專利名稱：一種利用粉煤灰提鋁殘渣制備白炭黑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉煤灰利用領(lǐng)域，涉及一種利用粉煤灰提鋁殘渣制備白炭黑的方法。
背景技術(shù)：
白炭黑即非晶態(tài)二氧化硅，又名水合二氧化硅，具有無毒、多孔性、高分散、質(zhì)輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、不燃燒和電絕緣性好等優(yōu)異性能。因此，白炭黑在材料的眾多領(lǐng)域 中都有應(yīng)用，如橡膠工業(yè)、塑料工業(yè)、造紙工業(yè)、化學(xué)機械拋光、超細(xì)復(fù)合粒子等。粉煤灰是燃煤電廠排出的廢棄物，我國是以煤炭為主要能源的國家，每年從電廠 排放的粉煤灰高達(dá)上億噸，粉煤灰的排放不僅侵占大量土地，而且嚴(yán)重污染環(huán)境，如何處理 和利用粉煤灰成為一個十分重要的問題。另一方面，粉煤灰中含有多種可以利用的組分，如 氧化鋁和二氧化硅。在資源日益貧乏的今天，從粉煤灰中提取氧化鋁、氧化硅等物質(zhì)是使粉 煤灰變廢為寶、綜合利用的有效途徑，具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益。根據(jù)煅燒條件的不同，粉煤灰可以分為煤粉爐粉煤灰和循環(huán)流化床粉煤灰。煤粉 爐粉煤灰是經(jīng)過高溫燃燒生成的(1400 1600°C )，其中的氧化鋁組分呈玻璃態(tài)或高溫含 鋁礦物莫來石晶體、剛玉晶體的礦物形式而存在，穩(wěn)定性非常高；而循環(huán)流化床灰燃燒溫度 在850°C左右，較傳統(tǒng)的煤粉爐灰燃燒溫度大大降低。燃燒溫度的不同決定了循環(huán)流化床灰 與傳統(tǒng)的煤粉爐粉煤灰在物相組成上的本質(zhì)差異，循環(huán)流化床灰的主要物相組成為無定形 偏高嶺石，其主要化學(xué)組成二氧化硅、氧化鋁及氧化鐵均具有很好的活性。目前從粉煤灰中提取氧化硅的方法大致可以分為氣相法和堿法兩大類。氣相法是 將粉煤灰與氟化物和濃硫酸反應(yīng)制得氟化硅氣體，然后經(jīng)水解制得二氧化硅，如專利“一種 利用粉煤灰制取白炭黑、煤粉和氫氧化鋁的方法(公開號CN10214961A) ”、“基于氣相-溶 膠凝膠法由粉煤灰制備納米白炭黑的方法(公開號CN1915811A)”、“粉煤灰氣相法制備納 米二氧化硅的方法(公開號CN1807240A) ”都是采用氣相法從粉煤灰中提取二氧化硅。用 氣相法可以得到高純度的二氧化硅，但是反應(yīng)中所使用的氟化物成本高，易對環(huán)境造成污 染，對設(shè)備的要求也較高。堿法是將粉煤灰與碳酸鈉等在高溫下煅燒，或?qū)⒎勖夯抑苯优c氫 氧化鈉溶液反應(yīng)。在與堿的反應(yīng)過程中粉煤灰中的氧化鋁和氧化硅同時被活化，因此需要 進(jìn)一步酸化(通過碳酸化反應(yīng)或與硫酸/鹽酸反應(yīng))對硅鋁進(jìn)行分離。如專利“一種利用 粉煤灰生產(chǎn)二氧化硅和氧化鋁的方法(公開號CN10149935A)”、“利用高鋁粉煤灰制取氧 化鋁和白炭黑清潔生產(chǎn)工藝(公開號CN101041450A) ”、“利用粉煤灰生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸 工藝方法(公開號CN101172634A) ”、“從粉煤灰中提取高純氧化鋁及硅膠的方法(公開號 CN10254933A) ”、“一種從粉煤灰中先提硅后提鋁的方法(公開號CN101125656A) ”、“一種 從粉煤灰或爐渣中提取白炭黑的方法(公開號CN101306819A)”、“二次碳分制備白炭黑的 方法(公開號CN101077777A) ”、“用粉煤灰制備白炭黑和純沸石分子篩的方法(公開號 CN1911800A) ”、“一種以無機礦物制備二氧化硅氣凝膠的方法(公開號CN10224890) ”、“一 種從高鋁粉煤灰中提取二氧化硅、氧化鋁及氧化鎵的方法(公開號CN101284668) ”均是利 用堿法從粉煤灰中提取二氧化硅。堿法，尤其是碳酸鈉燒結(jié)法適合用于反應(yīng)活性比較低的煤粉爐粉煤灰。對于活性較高的循環(huán)流化床粉煤灰，可以不經(jīng)過直接煅燒活化，而采用酸溶 的方法將其中的氧化鋁提取出來，由于酸不會與粉煤灰中的二氧化硅反應(yīng)，經(jīng)固液分離之 后，得到的提鋁殘渣主要成分為二氧化硅，用其制備白炭黑。由于在提取氧化鋁過程中將原 粉煤灰中大部分的硅-鋁化學(xué)鍵破壞，因此從粉煤灰提鋁殘渣中提取二氧化硅與直接從粉 煤灰中提取二氧化硅相比，二氧化硅反應(yīng)活性更強，提取率也更高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用粉煤灰提鋁殘渣生產(chǎn)白炭黑的方法。本發(fā)明的方法分為4個步驟碳酸鈉燒結(jié)，酸溶陳化，過濾洗滌，干燥脫水，具體 為(1)碳酸鈉燒結(jié)將粉煤灰提鋁殘渣與碳酸鈉按質(zhì)量比為1 1.0 1 1.6，優(yōu) 選1 1.2 1 1.4的比例混合均勻，置于回轉(zhuǎn)窯中，加熱至750 900°C，優(yōu)選800 8500C，在此溫度反應(yīng)20 40分鐘，使提鋁殘渣熔融；(2)酸溶、陳化待燒結(jié)產(chǎn)物冷卻至室溫 90°C，優(yōu)選60 80°C后，向其中加入質(zhì) 量濃度為1 8%，優(yōu)選3 6%的稀鹽酸，鹽酸與燒結(jié)物的比例為每公斤燒結(jié)物加入4 8升，優(yōu)選5 7升鹽酸，調(diào)節(jié)溶液pH值為3. 5 4. 5，使殘渣中的非硅離子以鹵化物形式 存在而硅則以硅酸形式存在；室溫陳化2 10小時，使硅膠充分沉淀；(3)固液分離、洗滌經(jīng)陳化后，通過加壓過濾或減壓過濾將硅膠沉淀與溶液分 開，并對獲得的膠體反復(fù)洗滌至中性；(4)干燥脫水將洗滌后的膠體加水配制成固含為10 40wt%，優(yōu)選25 35wt% 的料漿，在80 100°C進(jìn)行噴霧干燥，即獲得白炭黑產(chǎn)品。作為優(yōu)選實施方式，本發(fā)明使用的粉煤灰是循環(huán)流化床粉煤灰，使用的粉煤灰提 鋁殘渣是循環(huán)流化床粉煤灰經(jīng)鹽酸或硫酸酸溶提取氧化鋁后得到的固體殘渣。產(chǎn)品白炭黑中SiO2含量大于90wt%，BET比表面積大于200m2/g，吸油值大于 3. 0ml/g，滿足白炭黑HB/T3061的要求。本發(fā)明的有益之處是，對粉煤灰提鋁殘渣中的二氧化硅進(jìn)行了充分提取利用，提 高了粉煤灰的綜合利用率，降低了廢渣排放量；方法簡易，適于循環(huán)流化床粉煤灰中二氧化 硅提取，便于工業(yè)應(yīng)用，沒有污染。


圖1是本發(fā)明方法的工藝流程圖。
具體實施例方式結(jié)合具體實施方式
說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。原料采用循環(huán)流化床粉煤灰經(jīng)鹽酸酸溶后得到的提鋁殘渣，其化學(xué)成分如表1所 示表1粉煤灰提鋁殘渣化學(xué)成分(wt % ) 實施例1 將粉煤灰提鋁殘渣與碳酸鈉按質(zhì)量比為1 1.3的比例混合，置于回轉(zhuǎn)窯中，在 840°C反應(yīng)30分鐘，使提鋁殘渣熔融。待燒結(jié)產(chǎn)物冷卻至室溫后，向其中加入質(zhì)量濃度為 5%的稀鹽酸，鹽酸與燒結(jié)物的比例為每公斤燒結(jié)物加入6升鹽酸，調(diào)節(jié)溶液pH值為4. 0。 室溫陳化6小時后減壓過濾，將硅膠沉淀與溶液分開，水洗硅膠至中性。將洗滌后的膠體加 水調(diào)配成固含為30%的漿料，在80°C噴霧干燥可獲得白炭黑產(chǎn)品。經(jīng)測定，產(chǎn)品中SiO2含 量為95. 7wt%、比表面積為256m2/g、吸油值3. lml/g。實施例2將粉煤灰提鋁殘渣與碳酸鈉按質(zhì)量比為1 1.2的比例混合，置于回轉(zhuǎn)窯中，在 830°C反應(yīng)30分鐘，使提鋁殘渣熔融。待燒結(jié)產(chǎn)物冷卻至60°C后，向其中加入質(zhì)量濃度為 4%的稀鹽酸，鹽酸與燒結(jié)物的比例為每公斤燒結(jié)物加入5升鹽酸，調(diào)節(jié)溶液pH值為4. 0。 室溫陳化10小時后減壓過濾，水洗至中性。將洗滌后的膠體調(diào)配成固含為25%的漿料，在 90°C進(jìn)行噴霧干燥，可獲得白炭黑產(chǎn)品。經(jīng)測定，產(chǎn)品中SiO2含量為94. 4wt%、比表面積為 227m2/g、吸油值 3. 0ml/g。實施例3將粉煤灰提鋁殘渣與碳酸鈉按質(zhì)量比為1 1.4的比例混合，置于回轉(zhuǎn)窯中，在 800°C反應(yīng)40分鐘。待燒結(jié)產(chǎn)物冷卻至80°C后，向其中加入質(zhì)量濃度為6%的稀鹽酸，鹽酸 與燒結(jié)物的比例為每公斤燒結(jié)物加入7升鹽酸，調(diào)節(jié)溶液pH值為3. 5。室溫陳化10小時 后加壓過濾，水洗至中性。將洗滌后的膠體調(diào)配成固含為35%的漿料，在90°C進(jìn)行噴霧干 燥，可獲得白炭黑產(chǎn)品。經(jīng)測定，產(chǎn)品中SiO2含量為95. 9wt%、比表面積為243m2/g、吸油值 3. lml/g。
權(quán)利要求
一種利用粉煤灰提鋁殘渣生產(chǎn)白炭黑的方法，其特征在于，所述方法包括(1)碳酸鈉燒結(jié)將粉煤灰提鋁殘渣與碳酸鈉按質(zhì)量比為1∶1.0～1∶1.6的比例混合均勻，置于回轉(zhuǎn)窯中，在750～900℃反應(yīng)20～40分鐘，得燒結(jié)產(chǎn)物；(2)酸溶、陳化待燒結(jié)產(chǎn)物冷卻至室溫～90℃后，向其中加入質(zhì)量濃度為1～8％的稀鹽酸，鹽酸與燒結(jié)產(chǎn)物的比例為每公斤燒結(jié)物加入4～8升鹽酸，調(diào)節(jié)溶液pH值為3.5～4.5；室溫陳化2～10小時；(3)固液分離、洗滌通過加壓過濾或減壓過濾將硅膠沉淀與溶液分開，并對獲得的膠體反復(fù)洗滌至中性；(4)干燥脫水將洗滌后的膠體加水配制成固含為10～40wt％的料漿，在80～100℃進(jìn)行噴霧干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中粉煤灰提鋁殘渣與碳酸鈉質(zhì)量 比為 1 1. 2 1 1. 4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中的加熱溫度為800 850°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中燒結(jié)產(chǎn)物冷卻至60 80°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，向燒結(jié)產(chǎn)物中加入質(zhì)量濃度 為3 6%的稀鹽酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，鹽酸與燒結(jié)物的比例為每公 斤燒結(jié)物加入5 7升鹽酸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，洗滌后的膠體加水配制成固 含為25 35襯％的料漿。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項所述的方法，其特征在于，粉煤灰提鋁殘渣是循環(huán)流化 床粉煤灰經(jīng)鹽酸或硫酸酸溶提取氧化鋁后得到的固體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用粉煤灰提鋁殘渣制備白炭黑的方法。本發(fā)明所述方法包括將粉煤灰與碳酸鈉混合燒結(jié)，酸溶陳化，過濾洗滌，干燥脫水，即得白炭黑。本發(fā)明所得白炭黑中SiO2的含量大于90wt％，BET比表面積大于200m2/g，吸油值大于3.0ml/g。本發(fā)明對粉煤灰提鋁殘渣中的二氧化硅進(jìn)行了充分提取利用，提高了粉煤灰的綜合利用率，降低了廢渣排放量；方法簡易，適于循環(huán)流化床粉煤灰中的二氧化硅提取，便于工業(yè)應(yīng)用，沒有污染。
文檔編號C01B33/12GK101844770SQ20101016191
公開日2010年9月29日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者張培萍, 張旭光, 李楠, 楊殿范, 郭昭華, 魏存弟 申請人:中國神華能源股份有限公司;神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司