一种粉煤灰的全管道化加热反应的脱硅方法
【专利摘要】一种粉煤灰的全管道化加热反应的脱硅方法，涉及氧化铝生产【技术领域】，按以下步骤进行：（1）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℃；（2）进入多内管套管加热器，采用蒸汽加热到130~135℃以达到脱硅温度；（3）进入保温停留管道，停留1~2小时获得脱硅后料浆；（4）进入二级闪蒸器，逐级降温降压。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。
【专利说明】一种粉煤灰的全管道化加热反应的脱硅方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及氧化铝生产【技术领域】，特别涉及一种粉煤灰的全管道化加热反应的脱硅方法。
【背景技术】
[0002]内蒙古、山西、宁夏和陕西等地煤炭资源丰富，储量约1500亿吨。煤中氧化铝含量扩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。
[0003]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，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:第一种方法是传统石灰石烧结法: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。第二种方法是传统的碱一石灰烧结法:将粉煤灰和石灰、碳酸钠经高温烧结制成可溶性的铝酸钠及不溶性的硅酸钠等矿物，将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。以上两种方法都存在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。因此开发一种高效低能耗的粉煤灰综合利用方法是目前急需解决的问题。
【发明内容】
[0004]针对目前粉煤灰料浆存在铝硅比低的不足之处，本发明提供一种粉煤灰的全管道化加热反应的脱硅方法，达到提高粉煤灰浆液的铝硅比，降低成渣量的目的。粉煤灰经脱硅处理之后，脱硅液用于生产活性硅酸钙等硅制品，脱硅粉煤灰用碱石灰烧结法生产氧化铝。
[0005]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。
[0006]本发明的粉煤灰的全管道化加热反应的脱硅方法按以下步骤进行: 1、将氧化铝重量含量为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；调配的粉煤灰料浆采用的液固质量比按液(NaOH溶液):固(粉煤灰)=(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，将粉煤灰料浆温度预热到70-75°C ；
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，将粉煤灰料浆温度加热到13(Tl35°C以达到脱硅温度；
3、温度为13(T135°C的粉煤灰料浆进入保温停留管道，在保温停留管道内的反应停留时间为广2小时，以保证尽可能反应完全；发生的主要反应式为:
Al2O3 (非晶态)+2Na0H+aq — 2NaA102+ H2O +aq SiO2 (非晶态)+2Na0H+aq — Na2SiO3+ H20+aqNaAlO2+ Na2SiO3 —方钠石型化合物 反应完成后犾得脱娃后料衆;
4、脱硅后料浆进入二级闪蒸器，脱硅后料浆逐级降温降压；经一级闪蒸器脱硅后料浆的温度降至110~120°C，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压；经二级闪蒸器的脱硅后料浆温度降至100~110°C，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压；然后脱硅后料浆进入缓冲槽，通过缓冲泵将脱硅后料浆送入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。
[0007]上述方法中选用的保温停留管道为直径DN60(T300的无缝钢管。
[0008]上述方法中粉煤灰料浆进入保温停留管道时，粉煤灰料浆在保温停留管道内持续流动，流速为0.5^1.5m/s，保持物料不会沉淀。 [0009]上述方法中，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。
[0010]上述方法中，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。
[0011]上述方法中，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。
[0012]上述方法中，缓冲槽内产生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飞2°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。
[0013]上述方法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。
[0014]本发明粉煤灰的全管道化加热反应的脱硅方法中所述的管道，即指二级多内管套管预热器、多内管套管加热器和停留保温管道。
[0015]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)能提闻粉煤灰料楽招娃比(粉煤灰脱娃如后的招娃比可由0.81.0提闻至
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气.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；
(6)采用粉煤灰的全管道化保温满足脱硅反应时间，代替了传统的保温罐，减少了搅拌设施，降低了投资和占地面积和投资。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1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、保温停留管道，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。
【具体实施方式】
[0017]实施例1 工艺过程如下:
将氧化铝重量含量为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，调配的粉煤灰料浆采用的液固质量比按液: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，将粉煤灰料浆温度预热到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；
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，将粉煤灰料浆温度加热到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；
温度为133°C的粉煤灰料浆进入保温停留管道，在保温停留管道内的反应停留时间为
1.5小时，以保证尽可能反应完全；反应完成后获得脱硅后料浆；其中保温停留管道为直径DN 550的无缝钢管；粉煤灰料浆进入保温停留管道时，粉煤灰料浆在保温停留管道内持续流动，流速为0.8m/s，保持物料不会沉淀；
脱硅后料浆进入二级闪蒸器，脱硅后料浆逐级降温降压；经一级闪蒸器脱硅后料浆的温度降至115°C，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。经二级闪蒸器的脱硅后料浆温度降至105°C，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。然后脱硅后料浆进入缓冲槽，通过缓冲泵将脱硅后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;
缓冲槽内产生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%。
[0018]实施例2 工艺过程如下:
将氧化铝重量含量为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，调配的粉煤灰料浆采用的液固质量比按液: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，将粉煤灰料浆温度预热到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；
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，将粉煤灰料浆温度加热到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；
温度为135°C的粉煤灰料浆进入保温停留罐，在保温停留管道内的反应停留时间为2小时，以保证尽可能反应完全；反应完成后获得脱硅后料浆；其中保温停留管道为直径DN600的无缝钢管；粉煤灰料浆进入保温停留管道时，粉煤灰料浆在保温停留管道内持续流动，流速为0.5m/s，保持物料不会沉淀；
脱硅后料浆进入二级闪蒸器，脱硅后料浆逐级降温降压。经一级闪蒸器脱硅后料浆的温度降至120°C，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压；经二级闪蒸器的脱硅后料浆温度降至110°C，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压；然后脱硅后料浆进入缓冲槽，通过缓冲泵将脱硅后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;
缓冲槽内产生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%。
[0019]实施例3 工艺过程如下:将氧化铝重量含量为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，调配的粉煤灰料浆采用的液固质量比按液: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，将粉煤灰料浆温度预热到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；
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，将粉煤灰料浆温度加热到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；
温度为130°C的粉煤灰料浆进入保温停留管道，在保温停留管道内的反应停留时间为I小时，以保证尽可能反应完全；反应完成后获得脱硅后料浆；其中保温停留管道为直径DN300的无缝钢管；粉煤灰料浆进入保温停留管道时，粉煤灰料浆在保温停留管道内持续流动，流速为1.5m/s,保持物料不会沉淀；
脱硅后料浆进入二级闪蒸器，脱硅后料浆逐级降温降压；经一级闪蒸器脱硅后料浆的温度降至110°C，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。经二级闪蒸器的脱硅后料浆温度降至100°C，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽`压；然后脱硅后料浆进入缓冲槽，通过缓冲泵将脱硅后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;
缓冲槽内产生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】
1.一种粉煤灰的全管道化加热反应的脱硅方法，按以下步骤进行: (1)将氧化铝重量含量为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；调配的粉煤灰料浆采用的液固质量比按液: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，将粉煤灰料浆温度预热到7(T75°C ； (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，将粉煤灰料浆温度加热到13(Tl35°C以达到脱硅温度； 其特征在于: (3)温度为13(T135°C的粉煤灰料浆进入保温停留管道，在保温停留管道内的反应停留时间为1~2小时,反应完成后获得脱娃后料衆； (4)脱硅后料浆进入二级闪蒸器，脱硅后料浆逐级降温降压；经一级闪蒸器脱硅后料浆的温度降至110~120°C，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压；经二级闪蒸器的脱硅后料浆温度降至100~110°C，蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压；然后脱硅后料浆进入缓冲槽，通过缓冲泵将脱硅后料浆送入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。
2.根据权利要求1所述的一种粉煤灰的全管道化加热反应的脱娃方法，其特征在于选用的保温停留管道为直径DN60(T300的无缝钢管。
3.根据权利要求1所述的一种粉煤灰的全管道化加热反应的脱硅方法，其特征在于所述的粉煤灰料浆进入保温停留管道时，粉煤灰料浆在保温停留管道内持续流动，流速为.0.5~L 5m/s。
【文档编号】C01F7/02GK103641142SQ201310536014
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】许文强, 杨再明 申请人:东北大学设计研究院（有限公司）