专利名称：一种利用高铝粉煤灰生产莫来石和硅酸钙的方法
技术领域：
本发明属于无机化工领域，涉及固体废弃物综合利用、耐火及填充材料的合成技术领域，具体涉及一种利用高铝粉煤灰生产莫来石和硅酸钙的方法。
背景技术：
莫来石(3A1203 · 2Si02)为铝的铝氧酸盐矿物，是Al2O3-SiO2体系在常压下唯一稳定存在的晶态化合物，具有耐火度高、抗热震性、抗化学侵蚀性、抗蠕变性能好、荷重软化温度高、体积稳定性好、电绝缘性强等优点，是理想的高级耐火材料，广泛应用于冶金、玻璃、 陶瓷、化学、电力、国防、燃气和水泥等工业。自然界中天然莫来石矿物很少，工业用莫来石主要为人工合成获得。现有技术中， 合成莫来石的方法主要有电熔法和烧结法。电熔法是将混合后的原料在电弧中熔融而成， 缺点是耗电量大、合成条件苛刻。烧结法按照所用原料性质不同可分为硅铝凝胶法和矿物相变法。其中硅铝凝胶法是分别采用无机和有机原料按照一定的化学组成制成硅铝胶体， 然后在高温下焙烧而成。缺点是能耗较高，而且有机原料价格昂贵。矿物相变法是以高铝矾土、高岭土、叶腊石、焦宝石等天然矿物于窑中高温煅烧而成，该方法的缺点是除能耗高外， 还由于其矿物组成与莫来石组成之间存在较大差异，造成莫来石转化率不高，浪费资源。也有技术采用粉煤灰掺入一定量铝矾土或工业级氧化铝经高温煅烧得到莫来石。该方法的缺点是掺入的原料中工业级氧化铝价格较高，同时铝矾土资源逐渐匮乏，受市场和政策影响较大。硅酸钙从广义上讲是氧化钙与二氧化硅的水合物，分子式可以表示为 CaO ^mSiO2 · ηΗ20，是一种新的硅酸盐产品，无毒无味。硅酸钙是替代钛白粉、锑白粉作为补强剂、增白剂、增稠剂的替代产品。除此之外，超细硅酸钙在涂料、油墨、日化、建材、装饰材料、蓄电池制造等各个行业均有广泛应用。特别在造纸工业中可用于轻量新闻纸及高档纸张的强化剂，今后我国的造纸工业将和国外一样，由生产酸性纸转向生产碱性纸，只适用于酸性纸的填料高岭土的使用会逐年递减，而硅酸钙能保证提高纸张质量，完全适合在碱性纸生产中作为纸浆坡料与纸板涂料而得到大的应用，是一个巨大的潜在市场。超细硅酸钙作为本发明方法联产的副产品，同传统方法相比，其生产成本与价格更低，具有极强的市场竞争力。CN 101508438B公开了一种以高岭土为原料制备莫来石的方法,属无机非金属技术领域。其制备步骤是先将高岭土煅烧成反应活性高的偏高岭石，煅烧产物经酸浸，使铝溶解于酸溶液中；按照莫来石的铝、硅比，从组分中分离出一部分硅；用氨水反应，使溶液中铝全部沉淀，将铝、硅沉淀一起过滤，洗涤数次，经去杂后在一定的温度下煅烧，得到超细莫来石。该发明以高岭土为原料制备莫来石，工艺操作比较复杂，且需要使用大量的高岭土资源。CN 102092734A涉及一种制备硅酸钠液和莫来石耐火材料的方法，特别是涉及一种利用粉煤灰制备硅酸钠液和莫来石耐火材料的方法。该发明是以磁选除铁后的粉煤灰为原料，经高温高压NaOH碱溶脱硅得硅酸钠液和脱硅粉煤灰，水洗干燥后得低钠脱硅粉煤灰；干燥低钠脱钠粉煤灰与粉状铝源和高岭土粉加水混合，压制成型，高温隧道窑灼烧得耐火材料。该发明技术方案制备过程中需要高温高压条件，对工艺条件及设备的要求较高，在原料中添加粉状铝源和高岭土粉组分，增加了生产成本。
发明内容
针对上述方法的不足，本发明提供了一种利用高铝粉煤灰生产莫来石和硅酸钙的方法。它不仅原料来源广泛、生产成本低、能耗小，而且由高铝粉煤灰直接生产产品，在原料中无需添加任何含铝组分，同时可联产用作造纸填料的硅酸钙，能产生显著的经济与环境效益，不产生二次固体污染物。为了达到上述目的，本发明通过如下技术方案实现一种利用高铝粉煤灰生产莫来石和硅酸钙的方法，包括以下步骤(I)将高铝粉煤灰与氢氧化钠溶液混合，进行脱硅反应；(2)将步骤(I)反应后的料浆分离，分别得到固相脱硅粉煤灰和液相粉煤灰脱硅母液；(3)将步骤(2)得到的固相脱硅粉煤灰依次进行水洗除碱、酸洗除杂、水洗除酸；(4)将步骤(3)得到的脱硅粉煤灰干燥、焙烧得到莫来石；(5)将步骤(2)得到的液相粉煤灰脱硅母液与石灰乳进行苛化反应得到料浆，进行分离后，固相产物经水洗、干燥后得到硅酸钙。本发明步骤(5)苛化反应分离后的液相溶液及步骤(3)和步骤(5)水洗所使用的工艺水均可经蒸发浓缩后得到碱液返回步骤(I)循环使用；蒸发水量为5 10%，例如
5.1%,6%,7%,8. 14%,9. 9%等，优选 6. 91 8. 18%，进一步优选 7. 28%。本发明所述步骤(I)前首先将高铝粉煤灰进行预处理，进行预处理后，高铝粉煤灰与氢氧化钠溶液的反应进行更充分，更有利于后续工序的进行。所述预处理采用氧化铝球石作为研磨介质，放入球磨机中进行，本领域技术人员能够获知的其他可用于球磨的研磨介质均可用于高铝粉煤灰的研磨，此处也不限制于球磨方式，其他研磨方式均可用于实施本发明；研磨介质与粉煤灰的质量比为I. 3 5 1，例如L31 1,2. 03 1,2. 97 1， 4.95 I等，优选2 3 1，进一步优选2. 6 I ;研磨时间为O. 5 4h，例如O. 51h，
I.03h，2. 5h，3h，3. 94h等，优选I 4h，进一步优选2h ;将研磨后的粉煤灰过100 320目筛，例如115目筛，130目筛，175目筛，230目筛，270目筛，300目筛等，优选过120 320目筛，进一步优选过200目筛。本发明步骤⑴所述氢氧化钠溶液浓度为5 30%，例如5. 1%,10. 2%,15. 5%, 24. 98%,27%,29. 9%等，优选10 25%，进一步优选15%;氢氧化钠溶液与高铝粉煤灰的液固比为 0.5 9 1，例如 O.52 1,2.12 1,3.4 1,4. 9 1,7 1,8.5 1,8.99 I 等，优选2 5 1，进一步优选3 I ;反应温度为90 150°C，例如90. 11°C，104. 7°C， 122。。，129. 7°C，135°C，149. 8°C等，优选 104 130°C，进一步优选 120°C;反应时间为 O. 5 12h，例如 O. 52h，l. 04h，2. 3h，6. 97h，10h，ll. 95h 等，优选 I 7h，进一步优选 2h ;搅拌速率为 150 750r · mirf1,例如 150. 07r · mirT1,190r · mirT1, 230r · mirT1, 245. 15r · mirT1, 360r · mirT1,420r · min-1,481. 5r · mirT1,600r · mirT1,698r · mirT1, 745. 89r · mirT1 等，优选245 700r · mirT1,进一步优选 600r · mirT1。本发明所述步骤(3)中固相脱硅粉煤灰的水洗采用工艺水与脱硅粉煤灰的液固比为 I : I 3 1，例如1.1 I, I. 5 1,2.04 1,2. 3 1,2.65 1,2.9 I 等； 揽拌速率为 150 750r · mirT1,例如 152r · mirT1,180r · mirT1, 210r · mirT1, 290r · mirT1, 380r .mirT1,450r .mirT1, 580r *min_1,615r *min_1,648r .mirT1 等，优选 200 400r .mirT1, 进一步优选 300r · mirT1 ;洗涤温度为 20 95。。，例如 22°C，35°C，42°C，55°C，61°C，70°C， 76 V，83°C，90 V，94. 8°C等，优选60 80°C，进一步优选80 V ;洗涤时间为O. 5 12h，例如 O. 52h, I. 2h, I. 8h，3h，4. 6h，6h，9h，llh, 11. 8h 等，优选 I 2h，进一步优选 lh。所述步骤(3)中脱硅粉煤灰的酸洗采用盐酸作为浸出剂，盐酸浓度为5 30%， 可以选择 5. 02%,10.3%,21%,21. 89 %，26 %，29. 8 % 等，优选 10 22%，进一步优选 20% ;盐酸与脱硅粉煤灰的液固比为I : I 3 : 1，例如1.1 1,1.5 1,2. 04 1，
2.3 1,2. 65 1,2. 9 I等，优选2 I 3 1，进一步优选3 I;搅拌速率为 150 750r · mirT1,例如 155r · min-1,170r · min-1, 210r · min-1, 290r · min-1, 380r · mirT1, 450r · min-1, 580r · min-1,600r · min-1,649r · mirT1 等，优选 200 400r · mirT1,进一步优选 300r .mirT1 ；洗涤温度为 20 95°C，例如 22°C，35°C，42°C，55°C，61°C，70°C，76°C，83°C， 90°C，94.8°C等，优选60 80°C，进一步优选80°C ;洗涤时间为O. 5 12h，例如O. 52h，
1.2h, I. 8h，3h，4. 6h，6h，9h，llh, 11. 8h 等，优选 I 2h，进一步优选 lh。本发明所述步骤⑷中脱硅粉煤灰的干燥温度为80 150°C，例如80.05°C， 95°C, 100. 31°C, 115°C, 128°C, 132°C, 134. 97°C, 146°C, 149. 83°C等，优选 100 135°C，进一步优选120°C ;干燥至恒重进行焙烧，焙烧温度950 1800°C，例如950. 03°C, 1000°C, 1200. 45 V，1480 V，1545 V，1597 V，1700 V，1798 V 等，优选 1200 1600 V，进一步优选 14000C ;焙烧时间 O. 5 4h,例如 O. 51h, I. 02h, 2. 3h, 2. 48h, 3h, 3. 43h, 3. 95h 等，优选 I
2.5h，进一步优选2h。本发明步骤(5)所述石灰乳由水与氢氧化钙或氧化钙按液固比为I : I 5 : I 配制而成，例如 I. I 1,2 1,2. 8 1,3. 2 1,4 1,4. 3 1,4. 8 I 等，优选 2 I 3 1，进一步优选3 I ;苛化反应采用钙硅比(石灰乳中的CaO与粉煤灰脱硅母液中的 Si02 物质的量之比)为 I : O. 5 I. 2，例如 I : O. 52，I 6,1 O. 82，I O. 97, I I. 18等，优选I : O. 8 I. 2，进一步优选I : I ;搅拌速率为80 800r .mirT1,例如 85r · mirT1, IOOr · mirT1,130r · mirT1,155r · mirT1,170r · mirT1, 210r · mirT1, 290r · mirT1, 380r · min-1,450r · min-1, 580r · min-1,600r · min-1,649r · min-1, 730r · min-1, 790r · mirT1 等，优选200 400r · mirT1，进一步优选300r · mirT1 ;苛化温度为65 150°C，例如68。。， 75°C，82°C，100°C，124°C，140°C，148°C等，优选 80 130°C，进一步优选 95°C ；苛化时间为
O.3 5h,例如 O. 45h, lh, I. 3h, I. 8h, 2. lh, 3h, 3. 5h, 4. 2h, 4. 8h 等，优选 0· 4 2h,进一步优选I. 5h0步骤(5)所述水洗采用工艺水与固相产物的液固比为I : I 3 1，例如 LI 1,1.5 1,2. 04 1,2.3 1,2. 65 1,2.9 I 等，搅拌速率为 150 750r .mirT1， 例如 155r · mirT1，170r · mirT1，210r · mirT1，290r · mirT1，380r · mirT1，450r · mirT1， 580r .mirT1,600r .mirT1,649r .mirT1 等，优选 200 400r .mirT1,进一步优选 300r .mirT1 ;洗涤温度为 20 95°C，例如 22°C，35°C，42°C，55°C，6rC，70°C，76°C，83°C，90°C，94. 8°C等，优选60 80°C，进一步优选800C;洗涤时间为O. 5 12h，例如O. 52h，I. 2h，I. 8h，3h，4. 6h， 6h，9h，llh，11.8h等，优选I 2h，进一步优选Ih ;干燥温度为80 120°C，例如81. 2°C， 92°C，100. 07°C，108°C，117. 95°C，119. 9°C等，优选 100 118°C，进一步优选 105°C。与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果I)原料高铝粉煤灰为电厂废弃物，无需另外加入铝矾土或工业氧化铝等铝源，可实现废物资源化利用，工艺过程不产生二次固体污染物，社会效益显著，生产成本大大降低。2)通过高铝粉煤灰同氢氧化钠的脱硅反应实现了高铝粉煤灰中铝硅资源的有效分离与完全利用，分别得到莫来石和硅酸钙，真正做到“吃干榨净”，充分利用资源。
附图I为本发明具体实施方式
的工艺流程图。下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的权利范围以权利要求书为准。
具体实施例方式为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下实施例I将高铝粉煤灰放入球磨机干磨，以氧化铝球石作为研磨介质，按研磨介质和粉煤灰的质量比为3 I研磨lh，磨细的粉煤灰过100目筛。将15%的氢氧化钠溶液同磨细的粉煤灰按液固比3 I混合并移入反应釜中于600r 11^11_1，1301下反应211。将反应后的物料移入过滤机中分离，分别得到固相脱硅粉煤灰和液相硅酸钠溶液，将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比3 : I混合，并在300r · min'SOt下洗涤lh。将20%的盐酸与水洗后的脱硅粉煤灰按液固比3 I混合；并在300r !1^11_1、801下洗涤111。将工艺水与酸洗后的脱硅粉煤灰按液固比3 I混合，并在SOOr.min'SOt下洗涤lh。将水洗后的脱硅粉煤灰于120°C下干燥至恒重。将干燥的脱硅粉煤灰移至回转窑，并于1400°C下焙烧lh，得到莫来石产品，其氧化铝含量为62. 2%。将脱硅反应得到的粉煤灰脱硅母液与石灰乳按钙硅比 (石灰乳中的CaO与粉煤灰脱硅母液中的SiO2物质的量之比)为I : I混合，并移入苛化槽中在300r · min'gst下反应I. 5h。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相硅酸钙渣和氢氧化钠溶液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比3 : I混合，并在300r
80°C下洗涤lh。将水洗后的硅酸钙渣在105°C下干燥至恒重得到硅酸钙产品，其氧化钙含量为43. 2%，钙硅比为I. 030。苛化后的氢氧化钠溶液经蒸发浓缩后返回脱硅反应循环使用，蒸发水量为7.83%。苛化反应的液相溶液及洗涤水经蒸发浓缩后返回高铝粉煤灰和氢氧化钠反应中循环使用，蒸发水量为7. 83%。实施例2将高铝粉煤灰放入球磨机干磨，以氧化铝球石作为研磨介质，按研磨介质和粉煤灰的质量比为3 I研磨lh，磨细的粉煤灰过200目筛。将5%的氢氧化钠溶液与磨细的粉煤灰按液固比2 I混合，并移入反应釜中在700r Mirr1UOfC下反应2h。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相脱硅粉煤灰和粉煤灰脱硅母液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比2 : I混合，并在600r · min'SOt下洗涤lh。将22%的盐酸与水洗后的脱硅粉煤灰按液固比2 I混合；并在300r !1^11_1、801下洗涤111。将工艺水与酸洗后的脱硅粉煤灰按液固比2 : I混合，并在600r · min'SOt下洗涤lh。将水洗后的脱硅粉煤灰在120°C下干燥至恒重。将干燥的脱硅粉煤灰移至回转窑，并在1600°C下焙烧lh，得到莫来石产品，其氧化铝含量为57. 5%。将脱硅反应得到的粉煤灰脱硅母液与石灰乳按钙硅比 (石灰乳中的CaO与粉煤灰脱硅母液中的SiO2物质的量之比)为I : I混合，并移入苛化槽中在300r · min'gst下反应I. 5h。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相硅酸钙渣和氢氧化钠溶液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比3 : I混合，并在300r 80°C下洗涤lh。将水洗后的硅酸钙渣在100°C，干燥至恒重得到硅酸钙产品，其氧化钙含量为45. 2%，钙硅比I. 012。苛化后的氢氧化钠溶液经蒸发浓缩后返回脱硅反应循环使用，蒸发水量为6.91%。实施例3将高铝粉煤灰放入球磨机干磨，以氧化铝球石作为研磨介质，按研磨介质和粉煤灰的质量比为3 I研磨lh，磨细的粉煤灰过200目筛。将10%的氢氧化钠溶液与磨细的粉煤灰按液固比2 I混合，并移入反应釜中在600r MirT1UOfC下反应lh。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相脱硅粉煤灰和粉煤灰脱硅母液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比2 : I混合，并在600r · min'SOt下洗涤lh。将20%的盐酸与水洗后的脱硅粉煤灰按液固比2 I混合；并在300r !1^11_1、801下洗涤111。将工艺水与酸洗后的脱硅粉煤灰按液固比2 : I混合，并在600r ^irT1、80°C下洗涤lh。将水洗后的脱硅粉煤灰在 135°C下干燥至恒重。将干燥的脱硅粉煤灰移至回转窑，并在1400°C下焙烧lh，得到莫来石产品，其氧化铝含量为60. I %。将脱硅反应得到的粉煤灰脱硅母液与石灰乳按钙硅比(石灰乳中的CaO与粉煤灰脱硅母液中的SiO2物质的量之比)为I : 1.2混合，并移入苛化槽中在300r · min'gst下反应I. 5h。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相硅酸钙渣和氢氧化钠溶液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比3 I混合，并在300r mirT1、 80°C下洗涤lh。将水洗后的硅酸钙渣在105°C下干燥至恒重得到硅酸钙产品，其氧化钙含量为43. 5%，钙硅比I. 015。苛化后的氢氧化钠溶液经蒸发浓缩后返回脱硅反应循环使用， 蒸发水量为8. 18%。实施例4将高铝粉煤灰放入球磨机干磨，以氧化铝球石作为研磨介质，按研磨介质和粉煤灰的质量比为2. 6 I研磨2h，磨细的粉煤灰过120目筛。将10%的氢氧化钠溶液与磨细的粉煤灰按液固比3 I混合，并移入反应釜中在600r下反应O. 5h。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相脱硅粉煤灰和粉煤灰脱硅母液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比3 1混合，并在6001'*1^11_1、801下洗涤111。将20%的盐酸与水洗后的脱硅粉煤灰按液固比2 I混合；并在SOOr.min'SOt下洗涤lh。将工艺水与酸洗后的脱硅粉煤灰按液固比2 I混合，并在600r · min'SOt下洗涤lh。将水洗后的脱硅粉煤灰在120°C下干燥至恒重。将干燥的脱硅粉煤灰移至回转窑，并在1400°C下焙烧lh，得到莫来石产品，其氧化铝含量为61. 0%。将脱硅反应得到的粉煤灰脱硅母液与石灰乳按钙硅比(石灰乳中的CaO与粉煤灰脱硅母液中的SiO2物质的量之比)为I : I混合，并移入苛化槽中在3001'*1^11_1、951下反应1.511。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相硅酸钙渣和氢氧化钠溶液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比3 : I混合，并在300r 80°C下洗涤lh。将水洗后的硅酸钙渣在120°C下干燥至恒重得到硅酸钙产品，其氧化钙含量为42. 7%，钙硅比I. 022。苛化后的氢氧化钠溶液经蒸发浓缩后返回脱硅反应循环使用， 蒸发水量为8.07%。实施例5将高铝粉煤灰放入球磨机干磨，以氧化铝球石作为研磨介质，按研磨介质和粉煤灰的质量比为3 I研磨lh，磨细的粉煤灰过320目筛。将15%的氢氧化钠溶液与磨细的粉煤灰按液固比3 1混合，并移入反应釜中在7501'*11^11_1、951下反应111。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相脱硅粉煤灰和粉煤灰脱硅母液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比3 : I混合，并在600r · min'SOt下洗涤lh。将20%的盐酸与水洗后的脱硅粉煤灰按液固比3 I混合；并在300r !1^11_1、801下洗涤111。将工艺水与酸洗后的脱硅粉煤灰按液固比3 : I混合，并在600r · min'SOt下洗涤lh。将水洗后的脱硅粉煤灰在120°C下干燥至恒重。将干燥的脱硅粉煤灰移至回转窑，并在1200°C下焙烧2h，得到莫来石产品，其氧化铝含量为58. 6%。将脱硅反应得到的粉煤灰脱硅母液与石灰乳按钙硅比 (石灰乳中的CaO与粉煤灰脱硅母液中的SiO2物质的量之比)为I : I混合，并移入苛化槽中在300r · min'gst下反应I. 5h。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相硅酸钙渣和氢氧化钠溶液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比3 I混合，并在300r · min-1、 80°C下洗涤lh。将水洗后的硅酸钙渣在105°C下干燥至恒重得到硅酸钙产品，其氧化钙含量为40. 8%，钙硅比O. 995。苛化后的氢氧化钠溶液经蒸发浓缩后返回脱硅反应循环使用， 蒸发水量为7.28%。实施例6将高铝粉煤灰放入球磨机干磨，以氧化铝球石作为研磨介质，按研磨介质和粉煤灰的质量比为I. 3 I研磨4h，磨细的粉煤灰过200目筛。将30%的氢氧化钠溶液与磨细的粉煤灰按液固比2 I混合，并移入反应釜中载600r 11^11_1、901下反应611。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相脱硅粉煤灰和粉煤灰脱硅母液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比3 I混合，并在150r .mirT1、20°C下洗涤12h。将5%的盐酸与水洗后的脱硅粉煤灰按液固比I : I混合；并在150r ^irT1、20°C下洗涤12h。将工艺水与酸洗后的脱硅粉煤灰按液固比3 I混合，并在600r · min'SOt下洗涤lh。将水洗后的脱硅粉煤灰在150°C下干燥至恒重。将干燥的脱硅粉煤灰移至回转窑，并在950°C下焙烧4h，得到莫来石产品，其氧化铝含量为57. 2%。将脱硅反应得到的粉煤灰脱硅母液与石灰乳按钙硅比 (石灰乳中的CaO与粉煤灰脱硅母液中的SiO2物质的量之比)为I : 0.5混合，并移入苛化槽中在300r · min'gst下反应2h。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相硅酸钙渣和氢氧化钠溶液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比2 : I混合，并在300r
95°C下洗涤2h。将水洗后的硅酸钙渣在118°C下干燥至恒重得到硅酸钙产品，其氧化钙含量为42. 0%，钙硅比O. 987。苛化后的氢氧化钠溶液经蒸发浓缩后返回脱硅反应循环使用， 蒸发水量为6.95%。实施例7将高铝粉煤灰放入球磨机干磨，以氧化铝球石作为研磨介质，按研磨介质和粉煤灰的质量比为3 I研磨2h，磨细的粉煤灰过275目筛。将5%的氢氧化钠溶液与磨细的粉煤灰按液固比9 I混合，并移入反应釜中在150r · π η'ΙδΟ 下反应12h。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相脱硅粉煤灰和粉煤灰脱硅母液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比3 : I混合，并在600r · min'SOt下洗涤lh。将30%的盐酸与水洗后的脱硅粉煤灰按液固比3 I混合；并在300r !1^11_1、801下洗涤111。将工艺水与酸洗后的脱硅粉煤灰按液固比3 : I混合，并在750r · !!!'951:下洗涤O. 5h。将水洗后的脱硅粉煤灰在80°C下干燥至恒重。将干燥的脱硅粉煤灰移至回转窑，并在1800°C下焙烧0.5h，得到莫来石产品，其氧化铝含量为55. 6%。将脱硅反应得到的粉煤灰脱硅母液与石灰乳按钙硅比 (石灰乳中的CaO与粉煤灰脱硅母液中的SiO2物质的量之比)为I : I混合，并移入苛化槽中在SOOr π η'ΙδΟ 下反应O. 3h。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相硅酸钙渣和氢氧化钠溶液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比2 : I混合，并在750r 20°C下洗涤12h。将水洗后的硅酸钙渣在80°C下干燥至恒重得到硅酸钙产品，其氧化钙含量为38. 0%，钙硅比O. 984。苛化后的氢氧化钠溶液经蒸发浓缩后返回脱硅反应循环使用， 蒸发水量为10. 00%。实施例8将高铝粉煤灰放入球磨机干磨，以氧化铝球石作为研磨介质，按研磨介质和粉煤灰的质量比为5 I研磨O. 5h，磨细的粉煤灰过320目筛。将30%的氢氧化钠溶液与磨细的粉煤灰按液固比O. 5 I混合，并移入反应釜中在750r · π η'ΙδΟ 下反应O. 5h。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相脱硅粉煤灰和粉煤灰脱硅母液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比I : I混合，并在750r · π η'θδ 下洗涤O. 5h。将20%的盐酸与水洗后的脱硅粉煤灰按液固比3 I混合；并在SOOr.min'SOt下洗涤lh。将工艺水与酸洗后的脱硅粉煤灰按液固比3 I混合，并在600r · min'SOt下洗涤lh。将水洗后的脱硅粉煤灰在150°C下干燥至恒重。将干燥的脱硅粉煤灰移至回转窑，并在1100°C下焙烧
2.5h，得到莫来石产品，其氧化铝含量为63. 8%。将脱硅反应得到的粉煤灰脱硅母液与石灰乳按钙硅比(石灰乳中的CaO与粉煤灰脱硅母液中的SiO2物质的量之比)为I : I. 05混合，并移入苛化槽中在80r · min'est下反应5h。将反应后的料浆移入过滤机中分离，分别得到固相硅酸钙渣和氢氧化钠溶液。将工艺水与脱硅粉煤灰按液固比I : I混合，并在 150r · π η'θδ 下洗涤O. 5h。将水洗后的硅酸钙渣在120°C下干燥至恒重得到硅酸钙产品，其氧化钙含量为44. 1%，钙硅比I. 005。苛化后的氢氧化钠溶液经蒸发浓缩后返回脱硅反应循环使用，蒸发水量为8. 10%。申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的生产方法，但本发明并不局限于上述生产步骤，即不意味着本发明必须依赖上述生产步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
权利要求
1.一种利用高铝粉煤灰生产莫来石和硅酸钙的方法，包括以下步骤(1)将高铝粉煤灰与氢氧化钠溶液混合，进行脱硅反应；(2)将步骤(I)反应后的料浆分离，分别得到固相脱硅粉煤灰和液相粉煤灰脱硅母液；(3)将步骤(2)得到的固相脱硅粉煤灰依次进行水洗除碱、酸洗除杂、水洗除酸；(4)将步骤(3)得到的脱硅粉煤灰干燥、焙烧得到莫来石；(5)将步骤(2)得到的液相粉煤灰脱硅母液与石灰乳进行苛化反应得到料浆，进行分离后，固相产物经水洗、干燥后得到硅酸钙。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤(I)前首先将高铝粉煤灰进行预处理。
3.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于，步骤(5)苛化反应后的液相溶液及步骤(3)和步骤(5)水洗所使用的工艺水均可经蒸发浓缩后返回步骤(I)循环使用；蒸发水量为5 10%，优选6. 91 8. 18%，进一步优选7. 28%。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述预处理采用氧化铝球石作为研磨介质；研磨介质与粉煤灰的质量比为1.3 5 1，优选2 3 1，进一步优选2. 6 I ;研磨时间为O. 5 4h，优选I 4h，进一步优选2h ;将研磨后的粉煤灰过100 320目筛，优选过120 320目筛，进一步优选过200目筛。
5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，步骤(I)所述氢氧化钠溶液浓度为 5 30 %，优选10 25 %，进一步优选15 %;氢氧化钠溶液与高铝粉煤灰的液固比为O. 5 9 1，优选2 5 1，进一步优选3 I ;反应时间为O. 5 12h，优选I 7h，进一步优选 2h ;揽拌速率为 150 750r · mirf1,优选 245 700r · mirf1,进一步优选 600r · mirf1 ； 反应温度为90 150°C，优选104 130°C，进一步优选120°C。
6.如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中固相脱硅粉煤灰的水洗采用工艺水与脱硅粉煤灰的液固比为I : I 3 : I ;搅拌速率为150 750r优选200 400r · mirT1，进一步优选300r · mirT1 ;洗涤温度为20 95°C，优选60 80°C， 进一步优选80°C ;洗涤时间为O. 5 12h，优选I 2h，进一步优选Ih。
7.如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中脱硅粉煤灰的酸洗采用盐酸作为浸出剂，盐酸浓度为5 30%，优选10 22%，进一步优选20% ;盐酸与脱硅粉煤灰的液固比为I : I 3 : 1，优选2 : I 3 : 1，进一步优选3 I ;搅拌速率为 150 750r · mirT1,优选200 400r · mirT1,进一步优选300r · mirT1 ;洗漆温度为20 95°C，优选60 80°C，进一步优选80°C ;洗涤时间为O. 5 12h，优选I 2h，进一步优选 Ih0
8.如权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中脱硅粉煤灰的干燥温度为80 150°C，优选100 135°C，进一步优选120°C ;干燥至恒重进行焙烧，焙烧温度950 1800°C，优选1200 1600°C，进一步优选1400°C ;焙烧时间O. 5 4h，优选I 2.5h，进一步优选2h。
9.如权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述石灰乳由水与氢氧化钙或氧化钙按液固比为I : I 5 : I配制而成，优选2 : I 3 : I，进一步优选3 I ； 苛化反应采用钙硅比为I : O. 5 I. 2，优选I : O. 8 I. 2，进一步优选I : I ;搅拌速率为80 800r · mirf1,优选200 400r · mirT1,进一步优选300r · mirT1 ;苛化温度为65 150°C，优选80 130°C，进一步优选95°C;苛化时间为O. 3 5h，优选O. 4 2h，进一步优选 I. 5h。
10.如权利要求1-9之一所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述水洗采用工艺水与固相产物的液固比为I I 3 I ;搅拌速率为150 750r .mirT1,优选200 400r 进一步优选300r .mirT1 ;洗涤温度为20 95°C，优选60 80°C，进一步优选80°C;洗涤时间为O. 5 12h，优选I 2h，进一步优选Ih ;干燥温度为80 120°C，优选100 118°C， 进一步优选105 °C。
全文摘要
本发明涉及一种利用高铝粉煤灰生产莫来石和硅酸钙的方法，涉及固体废弃物综合利用、耐火及填充材料的合成技术领域。所述方法是以电厂废弃物高铝粉煤灰为原料，经球磨后同氢氧化钠溶液进行脱硅反应。反应后固相经水洗、酸洗、干燥、焙烧得到莫来石产品，液相经苛化、水洗、干燥后得到硅酸钙产品。同现有技术相比，本发明方法具有原料来源广、无需添加氧化铝、生产成本低、能耗小，莫来石产率高、硅酸钙品质好的特点，经济与环境效益显著。
文档编号C01B33/24GK102583409SQ20121000553
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者李会泉, 李勇辉, 李少鹏, 马艳丽 申请人:中国科学院过程工程研究所