利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的方法及应用技术

利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的方法及应用，它属于工业固废处理技术领域。本发明专利技术要解决现有难以实现煤气化细灰的高值化利用，同时解决传统碱熔法温度过高，残碳存在燃烧损失的问题。方法：一、预处理；二、碱熔；三、水浸处理；应用：利用低模数硅酸钠溶液制备水玻璃或白炭黑，利用残碳制备活性炭。本发明专利技术用于利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的方法及应用。收残碳及硅酸钠的方法及应用。收残碳及硅酸钠的方法及应用。

【技术实现步骤摘要】
利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的方法及应用


[0001]本专利技术属于工业固废处理


技术介绍

[0002]煤气化技术通过将煤进行不完全氧化来制备合成气(CH4、CO等)，近年来为煤炭资源清洁利用和煤化工做出了重要贡献。伴随着煤气化技术的广泛应用，煤气化细灰的产量也在迅速增加(约3000万吨/年)。然而，由于现有处理方式经济效益不高，导致目前煤气化细灰的处理方式依旧以堆存和掩埋为主，无法实现资源化利用，这造成了煤炭资源的浪费和严重的环境污染问题。
[0003]对于煤气化细灰的处理中，现有专利多采用浮选、重选等物理方法实现碳灰分离。专利《一种煤气化细渣的浮选工艺》(专利号为：201610261413.4、申请公布日：2017年10 月31日、申请公布号：CN107303539A)利用不同组成矿物表面的疏水性差异，分别使用500g/t 过硫酸钾、100g/t七水硫酸亚铁、5000g/t柴油、5000g/t仲辛醇实现煤气化细灰中碳资源的回收，但其使用浮选剂用量过大，存在运行成本较高和浮选回水有机污染物含量超标的问题。专利《利用煤气化细渣制备吸附材料的方法及制得的吸附材料》(专利号为： 201710154400.1、授权公布日：2019年10月11日、授权公布号：CN 107855103 B)通过重力旋流分离得富碳产品，并利用水热活化制备吸附产品提高价值，但由于煤气化细灰粒径较小，碳颗粒与灰分颗粒之间密度差异较小，存在分离效率低的问题。HF处理作为目前脱灰效率最高的方法，最终灰分含量可低于5％。但HF酸具有强腐蚀性以及高毒性，不但过程具有一定危险性，而且脱灰废液难以处理容易造成二次污染，现仅在实验室中使用无法实现大规模应用。
[0004]煤气化细灰中SiO2的含量高，碱熔法能实现高效回收硅。专利《一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的方法》(专利号为：201810906032.6、授权公布日：2021年8月6日、授权公布号：CN109107526B)通过在850℃下的碱熔处理实现了灰分矿物的高效消解，将其转变为可溶性硅酸盐，通过水热处理将硅酸盐产品进行收集，并为制备沸石提供了原料。然而传统碱熔处理温度较高(550～1000℃)，远高于煤气化细灰的着火点(460～530℃)，残碳存在燃烧损失的情况。因此，如何在保证煤气化细灰中碳回收率的基础上，实现其高效脱灰是煤气化细灰资源化、无害化处理急需解决的难题。
[0005]煤气化细灰中含有大量无定型二氧化硅，可用来制备水玻璃以实现煤气化的高值化处理。专利《一种利用粉煤灰制备高模数水玻璃的方法》(专利号为：201811395302.8、申请公布日：2019年2月15日、申请公开号：CN109336123A)将粉煤灰与氢氧化钠混合，1400℃下进行高温碱熔处理，将灰分矿物转变为可溶性硅酸盐，然后通过水浸成功制备了水玻璃产品，但由于处理温度高达850℃，熔融态NaOH具有极强的腐蚀性，对设备耐腐蚀性要求较高。专利《利用粉煤灰同时制备SiO2气凝胶和沸石的方法》(专利号为： 200910010685.7、申请公布日：2009年9月23日、申请公开号：CN101538046)将粉煤灰在600℃～900℃进行高温
活化处理，再与NaOH溶液发生水热反应，利用常压干燥法将反应后水洗滤液制备得SiO2气凝胶。综上可知，传统碱熔法制备水玻璃温度过高，能耗较大，为降低煤气化细灰制备水玻璃的成本。
[0006]同时煤气化细灰中灰分含量较高，且多为反应活性较高的无定型二氧化硅，具有作为白炭黑原材料的潜力。专利《一种从粉煤灰中提取高纯度氧化铝及硅胶的方法》(专利号为201010013749.1、授权公开日：2012年12月5日、授权公布号：CN101759210B)将粉煤灰与Na2CO3混合并通过高温焙烧(700～1000℃)、NaOH浸取、选择性分离等步骤成功将粉煤灰中灰分矿物转变为可溶性硅酸盐，为白炭黑制备提供了优质原料，但处理温度较高，并且减压蒸馏能耗较大，存在成本较高的问题。专利《一种从粉煤灰中先提硅后提铝的方法》(专利号为200710062534.7、授权公开日：2010年6月9日、授权公布号： CN101125656B)通过NaOH高压水热将粉煤灰中硅以硅酸钠的形式溶出，并利用碳分的方法制备白炭黑，该方法简化了提取工艺，提高了提取率，但由于高压水热处理无法将粉煤灰完全溶解，粉煤灰中硅依旧存在资源浪费的问题。目前，由于煤气化细灰含碳量较高 (10％～50％)，若采用水热法制备白炭黑，残碳丰富的孔隙结构会使酸碱的用量提升，成本提高，并且无法实现煤气化细灰中Si资源的完全性回收。而传统碱熔制备工艺处理温度较高(800℃以上)，制备过程不仅需要投入大量热能，同时也造成了煤气化细灰中多孔碳资源的浪费。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决现有难以实现煤气化细灰的高值化利用，同时解决传统碱熔法温度过高，残碳存在燃烧损失的问题，进而提供利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的方法及应用。
[0008]利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的方法，它是按以下步骤进行的：
[0009]一、预处理：
[0010]除去煤气化细灰中金属杂质，干燥，得到除杂后的样品；
[0011]二、碱熔：
[0012]将除杂后的样品与固体碱混合，然后在温度为200℃～450℃的条件下，碱熔处理 20min～3h，最后取出样品并降低至室温，得到碱熔原样；
[0013]所述的除杂后的样品与固体碱的质量比为1:(0.5～5)；
[0014]三、水浸处理：
[0015]将碱熔原样浸渍于水中，在温度为20℃～60℃的条件下，水浸1min～10min，得到水浸体系，将水浸体系进行真空抽滤处理，抽滤后的固体干燥得到残碳，抽滤后的液体为低模数硅酸钠溶液；
[0016]所述的碱熔原样与水的质量比为1:(1～10)。
[0017]利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的应用，利用低模数硅酸钠溶液制备水玻璃或白炭黑，利用残碳制备活性炭。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]1、本专利技术利用碱熔法回收煤气化细灰中残碳。该方法与传统HF酸洗方法相比绿色环保、安全可靠，与传统碱熔法相比，本专利技术所用低温碱熔处理对煤气化细灰的适用性更
强，能够有效回收其中残碳。本专利技术的实施不仅实现了煤气化细灰中C、Si资源的高效回收(可燃物碳回收率高达80.65％)、同时由于回收的碳具有丰富的孔隙结构，可用来制备多孔材料为煤气化细灰的高值化利用提供了一种方案。本专利技术通过控制碱熔温度 (200℃～450℃)和时间，诱导熔融态碱与煤气化细灰中灰分矿物发生靶向性反应，使灰分矿物转变为可溶性盐并保留残碳。然后通过水浸处理后得到了灰分含量低于3％、比表面积为445.43m2/g、固定碳含量为91.26％的纯碳样品和低模数硅酸钠溶液。该处理方法避免了二次污染的产生，具有安全性高、反应时间短、易操作和绿色环保的特点。本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：一、预处理：除去煤气化细灰中金属杂质，干燥，得到除杂后的样品；二、碱熔：将除杂后的样品与固体碱混合，然后在温度为200℃～450℃的条件下，碱熔处理20min～3h，最后取出样品并降低至室温，得到碱熔原样；所述的除杂后的样品与固体碱的质量比为1:(0.5～5)；三、水浸处理：将碱熔原样浸渍于水中，在温度为20℃～60℃的条件下，水浸1min～10min，得到水浸体系，将水浸体系进行真空抽滤处理，抽滤后的固体干燥得到残碳，抽滤后的液体为低模数硅酸钠溶液；所述的碱熔原样与水的质量比为1:(1～10)。2.根据权利要求1所述的利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的方法，其特征在于步骤一中除去煤气化细灰中金属杂质具体是在8000～12000高斯条件下，对煤气化细灰进行磁选脱铁处理。3.根据权利要求1所述的利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的方法，其特征在于步骤二中所述的固体碱为NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3和Ca(OH)2中的一种或其中几种的组合；步骤二中碱熔处理的气氛为空气、氮气、氩气和二氧化碳中的一种或其中几种的组合。4.根据权利要求1所述的利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的方法，其特征在于步骤三中所述的低模数硅酸钠溶液的模数为0.1～0.5。5.如权利要求1利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的应用，其特征在于利用低模数硅酸钠溶液制备水玻璃或白炭黑，利用残碳制备活性炭。6.根据权利要求5所述的利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的应用，其特征在于利用低模数硅酸钠溶液制备水玻璃时，具体是按以下步骤进行：在室温及搅拌条件下，向低模数硅酸钠溶液中添加调整剂，得到水玻璃；所述的低模数硅酸钠溶液与调整剂的质量比为1:(0.05～0.5)；所述的调整剂为硝酸铵、硫酸铵、盐酸和硅酸中的一种或其中几种的组合；所述的水玻璃的模数为0.5～3.5。7.根据权利要求5所述的利用低温碱熔法从煤气化细灰中回收残碳及硅酸钠的应用，其特征在于利用低模数硅酸钠溶液制备白炭黑时，具体是按以下步骤进行：
①
、在室温及搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈智超，田晓东，侯建，李争起，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：