利用高硅粉煤灰制取白炭黑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金、化工及硅酸鋁保溫材料領(lǐng)域，尤其涉及一種利用高硅粉煤灰制取白炭黑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國大部分地區(qū)粉煤灰中氧化鋁平均含量為35%左右，鋁硅比通常小于1，不適合提取其中的氧化鋁。而粉煤灰中S12含量往往高達(dá)50%以上，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研宄發(fā)現(xiàn)S12在粉煤灰中有多種形態(tài)存在，主要有晶體形式存在的莫來石，石英砂和非晶體形式的玻璃體等。不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的二氧化硅與酸堿反應(yīng)難易程度差別較大。通過對電廠粉煤灰的實(shí)驗(yàn)研宄，發(fā)現(xiàn)溫度小于100°C時(shí)，電廠粉煤灰中的S12能與一定濃度苛性堿溶液較快反應(yīng)，然而進(jìn)一步增加堿液濃度，提高體系溫度，溶解在堿液中的SiCV^度不再增大，甚至有下降的趨勢。為盡可能將這部分S12充分溶解出來，必須控制好最佳的工藝條件。這一原理為高硅粉煤灰生產(chǎn)白炭黑提供了理論依據(jù)。
[0003]白炭黑是一種白色粉末無定形水合二氧化娃，其化學(xué)式為:mSi02.ηΗ20，白炭黑是一種基礎(chǔ)性材料，被廣泛應(yīng)用于制約、農(nóng)藥、油漆、造紙、裝飾涂料、橡膠等領(lǐng)域。目前開發(fā)應(yīng)用比較好的是橡膠填料，性能比添加炭黑要好，成本比炭黑低。
[0004]現(xiàn)有生產(chǎn)白炭黑的技術(shù)是用石英砂加純堿或苛堿生產(chǎn)出水玻璃，再用水玻璃與稀硫酸(稀鹽酸)反應(yīng)來制取白炭黑，堿液不能循環(huán)利用，能耗和堿耗都很高。由于使用的是強(qiáng)酸，防腐蝕就成為設(shè)備選型的主要考慮因素，設(shè)備、儀器儀表及工藝管網(wǎng)等投資大，費(fèi)用高。采取此工藝，經(jīng)濟(jì)效益低下，污染環(huán)境，也不利于節(jié)能減排。在現(xiàn)有的中國技術(shù)專利中，申請?zhí)枮?00610012780.7的發(fā)明專利“粉煤灰中制取氧化鋁同時(shí)聯(lián)產(chǎn)白炭黑的方法”公開的技術(shù)方案是利用活化后的粉煤灰和硫酸氨反應(yīng)，再用分離后的廢渣加氫氧化鈉溶液反應(yīng)制取水玻璃，然后又回到傳統(tǒng)制取白炭黑的工藝技術(shù)中，缺點(diǎn)是該工藝流程復(fù)雜，生產(chǎn)過程難于控制，酸腐蝕難于避免，環(huán)境污染嚴(yán)重，設(shè)備投資高，產(chǎn)品不穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益低下，因此難于應(yīng)用到生產(chǎn)中。申請?zhí)枮?00810112619.6的發(fā)明專利“一種利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)白炭黑的方法及其系統(tǒng)”公開的技術(shù)方案主要缺陷是:技術(shù)方案中的預(yù)脫硅溫度、壓力較高，炭化工藝存在嚴(yán)重缺陷，工藝指標(biāo)難于控制造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，廢渣處理是先用其生產(chǎn)氧化鋁，再用赤泥生產(chǎn)水泥，物料無法平衡，勢必產(chǎn)生二次污染，且投資高，污染嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)效益低下，不利于節(jié)能減排。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了利用高硅粉煤灰制取白炭黑的方法，本發(fā)明工藝簡單，操作方便，對現(xiàn)有技術(shù)中難以提取氧化鋁的低鋁高硅含量的粉煤灰進(jìn)行制備白炭黑和，提高資源利用，提高堿液的循環(huán)使用，不僅環(huán)保而且提高了企業(yè)效益。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]利用高硅粉煤灰制取白炭黑的方法，步驟如下:
[0008]步驟一，取高硅粉煤灰與堿液混合至混合物固含量為350_450g/L，用低于0.6Mpa的飽和水蒸汽加熱至95-105°C，進(jìn)行預(yù)脫硅反應(yīng)5-8h，將反應(yīng)液固液分離，對分離出的固體進(jìn)行洗滌，并將洗滌液與分離獲得的液體混合；
[0009]步驟二，取步驟一所得混合液體，加熱至75_95°C，然后加入硅膠至硅酸鈉模數(shù)為
1.2-2.0，過濾后得浮游物含量低于0.02g/L的濾液，濾液加水稀釋至S12濃度為50_80g/L ；
[0010]步驟三，對步驟二稀釋后的濾液進(jìn)行二段碳酸化分解，之后進(jìn)行固液分離，洗滌固體，將洗滌液與分離得到的液體混合；取洗滌后固體在酸性環(huán)境中陳化之后分離純化，即得白炭黑。
[0011]優(yōu)選的，步驟一中，所述的高硅粉煤灰中的S12S 50%, Al 203彡35%，所述堿液為濃度小于125g/L的苛性堿溶液。
[0012]優(yōu)選的，步驟一中的固液分離工藝和步驟二中的過濾工藝采用立式葉濾機(jī)進(jìn)行分離和過濾；步驟三中，固液分離的工藝采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行分離。
[0013]優(yōu)選的，步驟三中，所述二段碳酸化分解中在兩組碳分槽中進(jìn)行，第一組碳分槽內(nèi)的溫度不小于85°C，pH值為10.5-11 ;第二組碳分槽的溫度T不低于65°C，PH值為6_8。
[0014]優(yōu)選的，所述的二段碳酸化分解后獲得的產(chǎn)物中，S12S lg/L。
[0015]優(yōu)選的，步驟三中，洗滌液和分離得到的液體混合后，置于沉降槽中，取其底流并過濾，濾澄送入茍1化槽，加入石灰進(jìn)行茍1化反應(yīng)，將茍1化反應(yīng)后的產(chǎn)物與沉降槽中的清液混合，作為步驟一中的堿液回用。
[0016]優(yōu)選的，石灰的加入量為Ca0/Na20。= 1.3，苛化反應(yīng)的溫度為95_105°C，時(shí)間為2小時(shí)。
[0017]優(yōu)選的，步驟三中，采用快速閃蒸干燥機(jī)對濾渣進(jìn)行烘干，烘干溫度為3 5 O?450°C，干燥后白炭黑的水分含量為5?8%。
[0018]優(yōu)選的，步驟三中，向洗滌后的固體中加入濃度為I?2mol/L稀硫酸調(diào)節(jié)酸化環(huán)境，控制PH為2.5-5.5。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020]I)本發(fā)明具有廣泛的適用性。國內(nèi)大多數(shù)熱電廠產(chǎn)生的粉煤灰都是低鋁高硅粉煤灰，不適合制取氧化鋁。除內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾和山西朔州發(fā)現(xiàn)的粉煤灰中含氧化鋁較高外，其余的電廠粉煤灰均可采用本發(fā)明技術(shù)方案加以綜合利用。
[0021]2)節(jié)能效果顯著。粉煤灰中部分二氧化硅在常溫常壓下容易與苛性堿溶液反應(yīng)，設(shè)計(jì)工藝流程簡單，熱能耗大大減少，本發(fā)明所有的洗滌用水均來自生產(chǎn)中產(chǎn)生的冷凝水和回收處理的循環(huán)水，實(shí)現(xiàn)了水的循環(huán)利用，降低了水耗，避免污水排放。
[0022]3)本發(fā)明采用的是水玻璃二段連續(xù)碳分分解新工藝，實(shí)現(xiàn)了白炭黑的連續(xù)化、自動化生產(chǎn)，確保產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定可靠。水玻璃的模數(shù)調(diào)整也變得簡單易行；本發(fā)明采用二氧化碳作為與水玻璃反應(yīng)，不僅使石灰燒制中的二氧化碳得以利用，減少了溫室氣體排放，也實(shí)現(xiàn)了堿液的可循環(huán)利用，降低了堿耗，減少了環(huán)境污染。
[0023]4)本發(fā)明采用快速閃蒸烘干白炭黑新工藝，省略了現(xiàn)有技術(shù)中的打漿步驟，使進(jìn)入烘干設(shè)備前白炭黑的水份大幅度降低，烘干室能耗大幅度降低，生產(chǎn)成本降低10%以上。用本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品白炭黑，純度可達(dá)92%以上，物理性能優(yōu)良，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益突出。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]實(shí)施例1
[0026]從電廠運(yùn)來的罐車高硅粉煤灰用壓縮空氣吹進(jìn)粉煤灰原料倉內(nèi)，原料倉上設(shè)收塵裝置，原料倉錐底出口設(shè)強(qiáng)力磁鐵除鐵裝置，后經(jīng)皮帶秤定量后的粉煤灰與調(diào)配好的合格循環(huán)堿液按固液比1:2.5進(jìn)行配料，經(jīng)對料漿各項(xiàng)制備檢測合格后打入緩沖槽，固含為350g/L，調(diào)配好的合格料漿以備預(yù)脫硅之用。
[0027]步驟一，取調(diào)配好的合格料漿通過溶液泵送入預(yù)脫硅加熱槽，用低于0.6Mpa的飽和水蒸汽加熱至95°C，在常壓恒溫下進(jìn)行預(yù)脫硅反應(yīng)5h，將反應(yīng)液通過立式葉濾機(jī)進(jìn)行固液分離，洗滌固體，并將洗滌液與分離獲得的液體混合；
[0028]步驟二，取步驟一所得混合液體，加熱至75°C并加入硅膠至硅酸鈉模數(shù)為1.2，用喂料泵將粗液打入立式葉濾機(jī)進(jìn)行過濾精制，得浮游物含量低于0.02g/L的濾液，并加水稀釋S12濃度為50g/L ;；
[0029]步驟三，對步驟二所得產(chǎn)物進(jìn)行二段碳酸化分解:
[0030]1.將步驟二中稀釋后的濾液送入第一組碳分槽碳酸化分解，向第一組碳分槽內(nèi)通入二氧化碳并確保第一組碳分槽內(nèi)的溫度為85°C，pH值為10.5 ；
[0031]2.將第一次碳酸化分解后的產(chǎn)物送入第二組碳分槽內(nèi)，向第二組碳分槽內(nèi)通入二氧化碳并確保第二組碳分槽的溫度為65°C，pH值為6，經(jīng)過第二次碳酸化分解后的混合物中，碳分母液中S12S lg/L。
[0032]然后將所得混合物采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離，洗滌固體，將洗滌液與分離所得的液體混合；向洗滌后的固體中加入濃度為lmol/L稀硫酸控制pH值為值2.5，陳化20分鐘后過濾，并經(jīng)電子皮帶秤送入快速閃蒸干燥機(jī)進(jìn)行烘干，控制主爐溫度為35