本发明属于粉煤灰利用的资源与环境领域，具体涉及一种粉煤灰碱溶提高预脱硅率的方法。
背景技术：
粉煤灰是一种源自燃煤电厂的工业固废，其含有大量的氧化铝和氧化硅。特别地，对于中国晋北-蒙西所产的粉煤灰而言，其铝含量分别可达40%以上，相当于我国中低品位铝土矿氧化铝含量。从粉煤灰中提取铝系产品（氧化铝、聚合氯化铝、结晶氯化铝等），合成铝硅系列产品（莫来石、高性能混凝土、轻骨料和陶瓷等）成为其资源化利用的重要方式。然而，铝硅比是粉煤灰提铝利用过程中的一个重要的参数，高的铝硅比不仅有助于提铝过程降低能耗、物耗，而且有助于合成好附加值的铝硅复合物。因此，在粉煤灰提铝资源化利用之前，进行预脱硅以提高粉煤灰的铝硅比成为一个关键工序。
目前常采用的含铝矿物预脱硅方法主要有浮选法、碱浸法和微生物法。相比较而言，碱浸法脱硅效果显著，能明显提高粉煤灰中铝硅比，得到广泛关注。专利cn101306928b“一种粉煤灰或炉渣预脱硅的方法”中，先将粉煤灰或炉渣焙烧活化，然后用氢氧化钠溶液在低温下脱硅；专利cn104043639b“一种脱硅灰的生产方法”中同样先采用焙烧活化，然后再用两段变温碱浸方法提高脱硅灰的铝硅比，这两种方法均需增加焙烧活化设备、且能耗较高。专利cn103332711b“高铝粉煤灰的深度脱硅方法”提供了一种两段深度脱硅方法，首先将高铝粉煤灰和氢氧化钠溶液混合进行初次预脱硅，然后用含硫酸钠和硫酸铝的溶液与初次脱硅灰混合得到生料浆，生料浆经焙烧得到熟料，并用酸液处理熟料，得到最终高铝硅比产物。该法虽可得到高铝硅比的脱硅灰，但操作过程较为复杂，并且存在物耗高、能耗高的缺陷。专利106904644a“一种脱硅粉煤灰及其制备方法和应用”中，对粉煤灰依次采用碱浸、酸浸、再碱浸的工艺，提高了脱硅率及脱硅粉煤灰的铝硅比，但该过程酸碱反复交替使用，滤饼中残留酸或碱与浸取液发生中和反应，有可能引起大量的物耗和能耗。专利cn105174292b“粉煤灰预脱硅方法和预脱硅反应方法和预脱硅浆液分离方法以及粉煤灰提铝方法”中，通过向碱液中添加醇胺和/或水溶性聚合物的方法，提高了粉煤灰预脱硅率。专利cn104591196a“一种高铝粉煤灰碱溶预脱硅的强化方法”中，通过向碱液中添加葡萄糖、edta和氟化钠的方法，提高了粉煤灰预脱硅率。这两种方法工艺简单、可有效提高粉煤灰预脱硅率，但对于高铝硅比要求的脱硅灰而言，仍无法满足需求。因此，开发一种更为高效的粉煤灰碱溶脱硅方法，提高预脱硅率，对于粉煤灰资源化利用显得尤为重要。
技术实现要素：
本发明针对现有技术存在能耗高、脱硅率低的问题，提高一种工艺简单、能耗低、脱硅效果显著的粉煤灰预脱硅方法，使其生产的脱硅灰适用于粉煤灰提铝制备铝系产品和铝硅系列产品等工艺。
本发明采用如下技术方案：
一种粉煤灰碱溶提高预脱硅率的方法，包括如下步骤：
第一步，采用超音速蒸汽磨的方式，粉磨细化粉煤灰；
第二步，按比例将细化后的粉煤灰与稀酸溶液混合，在常压反应釜中反应，反应结束后，固液分离，得到滤液和滤饼；
第三步，按比例将滤饼和氢氧化钠混合得到混合溶液，并向混合溶液中按比例加入添加剂，在常压反应釜中反应，反应结束后，固液分离得到脱硅灰和脱硅液。
第一步中所述粉磨细化粉煤灰的粒径小于10μm。
第二步中所述稀酸溶液包括盐酸、硫酸和硝酸中的任意一种，稀酸溶液的浓度为10%~30%，稀酸溶液和粉煤灰的质量比为4:1~6:1，反应温度为70~100℃，反应时间为60~120min。
第三步中所述氢氧化钠溶液的浓度为5%~30%，氢氧化钠溶液和滤饼的质量比为4:1~6:1，添加剂包括聚丙烯酰胺、乙二胺四乙酸和醇胺中的任意一种或多种混合，添加剂和粉煤灰的质量比为0.5:1~1:1，反应温度为70~100℃，反应时间为60~120min。
本发明中，首先通过超音速蒸汽磨将粉煤灰超细化，使其在后续反应过程中增加固液反应接触面，有利于脱硅反应的进行；然后先采用稀酸处理方式，预先分离走粉煤灰中部分可溶性铝，避免其碱浸脱硅过程中与脱硅液中已溶解的硅酸钠反应生成固相的钠铝硅水合物，因为后者的生成会造成脱硅率的显著下降；另外，在碱浸过程中，加入聚丙烯酰胺、乙二胺四乙酸、醇胺等分散剂，可以进一步将部分溶解的铝离子络合分散于脱硅液中，同样起到阻碍固相钠铝硅水合物的生成，促进粉煤灰碱溶预脱硅率的提高。
本发明的有益效果如下：
本发明工艺简单、能耗低，可通过超细化、酸处理、添加助剂等方式定向调控粉煤灰碱溶预脱硅过程，在粉煤灰颗粒超细化的基础上，采用酸处理预先分离铝以及碱浸过程中分散剂络合铝的组合方法，有效避免或减缓了碱浸过程中副产物钠铝硅水合物的生成，实现粉煤灰深度预脱硅。与粉煤灰直接碱浸脱硅相比，脱硅率显著提高了10-25%。
具体实施方式
实施例1
选用化学组成sio2为45.3%，al2o3为45.0%的粉煤灰，采用超音速蒸汽磨将其粉磨细化至10μm以下，然后将其与质量分数为10%的硫酸溶液，按照液固比为4:1加以混合，于常压反应釜中70℃下反应60min后，对所得浆液进行固液分离得到酸浸液和酸浸渣；将酸浸渣与质量分数为10%的氢氧化钠溶液，按照液固比为5:1加以混合，与此同时，在氢氧化钠液中添加与粉煤灰等质量的聚丙烯酰胺，混合物于常压反应釜中70℃下反应60min后，对所得浆液进行固液分离，测定脱硅液中二氧化硅溶出率为44.8%。作为对比，对相同的粉煤灰进行直接碱溶脱硅，即将其与质量分数为10%的氢氧化钠溶液，按照液固比为5:1加以混合，于常压反应釜中70℃下反应60min后，对所得浆液进行固液分离，测定脱硅液中二氧化硅溶出率仅为34.7%。通过对比发现，采用本发明所述方法，粉煤灰碱溶预脱硅率提高约10.1%。
实施例2
选用化学组成sio2为45.3%，al2o3为45.0%的粉煤灰，采用超音速蒸汽磨将其粉磨细化至10μm以下，然后将其与质量分数为10%的盐酸溶液，按照液固比为4:1加以混合，于常压反应釜中90℃下反应100min后，对所得浆液进行固液分离得到酸浸液和酸浸渣；将酸浸渣与质量分数为15%的氢氧化钠溶液，按照液固比为4:1加以混合，与此同时，在氢氧化钠液中添加与粉煤灰等质量的乙二胺四乙酸，混合物于常压反应釜中80℃下反应100min后，对所得浆液进行固液分离，测定脱硅液中二氧化硅溶出率为52.3%。作为对比，对相同的粉煤灰进行直接碱溶脱硅，即将其与质量分数为15%的氢氧化钠溶液，按照液固比为4:1加以混合，于常压反应釜中80℃下反应100min后，对所得浆液进行固液分离，测定脱硅液中二氧化硅溶出率仅为36.3%。通过对比发现，采用本发明所述方法，粉煤灰碱溶预脱硅率提高约16.0%。
实施例3
选用化学组成sio2为45.3%，al2o3为45.0%的粉煤灰，采用超音速蒸汽磨将其粉磨细化至10μm以下，然后将其与质量分数为20%的硝酸溶液，按照液固比为5:1加以混合，于常压反应釜中100℃下反应120min后，对所得浆液进行固液分离得到酸浸液和酸浸渣；将酸浸渣与质量分数为20%的氢氧化钠溶液，按照液固比为5:1加以混合，与此同时，在氢氧化钠液中添加与粉煤灰等质量的乙二胺四乙酸，混合物于常压反应釜中90℃下反应120min后，对所得浆液进行固液分离，测定脱硅液中二氧化硅溶出率为59.6%。作为对比，对相同的粉煤灰进行直接碱溶脱硅，即将其与质量分数为20%的氢氧化钠溶液，按照液固比为5:1加以混合，于常压反应釜中90℃下反应120min后，对所得浆液进行固液分离，测定脱硅液中二氧化硅溶出率仅为35.1%。通过对比发现，采用本发明所述方法，粉煤灰碱溶预脱硅率提高约24.5%。