专利名称：一种粉煤灰的管道加停留罐脱硅方法
技术领域：
本发明涉及环保及氧化铝材料技术领域，具体涉及综合利用粉煤灰制备氧化铝技术。
背景技术：
内蒙古、山西、宁夏和陕西等地煤炭资源丰富，储量约1500亿吨。煤中氧化铝含量 9 13%。仅以9%计算，氧化铝量高达135亿吨，远多于目前我国铝土矿资源中氧化铝18 亿吨的含量。内蒙古的煤炭资源量138亿吨，用于工业生产后产生的粉煤灰约39亿吨，其中氧 化铝含量40 51%，是一种生产氧化铝的宝贵资源。目前粉煤灰以堆存为主，少量用来制 砖、铺路、制水泥等。堆存，既浪费土地，又会污染环境，这对多风的西北地区危害更大。内 蒙古地区一直重视粉煤灰综合利用问题，先后采用以下两种方法对粉煤灰进行处理以提取 氧化铝(1)传统石灰石烧结法先用石灰石烧结法处理粉煤灰，粗液深度炭分得到高硅氢氧化铝，再用拜尔法处 理生产氧化铝。(2)传统的碱_石灰烧结法将粉煤灰和石灰、碳酸钠经高温烧结成可溶性的铝酸钠及不溶性的硅酸钠等矿 物，二者分离后制得氧化铝并回收碱，残渣用作硅酸盐水泥材料。现有工艺存在着粉煤灰浆液铝硅比低，成渣量高，处理的物料流量较大，生产流程 复杂，能源消耗高等问题。
发明内容
针对目前存在的由粉煤灰提取氧化铝工艺中粉煤灰料浆铝硅比低的问题，本发明 提供一种粉煤灰的管道加停留罐脱硅方法，达到提高粉煤灰浆液的铝硅比，降低成渣量的 目的。预脱硅+碱石灰烧结法的核心技术是采用预脱硅工艺，预脱硅的目的是使粉煤灰 和循环母液在一定温度下反应，生成铝酸钠和硅酸钠溶液。本发明的粉煤灰的管道与停留罐脱硅方法，工艺过程如下。(1)将氧化铝含量为40 51 %的粉煤灰加入到质量百分比浓度为30 50% 的NaOH溶液中，调配成粉煤灰料浆，所调配的粉煤灰料浆液固质量比为液固=(3 4) 1。通过进料泵将粉煤灰料浆送入二级多内管套管预热器，将料浆温度预热到70 75 °C。调配在粉煤灰预调配出料槽中进行，粉煤灰预调配出料槽与设有液下泵的污水槽 连接。二级多内管套管预热器由两个相同的多内管套管预热器组成，二级多内管套管预热器的热源为二级闪蒸器的蒸汽。二级闪蒸器由两个相同的闪蒸器组成。二级闪蒸器的冷 凝水进入二次汽冷凝水罐中，通过二次汽冷凝水泵输送去热水站。多内管套管预热器内管 输送料浆，外管通蒸汽。(2)预热后的粉煤灰料浆进入多内管套管加热器，采用压力为0. 4 0. 6MPa、温度 为143 158°C的新蒸汽加热，将料浆温度加热到130 135°C以达到脱硅温度。多内管套 管加热器产生的冷凝水进入新蒸汽冷凝水罐，经新蒸汽冷凝水泵送入热水站含碱冷凝水系 统或送去热电厂清洁冷凝水系统。(3)温度为130 135°C的粉煤灰料浆进入保温停留罐，在保温停留罐内的反应停 留时间为1 2小时，以保证尽可能反应完全。主要反应式为Al2O3 (非晶态)+2Na0H+aq — 2NaA102+H20+aqSiO2 (非晶态)+2Na0H+aq — Na2Si03+H20+aqNaA102+Na2Si03 —方钠石型化合物(4)脱硅后料浆进入二级闪蒸器，料浆逐级降温降压。经一级闪蒸器料浆的温度降 至110 120°C，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。经二级闪蒸器的料浆温度降至100 110°c，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。然后料浆进入缓冲槽，通过缓冲泵将料浆送入 常规的粉煤灰分离及洗涤工序，采用碱石灰烧结法，进一步制备氧化铝产品。缓冲槽的料浆乏汽进入水冷式乏汽回收器，此种水冷式乏汽回收器对于乏汽热量 的回收作用显著，热量被进入回收器的35 37°C的低温循环水吸收，温度为48 52°C的 废汽从回收器顶部进入热水槽后排向大气，热水槽中的热水经热水泵送去热水站。上述工艺中涉及的设备均为生产上的常规设备，进料 泵、缓冲泵均选用渣浆泵，二 次汽冷凝水泵、新汽冷凝水泵选用普通的清水泵，多内管套管预热器和多内管套管加热器 均采用星型结构的多内管套管。本发明的粉煤灰的管道加停留罐脱硅方法中管道，即指二级多内管套管预热器和 多内管套管加热器。本发明方法具有热利用率高、能耗低、投资和运营成本低、流程简单、生产操作及 清理检修方便等特点。(1)能提高粉煤灰料浆铝硅比(粉煤灰脱硅前后的铝硅比可由0. 8 1. 0提高至 1. 2 1. 5)，本发明方法能将粉煤灰中的二氧化硅脱除30 35%。(2)采用本发明的粉煤灰脱硅方法，后序工艺中每提取一吨氧化铝所处理的物料 流量降低30%左右，煅烧温度降低10%左右，产生的硅钙渣量降低40%左右。该工艺大大 降低了提取氧化铝的能耗，采用本发明的预脱硅技术使预脱硅+碱石灰烧结法工艺比传统 的石灰石烧结法工艺节能约25%，同时生产流程简化，降低了基建投资和运营成本。(3)多内管套管预热器和多内管套管加热器传热系数高。采用多内管套管预 热器和加热器进行粉煤灰料浆的提温，在本工序的操作温度范围内，传热系数可达到约 1000Kcal/m2. h. °C。同时，多内管套管套管预热器和多内管套管加热器清洗简便，运行周期 长。只需要定期的进行水力清洗即可，简单方便。(4)采用水冷式乏汽回收器回收缓冲槽的料浆乏汽，减少了能量损失。(5)采用二级闪蒸器分离闪蒸料浆，防止闪蒸料浆带料。且闪蒸器二次蒸汽可以全 部用于系统的物料提温，没有能量外排损失。
附图为本发明方法的工艺流程示意图。图中1进料泵，2多内管套管预热器，3多内管套管加热器，4保温停留罐，5闪蒸 器，6 二次汽冷凝水罐，7 二次汽冷凝水泵，8新蒸汽冷凝水罐，9新蒸汽冷凝水泵，10缓冲槽， 11缓冲泵，12水冷式乏汽回收器，13热水槽，14热水泵，15污水槽，16液下泵，17粉煤灰预 调配出料槽。
具体实施例方式实施例1工艺过程如下。(1)将氧化铝含量为45. 6%的粉煤灰加入到质量百分比浓度为40%的NaOH溶液 中，调配成粉煤灰料浆，所调配的粉煤灰料浆液固质量比为液固=3. 5 1。通过进料 泵将粉煤灰料浆送入二级多内管套管预热器，将料浆温度预热到73°C。调配在粉煤灰预调配出料槽中进行，粉煤灰预调配出料槽与设有液下泵的污水槽 连接。二级多内管套管预热器由两个相同的多内管套管预热器组成，二级多内管套管预 热器的热源为二级闪蒸器的蒸汽。二级闪蒸器由两个相同的闪蒸器组成。二级闪蒸器的冷 凝水进入二次汽冷凝水罐中，通过二次汽冷凝水泵输送去热水站。多内管套管预热器内管 输送料浆，外管通蒸汽。(2)预热后的粉煤灰料浆进入多内管套管加热器，采用压力为0.5MPa、温度为 150°C的新蒸汽加热，将料浆温度加热到133°C以达到脱硅温度。多内管套管加热器产生的 冷凝水进入新蒸汽冷凝水罐，经新蒸汽冷凝水泵送入热水站含碱冷凝水系统。(3)温度为133°C的粉煤灰料浆进入保温停留罐，在保温停留罐内的反应停留时 间为1. 5小时，以保证尽可能反应完全。主要反应式为Al2O3 (非晶态)+2Na0H+aq — 2NaA102+H20+aqSiO2 (非晶态)+2Na0H+aq — Na2Si03+H20+aqNaA102+Na2Si03 —方钠石型化合物(4)脱硅后料浆进入二级闪蒸器，料浆逐级降温降压。经一级闪蒸器料浆的温度降 至115°C，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。经二级闪蒸器的料浆温度降至105°C，蒸汽 压力为该温度下的饱和蒸汽压。然后料浆进入缓冲槽，通过缓冲泵将料浆送入常规的粉煤 灰分离及洗涤工序，采用碱石灰烧结法，进一步制备氧化铝产品。缓冲槽的料浆乏汽进入水冷式乏汽回收器，热量被进入回收器的36°C的低温循环 水吸收，温度为50°C的废汽从回收器顶部进入热水槽后排向大气，热水槽中的热水经热水 泵送去热水站。上述工艺中涉及的设备均为生产上的常规设备，进料泵、缓冲泵均选用渣浆泵，二 次汽冷凝水泵、新汽冷凝水泵选用普通的清水泵，多内管套管预热器和多内管套管加热器 均采用星型结构的多内管套管。采用本实施例工艺，粉煤灰脱硅前后的铝硅比由0. 9提高至1. 3，粉煤灰中的二氧化硅脱除33%。实施例2工艺过程如下。(1)将氧化铝含量为51 %的粉煤灰加入到质量百分比浓度为50 %的NaOH溶液中， 调配成粉煤灰料浆，所调配的粉煤灰料浆液固质量比为液固=4 1。通过进料泵将粉 煤灰料浆送入二级多内管套管预热器，将料浆温度预热到75°C。调配在粉煤灰预调配出料槽中进行，粉煤灰预调配出料槽与设有液下泵的污水槽 连接。二级多内管套管预热器由两个相同的多内管套管预热器组成，二级多内管套管预 热器的热源为二级闪蒸器的蒸汽。二级闪蒸器由两个相同的闪蒸器组成。二级闪蒸器的冷 凝水进入二次汽冷凝水罐中，通过二次汽冷凝水泵输送去热水站。多内管套管预热器内管 输送料浆，外管通蒸汽。(2)预热后的粉煤灰料浆进入多内管套管加热器，采用压力为0.6MPa、温度为 158°C的新蒸汽加热，将料浆温度加热到135°C以达到脱硅温度。多内管套管加热器产生的 冷凝水进入新蒸汽冷凝水罐，经新蒸汽冷凝水泵送去热电厂清洁冷凝水系统。(3)温度为135°C的粉煤灰料浆进入保温停留罐，在保温停留罐内的反应停留时 间为2小时，以保证尽可能反应完全。主要反应式为Al2O3 (非晶态)+2Na0H+aq — 2NaA102+H20+aqSiO2 (非晶态)+2Na0H+aq — Na2Si03+H20+aqNaA102+Na2Si03 —方钠石型化合物(4)脱硅后料浆进入二级闪蒸器，料浆逐级降温降压。经一级闪蒸器料浆的温度降 至120°C，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。经二级闪蒸器的料浆温度降至110°C，蒸汽 压力为该温度下的饱和蒸汽压。然后料浆进入缓冲槽，通过缓冲泵将料浆送入常规的粉煤 灰分离及洗涤工序，采用碱石灰烧结法，进一步制备氧化铝产品。缓冲槽的料浆乏汽进入水冷式乏汽回收器，热量被进入回收器的37°C的低温循环 水吸收，温度为48°C的废汽从回收器顶部进入热水槽后排向大气，热水槽中的热水经热水 泵送去热水站。上述工艺中涉及的设备均为生产上的常规设备，进料泵、缓冲泵均选用渣浆泵，二 次汽冷凝水泵、新汽冷凝水泵选用普通的清水泵，多内管套管预热器和多内管套管加热器 均采用星型结构的多内管套管。采用本实施例工艺粉煤灰脱硅前后的铝硅比可由1. 0提高至1. 5，粉煤灰中的二 氧化硅脱除35%。实施例3工艺过程如下。(1)将氧化铝含量为40%的粉煤灰加入到质量百分比浓度为30%的NaOH溶液中， 调配成粉煤灰料浆，所调配的粉煤灰料浆液固质量比为液固=3 1。通过进料泵将粉 煤灰料浆送入二级多内管套管预热器，将料浆温度预热到70°C。调配在粉煤灰预调配出料槽中进行，粉煤灰预调配出料槽与设有液下泵的污水槽 连接。
二级多内管套管预热器由两个相同的多内管套管预热器组成，二级多内管套管预 热器的热源为二级闪蒸器的蒸汽。二级闪蒸器由两个相同的闪蒸器组成。二级闪蒸器的冷 凝水进入二次汽冷凝水罐中，通过二次汽冷凝水泵输送去热水站。多内管套管预热器内管 输送料浆，外管通蒸汽。(2)预热后的粉煤灰料浆进入多内管套管加热器，采用压力为0.4MPa、温度为 143°C的新蒸汽加热，将料浆温度加热到130°C以达到脱硅温度。多内管套管加热器产生的 冷凝水进入新蒸汽冷凝水罐，经新蒸汽冷凝水泵送入热水站含碱冷凝水系统。(3)温度为130°C的粉煤灰料浆进入保温停留罐，在保温停留罐内的反应停留时 间为1小时，以保证尽可能反应完全。主要反应式为
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NaA102+Na2Si03 —方钠石型化合物(4)脱硅后料浆进入二级闪蒸器，料浆逐级降温降压。经一级闪蒸器料浆的温度降 至110°c，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。经二级闪蒸器的料浆温度降至100°c，蒸汽 压力为该温度下的饱和蒸汽压。然后料浆进入缓冲槽，通过缓冲泵将料浆送入常规的粉煤 灰分离及洗涤工序，采用碱石灰烧结法，进一步制备氧化铝产品。缓冲槽的料浆乏汽进入水冷式乏汽回收器，热量被进入回收器的35°C的低温循环 水吸收，温度为52°C的废汽从回收器顶部进入热水槽后排向大气，热水槽中的热水经热水 泵送去热水站。上述工艺中涉及的设备均为生产上的常规设备，进料泵、缓冲泵均选用渣浆泵，二 次汽冷凝水泵、新汽冷凝水泵选用普通的清水泵，多内管套管预热器和多内管套管加热器 均采用星型结构的多内管套管。采用本实施例工艺粉煤灰脱硅前后的铝硅比可由0. 8提高至1. 2，粉煤灰中的二 氧化硅脱除30%。
权利要求
一种粉煤灰的管道加停留罐脱硅方法，其特征在于工艺过程为(1)将氧化铝含量为40～51％的粉煤灰加入到质量百分比浓度为30～50％的NaOH溶液中，调配成粉煤灰料浆，所调配的粉煤灰料浆液固质量比为液∶固＝(3～4)∶1，通过进料泵将粉煤灰料浆送入二级多内管套管预热器，将料浆温度预热到70～75℃；(2)预热后的粉煤灰料浆进入多内管套管加热器，采用新蒸汽加热，将料浆温度加热到130～135℃以达到脱硅温度；(3)温度为130～135℃的粉煤灰料浆进入保温停留罐，在保温停留罐内的反应停留时间为1～2小时；(4)脱硅后料浆进入二级闪蒸器，料浆逐级降温降压，经一级闪蒸器料浆的温度降至110～120℃，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压，经二级闪蒸器的料浆温度降至100～110℃，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压，然后料浆进入缓冲槽，通过缓冲泵将料浆送入常规的粉煤灰分离及洗涤工序。
2.按照权利要求1所述的粉煤灰的管道与停留罐脱硅方法，其特征在于二级多内管套 管预热器的热源为二级闪蒸器的蒸汽，二级闪蒸器的冷凝水进入二次汽冷凝水罐中，通过 二次汽冷凝水泵输送去热水站，多内管套管预热器内管输送料浆，外管通蒸汽。
3.按照权利要求1所述的粉煤灰的管道与停留罐脱硅方法，其特征在于新蒸汽压力为 0. 4 0. 6MPa，温度为 143 158°C。
4.按照权利要求1所述的粉煤灰的管道与停留罐脱硅方法，其特征在于多内管套管加 热器产生的冷凝水进入新蒸汽冷凝水罐，经新蒸汽冷凝水泵送入热水站含碱冷凝水系统或 送去热电厂清洁冷凝水系统。
5.按照权利要求1所述的粉煤灰的管道与停留罐脱硅方法，其特征在于缓冲槽的料 浆乏汽进入水冷式乏汽回收器，热量被进入回收器的35 37°C的低温循环水吸收，温度为 48 52°C的废汽从回收器顶部进入热水槽后排向大气，热水槽中的热水经热水泵送去热 水站。
全文摘要
一种粉煤灰的管道加停留罐脱硅方法，工艺过程为将粉煤灰加入到NaOH溶液中，调配成粉煤灰料浆，送入二级多内管套管预热器，预热到70～75℃；预热后的粉煤灰料浆进入多内管套管加热器，加热到130～135℃；然后料浆进入保温停留罐，在保温停留罐内停留1～2小时；脱硅后料浆进入二级闪蒸器，料浆逐级降温降压，然后料浆进入缓冲槽，通过缓冲泵将料浆送入常规的粉煤灰分离及洗涤工序，缓冲槽的料浆乏汽进入水冷式乏汽回收器，热量被低温循环水吸收。本发明方法具有热利用率高、能耗低、投资和运营成本低、流程简单、生产操作及清理检修方便等特点，能提高粉煤灰料浆铝硅比，能将粉煤灰中的二氧化硅脱除30～35％。
文档编号C01F7/06GK101811713SQ20091001329
公开日2010年8月25日 申请日期2009年8月21日 优先权日2009年8月21日
发明者张战军, 杨再明, 许文强, 邢国春, 闫学良, 黎娜 申请人:东北大学设计研究院(有限公司)