专利名称：一种利用粉煤灰提铝残渣制备白炭黑的方法
技术领域：
本发明属于粉煤灰利用领域，涉及一种利用粉煤灰提铝残渣制备白炭黑的方法。
背景技术：
白炭黑即非晶态二氧化硅，又名水合二氧化硅，具有无毒、多孔性、高分散、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧和电绝缘性好等优异性能。因此，白炭黑在材料的众多领域 中都有应用，如橡胶工业、塑料工业、造纸工业、化学机械抛光、超细复合粒子等。粉煤灰是燃煤电厂排出的废弃物，我国是以煤炭为主要能源的国家，每年从电厂 排放的粉煤灰高达上亿吨，粉煤灰的排放不仅侵占大量土地，而且严重污染环境，如何处理 和利用粉煤灰成为一个十分重要的问题。另一方面，粉煤灰中含有多种可以利用的组分，如 氧化铝和二氧化硅。在资源日益贫乏的今天，从粉煤灰中提取氧化铝、氧化硅等物质是使粉 煤灰变废为宝、综合利用的有效途径，具有很好的社会效益和经济效益。根据煅烧条件的不同，粉煤灰可以分为煤粉炉粉煤灰和循环流化床粉煤灰。煤粉 炉粉煤灰是经过高温燃烧生成的(1400 1600°C )，其中的氧化铝组分呈玻璃态或高温含 铝矿物莫来石晶体、刚玉晶体的矿物形式而存在，稳定性非常高；而循环流化床灰燃烧温度 在850°C左右，较传统的煤粉炉灰燃烧温度大大降低。燃烧温度的不同决定了循环流化床灰 与传统的煤粉炉粉煤灰在物相组成上的本质差异，循环流化床灰的主要物相组成为无定形 偏高岭石，其主要化学组成二氧化硅、氧化铝及氧化铁均具有很好的活性。目前从粉煤灰中提取氧化硅的方法大致可以分为气相法和碱法两大类。气相法是 将粉煤灰与氟化物和浓硫酸反应制得氟化硅气体，然后经水解制得二氧化硅，如专利“一种 利用粉煤灰制取白炭黑、煤粉和氢氧化铝的方法(公开号CN10214961A) ”、“基于气相-溶 胶凝胶法由粉煤灰制备纳米白炭黑的方法(公开号CN1915811A)”、“粉煤灰气相法制备纳 米二氧化硅的方法(公开号CN1807240A) ”都是采用气相法从粉煤灰中提取二氧化硅。用 气相法可以得到高纯度的二氧化硅，但是反应中所使用的氟化物成本高，易对环境造成污 染，对设备的要求也较高。碱法是将粉煤灰与碳酸钠等在高温下煅烧，或将粉煤灰直接与氢 氧化钠溶液反应。在与碱的反应过程中粉煤灰中的氧化铝和氧化硅同时被活化，因此需要 进一步酸化(通过碳酸化反应或与硫酸/盐酸反应)对硅铝进行分离。如专利“一种利用 粉煤灰生产二氧化硅和氧化铝的方法(公开号CN10149935A)”、“利用高铝粉煤灰制取氧 化铝和白炭黑清洁生产工艺(公开号CN101041450A) ”、“利用粉煤灰生产氢氧化铝和硅酸 工艺方法(公开号CN101172634A) ”、“从粉煤灰中提取高纯氧化铝及硅胶的方法(公开号 CN10254933A) ”、“一种从粉煤灰中先提硅后提铝的方法(公开号CN101125656A) ”、“一种 从粉煤灰或炉渣中提取白炭黑的方法(公开号CN101306819A)”、“二次碳分制备白炭黑的 方法(公开号CN101077777A) ”、“用粉煤灰制备白炭黑和纯沸石分子筛的方法(公开号 CN1911800A) ”、“一种以无机矿物制备二氧化硅气凝胶的方法(公开号CN10224890) ”、“一 种从高铝粉煤灰中提取二氧化硅、氧化铝及氧化镓的方法(公开号CN101284668) ”均是利 用碱法从粉煤灰中提取二氧化硅。碱法，尤其是碳酸钠烧结法适合用于反应活性比较低的煤粉炉粉煤灰。对于活性较高的循环流化床粉煤灰，可以不经过直接煅烧活化，而采用酸溶 的方法将其中的氧化铝提取出来，由于酸不会与粉煤灰中的二氧化硅反应，经固液分离之 后，得到的提铝残渣主要成分为二氧化硅，用其制备白炭黑。由于在提取氧化铝过程中将原 粉煤灰中大部分的硅-铝化学键破坏，因此从粉煤灰提铝残渣中提取二氧化硅与直接从粉 煤灰中提取二氧化硅相比，二氧化硅反应活性更强，提取率也更高。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用粉煤灰提铝残渣生产白炭黑的方法。本发明的方法分为4个步骤碳酸钠烧结，酸溶陈化，过滤洗涤，干燥脱水，具体 为(1)碳酸钠烧结将粉煤灰提铝残渣与碳酸钠按质量比为1 1.0 1 1.6，优 选1 1.2 1 1.4的比例混合均勻，置于回转窑中，加热至750 900°C，优选800 8500C，在此温度反应20 40分钟，使提铝残渣熔融；(2)酸溶、陈化待烧结产物冷却至室温 90°C，优选60 80°C后，向其中加入质 量浓度为1 8%，优选3 6%的稀盐酸，盐酸与烧结物的比例为每公斤烧结物加入4 8升，优选5 7升盐酸，调节溶液pH值为3. 5 4. 5，使残渣中的非硅离子以卤化物形式 存在而硅则以硅酸形式存在；室温陈化2 10小时，使硅胶充分沉淀；(3)固液分离、洗涤经陈化后，通过加压过滤或减压过滤将硅胶沉淀与溶液分 开，并对获得的胶体反复洗涤至中性；(4)干燥脱水将洗涤后的胶体加水配制成固含为10 40wt%，优选25 35wt% 的料浆，在80 100°C进行喷雾干燥，即获得白炭黑产品。作为优选实施方式，本发明使用的粉煤灰是循环流化床粉煤灰，使用的粉煤灰提 铝残渣是循环流化床粉煤灰经盐酸或硫酸酸溶提取氧化铝后得到的固体残渣。产品白炭黑中SiO2含量大于90wt%，BET比表面积大于200m2/g，吸油值大于 3. 0ml/g，满足白炭黑HB/T3061的要求。本发明的有益之处是，对粉煤灰提铝残渣中的二氧化硅进行了充分提取利用，提 高了粉煤灰的综合利用率，降低了废渣排放量；方法简易，适于循环流化床粉煤灰中二氧化 硅提取，便于工业应用，没有污染。
图1是本发明方法的工艺流程图。
具体实施例方式结合具体实施方式
说明本发明，但本发明并不限于以下实施例。原料采用循环流化床粉煤灰经盐酸酸溶后得到的提铝残渣，其化学成分如表1所 示表1粉煤灰提铝残渣化学成分(wt % ) 实施例1 将粉煤灰提铝残渣与碳酸钠按质量比为1 1.3的比例混合，置于回转窑中，在 840°C反应30分钟，使提铝残渣熔融。待烧结产物冷却至室温后，向其中加入质量浓度为 5%的稀盐酸，盐酸与烧结物的比例为每公斤烧结物加入6升盐酸，调节溶液pH值为4. 0。 室温陈化6小时后减压过滤，将硅胶沉淀与溶液分开，水洗硅胶至中性。将洗涤后的胶体加 水调配成固含为30%的浆料，在80°C喷雾干燥可获得白炭黑产品。经测定，产品中SiO2含 量为95. 7wt%、比表面积为256m2/g、吸油值3. lml/g。实施例2将粉煤灰提铝残渣与碳酸钠按质量比为1 1.2的比例混合，置于回转窑中，在 830°C反应30分钟，使提铝残渣熔融。待烧结产物冷却至60°C后，向其中加入质量浓度为 4%的稀盐酸，盐酸与烧结物的比例为每公斤烧结物加入5升盐酸，调节溶液pH值为4. 0。 室温陈化10小时后减压过滤，水洗至中性。将洗涤后的胶体调配成固含为25%的浆料，在 90°C进行喷雾干燥，可获得白炭黑产品。经测定，产品中SiO2含量为94. 4wt%、比表面积为 227m2/g、吸油值 3. 0ml/g。实施例3将粉煤灰提铝残渣与碳酸钠按质量比为1 1.4的比例混合，置于回转窑中，在 800°C反应40分钟。待烧结产物冷却至80°C后，向其中加入质量浓度为6%的稀盐酸，盐酸 与烧结物的比例为每公斤烧结物加入7升盐酸，调节溶液pH值为3. 5。室温陈化10小时 后加压过滤，水洗至中性。将洗涤后的胶体调配成固含为35%的浆料，在90°C进行喷雾干 燥，可获得白炭黑产品。经测定，产品中SiO2含量为95. 9wt%、比表面积为243m2/g、吸油值 3. lml/g。
权利要求
一种利用粉煤灰提铝残渣生产白炭黑的方法，其特征在于，所述方法包括(1)碳酸钠烧结将粉煤灰提铝残渣与碳酸钠按质量比为1∶1.0～1∶1.6的比例混合均匀，置于回转窑中，在750～900℃反应20～40分钟，得烧结产物；(2)酸溶、陈化待烧结产物冷却至室温～90℃后，向其中加入质量浓度为1～8％的稀盐酸，盐酸与烧结产物的比例为每公斤烧结物加入4～8升盐酸，调节溶液pH值为3.5～4.5；室温陈化2～10小时；(3)固液分离、洗涤通过加压过滤或减压过滤将硅胶沉淀与溶液分开，并对获得的胶体反复洗涤至中性；(4)干燥脱水将洗涤后的胶体加水配制成固含为10～40wt％的料浆，在80～100℃进行喷雾干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中粉煤灰提铝残渣与碳酸钠质量 比为 1 1. 2 1 1. 4。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的加热温度为800 850°C。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中烧结产物冷却至60 80°C。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，向烧结产物中加入质量浓度 为3 6%的稀盐酸。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，盐酸与烧结物的比例为每公 斤烧结物加入5 7升盐酸。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，洗涤后的胶体加水配制成固 含为25 35衬％的料浆。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的方法，其特征在于，粉煤灰提铝残渣是循环流化 床粉煤灰经盐酸或硫酸酸溶提取氧化铝后得到的固体。
全文摘要
本发明公开了一种利用粉煤灰提铝残渣制备白炭黑的方法。本发明所述方法包括将粉煤灰与碳酸钠混合烧结，酸溶陈化，过滤洗涤，干燥脱水，即得白炭黑。本发明所得白炭黑中SiO2的含量大于90wt％，BET比表面积大于200m2/g，吸油值大于3.0ml/g。本发明对粉煤灰提铝残渣中的二氧化硅进行了充分提取利用，提高了粉煤灰的综合利用率，降低了废渣排放量；方法简易，适于循环流化床粉煤灰中的二氧化硅提取，便于工业应用，没有污染。
文档编号C01B33/12GK101844770SQ20101016191
公开日2010年9月29日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者张培萍, 张旭光, 李楠, 杨殿范, 郭昭华, 魏存弟 申请人:中国神华能源股份有限公司;神华准格尔能源有限责任公司