对环境和人体危害严重，资源化的利用粉煤灰意义巨大。不同产地的粉煤灰，元素含量差异大；如在我国的内蒙古中西部和山西北部等煤电区域发现了一种主要由莫来石、刚玉和无定形二氧化硅组成的、Al2O3含量可高达50％的高铝粉煤灰，其Al2O3含量相当于中等品位的铝土矿中的氧化铝含量。然而，高铝粉煤灰矿相成分中二氧化硅含量也达到40％，即铝硅比低，无法作为拜耳法提取氧化铝的原料。因此，为解决高铝粉煤灰高值化利用的难题，高铝粉煤灰应用前通常预先脱除其中的二氧化硅来提高粉煤灰铝硅比，得到的高铝硅比产物可作为替代铝土矿的提铝原料。近几年，相关研究人员针对高铝粉煤灰常压碱液预脱硅过程进行了大量的研究工作，研究结果显示高铝粉煤灰主要由莫来石、刚玉和无定形二氧化硅组成，在常压碱液预脱硅过程中，碱溶液仅与无定形二氧化硅反应，莫来石、刚玉不参与反应，因此结构稳定的莫来石中的硅组分不能得到去除，其主要原因是莫来石中的Al-O-Si键稳定，活化能高，常规碱溶脱硅不能够破坏Al-O-Si键，因此，此方法脱硅率有限，高铝粉煤灰铝硅比提高幅度小，脱硅后粉煤灰的铝硅比最高仅为2.5，缩小了其应用范围。为了提高粉煤灰高附加值资源化效率，迫切需要研发出一种能够高效有效去除高铝粉煤灰中二氧化硅的方法。
技术实现思路
基于以上问题，本公开的主要目的在于提出一种粉煤灰中氧化铝的富集方法及固体白炭黑的制备方法，用于解决以上技术问题的至少之一。为了实现上述目的，作为本公开的一个方面，本公开提出一种粉煤灰中氧化铝的富集方法，包括以下步骤：步骤1、将粉煤灰与含氟添加剂按一定比例充分混合，制备成生料；步骤2、将生料焙烧，得到高铝硅比的熟料、气态含硅副产物和尾气，收集气态含硅副产物和尾气，完成粉煤灰中氧化铝的富集。在本公开的一些实施例中，上述步骤1中，粉煤灰与含氟添加剂的混合比例满足条件：粉煤灰中二氧化硅与含氟添加剂的摩尔比为1∶3～1∶8，优选为1∶4～1∶6.5。在本公开的一些实施例中，上述步骤1中，所用的含氟添加剂包括氟化铵、氟化氢铵、四氟化氙、四氟化碲的任意组合。在本公开的一些实施例中，上述步骤2中，焙烧温度为500℃～900℃；优选为650℃～800℃；焙烧时间为20min～120min，优选为30min～90min。为了实现上述目的，作为本公开的另一个方面，本公开提出一种固体白炭黑的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将粉煤灰与含氟添加剂按一定比例充分混合，制备成生料；步骤2、将生料焙烧，得到高铝硅比的熟料、气态含硅副产物和尾气；步骤3、气态含硅副产物冷凝得到固态含硅副产物，尾气被水吸收得到吸收液；步骤4、将固态含硅副产物溶解于尾气吸收液中，水解生成固体白炭黑和含氟溶液，完成固体白炭黑的制备。在本公开的一些实施例中，上述步骤3中，吸收液的pH值为7.5～9.5，优选为8～9。在本公开的一些实施例中，上述步骤4中，固态含硅副产物溶解后的质量百分浓度为10％～40％；优选为15％～35％。在本公开的一些实施例中，上述步骤4中，水解反应的温度为20℃～50℃；优选为25℃～45℃；水解反应的时间为30min～120min；优选为45min～90min。在本公开的一些实施例中，上述步骤4中，水解反应时的搅拌速度为200r/min～600r/min；优选为250r/min～500r/min。为了实现上述目的，作为本公开的又一个方面，本公开提出一种粉煤灰中氧化铝富集方法中含氟添加剂的循环利用方法，包括以下步骤：步骤1、将粉煤灰与含氟添加剂按一定比例充分混合，制备成生料；步骤2、将生料焙烧，得到高铝硅比的熟料、气态含硅副产物和尾气；步骤3、气态含硅副产物冷凝得到固态含硅副产物，尾气被水吸收得到吸收液；步骤4、将固态含硅副产物溶解于尾气吸收液中，水解生成固体白炭黑和含氟溶液；步骤5、含氟溶液经结晶析出固体添加剂，作为步骤1中的含氟添加剂实现循环利用。本公开提出的粉煤灰中氧化铝的富集方法及固体白炭黑的制备方法，与现有技术方案相比，具有以下有益效果：1、本公开将粉煤灰与含氟添加剂按一定比例充分混合后进行焙烧，以含氟添加剂作为活化介质，不仅能够与无定形二氧化硅反应，还可以破坏莫来石中的Al-O-Si键，因此能够同时脱去莫来石中的硅，本公开的粉煤灰中氧化铝的富集方法富集程度高，脱硅率高，完成后铝硅比可大幅提高至9以上，因此经此方法富集后的粉煤灰可作为高品位铝土矿原料使用；2、基于粉煤灰中氧化铝的富集方法，得到的气态含硅副产物可制备成高附加值的白炭黑产品，从而提高高铝粉煤灰的利用率；3、基于粉煤灰中氧化铝的富集方法，可通过将富集方法得到的尾气水解及结晶，从而再次析出固体添加剂，可再次作为所述含氟添加剂使用，因此，所使用的含氟添加剂可循环使用，成本低。附图说明图1是本专利技术一实施例提出的高铝粉煤灰中氧化铝的富集方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本公开提出一种粉煤灰中氧化铝的富集方法，包括以下步骤：步骤1、将粉煤灰与含氟添加剂按一定比例充分混合，制备成生料；步骤2、将生料焙烧，得到高铝硅比的熟料、气态含硅副产物和尾气，收集气态含硅副产物和尾气，完成粉煤灰中氧化铝的富集。在本公开的一些实施例中，步骤1中所用粉煤灰与含氟添加剂混合比例按照粉煤灰中的二氧化硅与含氟添加剂的摩尔比为1∶3～1∶8来混合，如1∶3、1∶4、1∶4.5、1∶4.7、1∶5.0、1∶5.3、1∶5.5、1∶5.8、1∶6.1、1∶6.5、1∶7或1∶8等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1∶4～1∶6.5。在本公开的一些实施例中，步骤2中所述焙烧的温度为500℃～900℃，如500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃或900℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为650℃～800℃。在本公开的一些实施例中，步骤2中所述焙烧的时间为20min～120min，如20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为30min～90min。在本公开的一些实施例中，步骤1中所用的含氟添加剂包括氟化铵、氟化氢铵、四氟化氙、四氟化碲的任意组合。本公开所采用的粉煤灰在焙烧条件下与含氟添加剂反应，得到高铝硅比的铝精矿、气态含硅副产物和尾气，设定含氟添加剂为氟化铵或氟化氢铵，主要反应如下：12NH4F+3Al2O3·2SiO2＝2(NH4)2SiF6+8NH3+4H2O+3Al2O3；6NH4HF2+3Al2O3·2SiO2＝2(NH4)2SiF6+2NH3+4H2O+3Al2O3。基于上述的粉煤灰的富集方法，本公开还提出一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉煤灰中氧化铝的富集方法，包括以下步骤：步骤1、将粉煤灰与含氟添加剂充分混合，制备成生料；步骤2、将所述生料焙烧，得到高铝硅比的熟料、气态含硅副产物和尾气，收集所述气态含硅副产物和尾气，即完成所述粉煤灰中氧化铝的富集。

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰中氧化铝的富集方法，包括以下步骤：步骤1、将粉煤灰与含氟添加剂充分混合，制备成生料；步骤2、将所述生料焙烧，得到高铝硅比的熟料、气态含硅副产物和尾气，收集所述气态含硅副产物和尾气，即完成所述粉煤灰中氧化铝的富集。2.如权利要求1所述的富集方法，其中，步骤1中，所述粉煤灰与含氟添加剂的混合比例满足条件：粉煤灰中二氧化硅与含氟添加剂的摩尔比为1∶3～1∶8，优选为1∶4～1∶6.5。3.如权利要求1所述的富集方法，其中，步骤1中，所用的含氟添加剂包括氟化铵、氟化氢铵、四氟化氙、四氟化碲的任意组合。4.如权利要求1所述的富集方法，其中，步骤2中，所述焙烧温度为500℃～900℃，优选为650℃～800℃；所述焙烧时间为20～120min，优选为30～90min。5.一种固体白炭黑的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将粉煤灰与含氟添加剂按一定比例充分混合，制备成生料；步骤2、将所述生料焙烧，得到高铝硅比的熟料、气态含硅副产物和尾气；步骤3、将所述气态含硅副产物冷凝得到固态含硅副产物，所述尾气被水吸收得到尾气吸收液；步骤4、将所述固态含硅副产物溶解于所述尾气吸收液中，水解生成固体白炭黑和含氟溶液，完成所述固体白炭...

【专利技术属性】
技术研发人员：马淑花，刘春力，王晓辉，郑诗礼，张懿，
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