一种从粉煤灰中连续萃取生产速溶硅酸钠的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于硅酸钠资源化回收技术领域，具体地说，涉及一种从粉煤灰中连续萃取生产速溶硅酸钠的方法
【背景技术】
[0002]硅酸钠为白色结晶粉末状，溶于水和稀碱液，不溶于醇和酸，在空气中易吸湿潮解，水溶液呈碱性。硅酸钠的分子式为Na2O -nSi02,n为模数，模数等于I时为偏硅酸钠，模数在2.0?3.3(±0.10)时为速溶硅酸钠，其附加值远高于偏硅酸钠。速溶硅酸钠能快速溶于水，广泛应用于洗涤剂、陶瓷、电镀、纺织、印染、造纸、水泥、混凝土、耐火材料、油脂和皮革加工等工业领域。
[0003]粉煤灰是煤燃烧后的细颗粒分散状残余物，是火电厂的主要废弃物，中国的粉煤灰排放量正以每年亿吨的速度增长。粉煤灰的不断产生给煤炭企业和生态环境带来巨大压力，因此，开发和研宄粉煤灰的综合利用对煤的资源化利用和环境保护有着重要的经济和社会意义。
[0004]粉煤灰的主要化学成分为Al2O3和Si02，Al2O3含量为15?45% (wt,以下省略)，5102在40%以上。现有技术中，采用强酸或强碱提取粉煤灰中的Al2O3和Si02，Al2O3的生产已经实现工业化，而利用粉煤灰生产硅酸钠工艺技术尚处于工业的摸索阶段。
[0005]目前国内粉煤灰的综合利用以生产Al2O3为主，以分离出Al203之后的滤液生产副产硅酸钠。现有技术中，粉煤灰与碱液湿法生产硅酸钠，所得脱硅液模数很低(一般为0.4?0.7)，例如，中国专利申请号:201110120102.3，专利名称:利用粉煤灰生产九水偏硅酸钠的方法，该申请案公开了一种将粉煤灰加入到氢氧化钠溶液中进行脱硅，一次脱硅液的模数为0.5左右，二次脱硅后模数提升至1.0左右。文献报道和公开专利中主要采用加酸或二氧化碳气体的方式提高脱硅液的模数，如，中国专利申请号:201010125797.X，专利名称:一种利用粉煤灰制备五水偏硅酸钠的方法，该申请案公开了一种用二氧化碳气体制备非结晶水合二氧化硅，通过将非结晶水合二氧化硅投加到低模数脱硅液中提高脱硅液模数的方法。该方法虽然能够提高脱硅液的模数，但加二氧化碳气体会加剧碱的损失，同时会产生大量含盐废水，既增加了碱耗，又增加了废水处理负荷与成本。
[0006]中国专利申请号:200610000862.X，专利名称:一种提高拜耳法生产氧化铝循环效率的方法，该申请案公开了一种利用正辛醇、C6?C 2(|脂肪醇、碳链长度为C 13?C 18的烷基酚、氟代醇等单一萃取剂从拜耳法循环液中萃取氢氧化钠，从而提高拜耳法循环效率的方法。若采用萃取法将粉煤灰脱硅液中的硅酸钠与氢氧化钠分离，既能提高硅酸钠的模数，又能大大降低生产过程中的碱耗。但该方法并不适用于萃取粉煤灰脱硅液中的氢氧化钠，原因在于单一的萃取剂对氢氧化钠的萃取效率低、萃取效果差，且该方法采用的萃取剂价格昂贵，其经济效益差。
[0007]现有技术中提升脱硅液模数或回收碱时存在的以下几个问题:
[0008](I)加酸或二氧化碳气体会加剧碱的损失，增加原料碱的损耗；
[0009](2)加酸或二氧化碳气体，脱硅液中产生的盐需要大量的水清洗，因此产生大量含盐废水，导致废水处理成本增加；
[0010](3)萃取剂萃取效果差、萃取效率低且价格昂贵。
[0011]综上所述，对于本领域技术人员而言，如何满足利用粉煤灰生产硅酸钠工艺的产业化推广是没有解决的技术难题，既能生产高附加值速溶硅酸钠产品，又能保持高碱回收率的方法。
【发明内容】
[0012]1、本发明要解决的技术问题是:针对现有技术中存在的，提出一种从粉煤灰中连续萃取生产速溶硅酸钠的方法，可利用高效经济的复配萃取剂连续萃取生产高附加值速溶硅酸钠产品，同时保持高的碱回收率，降低原料碱的损耗，且避免大量含盐废水的产生，既提高产品收益又降低生产成本。
[0013]2、技术方案
[0014]为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是:
[0015]一种从粉煤灰中连续萃取生产速溶硅酸钠的方法，其步骤为:
[0016](A)在粉煤灰中加液碱制备脱硅液；
[0017](B)将步骤(A)中的脱硅液进行蒸发浓缩；
[0018](C)制备复配萃取剂；
[0019](D)将步骤⑶中经过浓缩的脱硅液投加到步骤(C)中的复配萃取剂中，在连续萃取反应器中完成一次萃取过程，上层为萃取剂和碱液的混合液，下层为一次硅酸钠溶液；
[0020](E)将步骤(D)中的一次硅酸钠溶液用步骤(B)中蒸发浓缩产生的水稀释，制备一次硅酸钠稀释溶液；
[0021](F)将步骤(E)中的一次硅酸钠稀释溶液投加步骤(C)中的复配萃取剂中，在连续萃取反应器中完成二次萃取过程，上层为复配萃取剂和碱液的混合液，下层为二次硅酸钠溶液；
[0022](G)重复步骤(E)至步骤(F) O?2次，完成连续萃取过程，上层为复配萃取剂和碱液的混合液，下层为目标硅酸钠溶液；
[0023](H)将步骤(D)、步骤(F)和步骤(G)中的上层萃取剂和碱液混合液进行蒸馏或精馏，分离后的萃取剂回用至步骤⑶、步骤(F)和步骤(G)中，分离后的碱液回用至步骤(A)中；
[0024](I)将步骤(G)中的下层目标硅酸钠溶液喷雾干燥，得到速溶硅酸钠产品，干燥过程中回收的萃取剂回用至步骤(D)、步骤(F)和步骤(G)中。
[0025]优选的，步骤(A)中的粉煤灰为电厂废弃物粉煤灰，其中3102的含量在30?50%，液碱的浓度为10?40%，粉煤灰与液碱I?3:1混合，脱硅温度为100?160°C，脱硅时间为I?2h，脱硅液的模数为0.4?0.7。
[0026]所述步骤(B)中脱娃液蒸发浓缩至原体积的20?100% ；
[0027]所述步骤(C)中的复配萃取剂由甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、2-丁醇、乙醚、四氢呋喃中的至少一种或多种混合物复配而成。步骤(C)中的复配萃取剂由甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、2-丁醇、乙醚、四氢呋喃中的混合物复配而成，其中甲醇:乙醇:丙醇:异丙醇:2- 丁醇:乙醚:四氢呋喃体积比为O?100:0?100:0?25:0?50:0?15:0?10:0 ?10。
[0028]所述步骤(D)中复配萃取剂与一次硅酸钠溶液以体积比计为0.3?3:1，下层一次硅酸钠溶液的模数提升至0.9?1.5。
[0029]所述步骤(E)中的稀释水用量为步骤(F)中下层二次硅酸钠溶液体积的0.2?8倍。
[0030]所述步骤(F)中的复配萃取剂与二次硅酸钠溶液的体积比为0.3?3:1。
[0031]所述步骤(G)中的下层目标硅酸钠溶液的模数提升至1.9?3.5，步骤(H)中的上层复配萃取剂和碱混合液的分离为蒸馏或精馏过程，碱的回收率为85?96%。
[0032]所述步骤(I)中喷雾干燥温度为150?300°C，干燥过程中复配萃取剂的回收为冷凝回收，速溶硅酸钠产品中Na2O的含量为18?28%，S12的含量为48?65%。
[0033]3、有益效果
[0034]本发明一种从粉煤灰中连续萃取生产速溶硅酸钠的方法，相比现有技术，具体效果为:
[0035](I)速溶硅酸钠产品中Na2O的含量18?28%，3丨02的含量为48?65%。
[0036](2)同时回收85?96%的碱，克服了现有技术中需加酸或二氧化碳气体提升脱硅液模数时损耗大量原料碱的技术难点，降低了碱的消耗。
[0037](3)避免了由于加酸或二氧化碳气体产生的含盐废水，降低了废水处理成本。
[0038](4)高效经济复配萃取剂克服了传统萃取剂萃取效率低、萃取效果差、成本高的缺点。
[0039](5)步骤⑶中蒸发浓缩产生的水回用至步骤(E)中套用，步骤⑶和步骤⑴中的复配萃取剂回用至步骤(D)、步骤(F)和步骤(G)中套用，步骤(H)中分离产生的碱液回用至步骤㈧中套用；可以循环使用，回收率高，损耗小，成本降低。
[0040](6)提高了产品收益的同时降低了生产成本，有利于其产业化推广。
【附图说明】
[0041]图1是本发明的简易工艺流程图。附图中箭头方向为本发明所述从粉煤灰中连续萃取生产速溶硅酸钠的方法工艺流程方向。
【具体实施方式】
[0042]为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0043]实施例1
[0044]结合附图，从粉煤灰中连续萃取生产速溶硅酸钠的方法，其步骤为:
[0045](A)、取S12含量为50% (下面未明确指出的均为重量百分比)的粉煤灰，浓度为30 %的液碱，粉煤灰与液碱按照重量2:1混合，脱硅温度为130°C，脱硅时间为2h，脱硅液的模数为0.6 ；
[0046](B)、将步骤㈧中脱硅液浓缩至原体积的50% ；
[0047](C)、制备复配萃取剂，甲醇:乙醇:丙醇体积比为100:50:10 ;
[0048](D)、将步骤⑶中经过浓缩的脱硅液投加到步骤(C)中的复配萃取剂中，在连续萃取反应器中完成一次萃取过程，复配萃取剂:脱硅液(体积比)为0.8:1，上层为复配萃取剂和碱液的混合液，下层一次娃酸钠溶液的模数为1.1 ;
[0049](E)、按照水:步骤(D)中一次硅酸钠溶液(体积比)为2:1制备一次硅酸钠稀释溶液，该稀释用水由步骤(B)中蒸发浓缩产生；
[0050](F)、将步骤(E)中的一次硅酸钠稀释溶液投加步骤(C)中的复配萃取剂中，在连续萃取反应器中完成二次萃取过程，复配萃取剂:一次硅酸钠溶液(体积比)为0.9:1，上层为复配萃取剂和碱液的混合液，下层二次硅酸钠溶液的模数为2.3 ;
[0051](G)重复步骤(E)至步骤(F) O次，上层为复配萃取剂和碱液的混合液，下层为目标硅酸钠溶液，目标硅酸钠溶液的模数2.3 ;
[0052](H)、将步骤(D)、步骤(F)和步骤(G)中的上层萃取剂和碱液混合液进行蒸馏或精馏，分离后的萃取剂回用至步骤⑶、步骤(F)和步骤(G)中，分离后的碱液回用至步骤(A)中，碱的回收率为95% ；
[0053](I)、将步骤(G)中的下层目标硅酸钠溶液150°C喷雾干燥，得到速溶硅酸钠产品，其中Na2O的含量为23.6%，S1jA含量为54.3%。
[0054]实施例2
[0055]本实施例的从粉煤灰中连续萃取生产速溶硅酸钠的方法，基本同实施例1，只是对一些参数进行了调整，仍能达到相同的效果。具体如下:
[0056](A)、取S12含量为45%的粉煤灰，浓度为12%的液碱，粉煤灰与液碱1:1混合，脱硅温度为145°C，脱硅时间为1.5h，脱硅液的模数为0.4 ；
[0057](B)将步骤(A)中脱硅液蒸发浓缩至原体积的95% ；
[0058](C)、制备复配萃取剂，甲醇:乙醇体积比为1:1;
[0059](D)将步骤⑶中经过浓缩的脱硅液投加到步骤(C)中的复配萃取剂中，在连续萃取反应器中完成一次萃取过程，复配萃取剂:脱硅液(体积比)为3:1，上层为复配萃取剂和碱液的混合液，下层一次硅酸钠溶液的模数为0.9 ;
[0060](E)、按照水:步骤(D)中一次硅酸钠溶液(体积比)为0.2:1制备一次硅酸钠稀