专利名称：煤系高岭岩湿法制聚合氯化铝和高模数液体硅酸钠的制作方法
技术领域：
本发明属净水剂聚合氯化铝和用途广泛的液体硅酸钠联合生产方法。特别是以煤系高岭岩为主要原料，通过酸浸和酸溶渣分别粗细并碱溶生产聚合氯化铝和高模数液体硅酸钠的方法。
煤系高岭岩是煤矸石的一种，存在于煤层顶板、底板或夹层中。除可燃的挥发物和固定碳外，其组份接近Al2O3·2SiO2·2H2O的高岭岩理想组份。为利用其中的铝和硅氧化物，人们进行了大量研究。一种途径是通过酸溶，使Al2O3变为聚合氯化铝或硫酸铝。而为生产聚合氯化铝者往往采取单纯使用盐酸。许多研究者认为酸溶后的残渣就可以成为具高补强性沉淀二氧化硅(白炭黑)，其实虽然在SiO2含量，比表面积等指标方面都达到了沉淀二氧化硅的国家标准，但在橡胶实验中发现其补强效果甚差。这是由于这些研究者忽略了高补强性白炭黑必须具有良好的可分散性，而由简单酸溶得到的二氧化硅由于始终处于低PH值条件下，它的凝聚过程使颗粒团相当致密，而破坏了可分散性。随之就出现了先酸溶，再碱溶，以简单碱溶生产液体硅酸钠的方法。该方法是采用典型的湿法制液体硅酸钠的方法，即用NaOH溶液溶解酸溶渣。由于许多的酸溶渣中仍有Al2O3，Fe2O3等成分，在90℃左右的温度条件下它们往往会被碱液溶出，并在PH值稍低时形成赤泥，因而该法难以生产高模数液体硅酸钠。其实这和湿法制硅酸钠方法不能制高模数硅酸钠的状况一致。为解决这一问题，有的研究工作者在酸溶阶段采用两次逆流酸溶工艺以提高铝、铁的溶出率，减少对碱溶的干扰，这样做增加了酸溶的设备和工序，而且对于煤系高岭岩而言，经过低温煅烧并不能全部脱除挥发物和固定碳，它们的存在使铝、硅浸出率都难以达到很高的程度，自然不能在工业规模生产高模数硅酸钠。
本发明是将煤系高岭岩经流化床煅烧炉煅烧、磨细、在盐酸与硫酸混合溶液及部分循环酸浸液中反应，分离的液体产物除部分循环外经加石灰石或铝酸钙聚合为聚合氯化铝；分离的渣通过粗细分离，其粗料在75℃～80℃条件下与碱液先行反应生成低模数液体硅酸钠，此液体与细渣和调整过程产生的硅凝胶在90℃下再反应生成高模数液体硅酸钠。低模数硅酸钠偏多时可取其一部分加入饱和石灰清液进行苛化，回收碱液，其沉淀的硅酸钙与稀硫酸反应，滤去硫酸钙和硫酸铁得硅的酸溶胶，低模数液体硅酸钠调高其PH值出现硅凝胶。该硅凝胶可补入高摸数液体硅酸钠生产过程中，保证产品模数的准确度。
本发明的优势在于1)用流化床煅烧窑煅烧研究者普遍认识到煅烧温度的重要性，并认定650℃～750℃是酸溶的最佳煅烧温度。现有煅烧设备中，流化床煅烧窑是唯一能在650℃～750℃准确控温的设备。
2)用盐酸与硫酸混合溶液及部分循环酸溶液反应首先是在许多地区硫酸较盐酸便宜，硫酸的腐蚀性也低于盐酸。更重要的是当用石灰石或铝酸钙调整盐基度时会出现硫酸钙沉淀。这样既提高了盐基度也同时提高了Al2O3含量，保证这两项重要指标同时达到优等品标准。如单纯用盐酸浸出，聚合过程将产生CaCl2，虽提高了盐基度，但却降低了Al2O3，而且使固体产品易于潮解。部分酸浸液循环回用意在增加固液比，便于搅拌和分离；也可提高酸溶产物的初始盐基度，减少酸用量。
3)酸溶渣的粗细分级粗细颗粒组份不同，细颗粒SiO2纯度高，可以直接进入高模数硅酸钠生产过程。
4)粗颗粒低温低模数碱溶与常用的90℃～95℃比较，低温时硅溶出率虽有所下降，但铝的溶出率降低更明显，而且在90℃左右会加速已溶出的硅酸钠再返转生成Na2O·Al2O3·nSiO2的副反应，影响硅收率和产品质量。
5)高模数的二次反应一次碱溶使用低模数参数，首先是提高了总碱量和液固比，在搅拌、分离上都有益，溶出率也高。过多的碱量可以通过苛化和从酸溶胶制硅凝胶加以调整。而二次反应中加入细颗粒和硅凝胶可以顺利生成高模数产品。因此本工艺兼顾了高低模数反应的优势。原料也节省。
高模数液体硅酸钠既可直接作为商品出售，又是硅系列产品等的基础原料。
本发明是这样实现的1)煅烧将煤系高岭岩预破到-5目。送入循环流化床煅烧炉，在650℃～750℃的炉内平均停留2小时。冷却的煅烧料被磨细至-200目。
2)酸溶将磨细的煅烧料用酸溶渣洗水计量制成泥浆送入反应釜。液固比为2.5～3，加入的酸溶液中30％盐酸93％硫酸循环酸浸液水(含制浆用水)的体积比为1∶(0.1～0.3)∶(1.5～2)∶(1～1.2)。反应时间1.5～3小时，反应温度130℃(加压反应)。反应物卸入沉淀池，0.5～2小时后取悬浮液压滤，滤液部分循环，部分去聚合氯化铝工段，滤液在聚合反应釜中与计量加入的石灰石或铝酸钙反应，聚合反应温度为100℃～150℃，反应时间1～2小时。干燥聚合物中Al2O3含量超过32％，盐基度超过60％。滤饼洗净后送高模数硅酸钠反应工段。沉渣洗净送碱溶工段。
3)碱溶酸溶沉渣计量送入碱溶反应釜，碱液浓度为8～13％，液固比为3～5，反应温度为75℃～80℃，反应时间60～90分钟。经叶滤机得滤液送低模数硅酸钠储罐。
4)苛化和制硅胶取0～75％碱溶低模数液体硅酸钠以CaO与SiO2的当量比为0.8～0.95加入饱和石灰清液，煮沸1～2小时，滤液为循环用碱液，硅酸钙滤饼送硅凝胶工段。硅酸钙逐渐加入稀硫酸中，保持PH≤2，反应温度50℃。过滤硅酸钙，向滤液中加入低模数液体硅酸钠，调整PH＝3～5。反应温度40℃～50℃，陈化2小时，滤去清液得硅凝胶。
5)高模数液体硅酸钠生产将含硅碱液加热到90℃，计量加入酸溶细渣和硅凝胶，反应时间30分钟。
权利要求
1.用煤系高岭岩湿法生产聚合氯化铝和高模数液体硅酸钠工艺，其特征在于如下步骤1)煤系高岭岩经流化床煅烧炉煅烧、磨细、用盐酸与硫酸混合液反应，其酸浸液经加入石灰石或硅酸钙聚合为聚合氯化铝；2)酸浸渣分粗细两部分，其粗料与碱(NaOH)液反应生成低模数液体硅酸钠，此低模数液体硅酸钠与细酸浸渣及硅凝胶再反应生成高模数液体硅酸钠。当低模数液体硅酸钠数量偏多时，取其0～75％碱液低模数液体硅酸钠经加饱和石灰清液苛化，回收碱液；所沉淀的硅酸钙与稀硫酸反应得硅的酸溶胶，再用低模数液体硅酸钠调高PH值产生硅凝胶，该硅凝胶可补入高模数液体硅酸钠生产过程中，保证液体硅酸钠之模数值。
2.依据权利要求1，其特征在于将煤系高岭岩破碎到5目，在循环流化床煅烧炉中平均停留时间2小时，炉温650℃～750℃。冷却的煅烧料被磨细至200目。
3.依据权利要求1，其特征在于酸浸的液固比为2.5～3，所用的酸溶液中30％盐酸∶93％硫酸∶循环酸浸液∶水(含制浆用水)的体积比为1∶(0.1～0.3)(1.5～2)∶(1～1.2)。反应时间1.5～3小时，反应温度130℃(加压反应)。
4.依据权利要求1，其特征在于酸浸液和渣在沉淀池中沉淀0.5～2小时，其悬浮液经压滤，滤液在聚合反应釜中与计量加入的石灰石反应，聚合反应温度为100℃～150℃，反应时间1～2小时，干燥。聚合物中Al2O3含量超过32％，盐基度超过60％。
5.依据权利要求1，其特征在于碱溶用用碱液的NaOH含量为8～13％，固液比为3～5，反应温度为75℃～80℃，反应时间为60～90分钟。
全文摘要
本发明属净水剂聚合氯化铝和用途广泛的液体硅酸钠联合生产方法。特别是以煤系高岭岩为主要原料，通过酸浸和酸溶渣分别粗细并碱溶生产聚合氯化铝和高模数液体硅酸钠的方法。
文档编号C01F7/56GK1736863SQ20041005813
公开日2006年2月22日 申请日期2004年8月16日 优先权日2004年8月16日
发明者张 诚 申请人:张 诚