一种煤粉炉粉煤灰酸法提铝尾渣低温下制备α-层状硅酸钠的方法与流程

本发明属于工业固体废弃物粉煤灰的资源化利用及层状硅酸钠合成技术领域，具体涉及一种煤粉炉粉煤灰酸法提铝尾渣低温下制备α-层状硅酸钠的方法。

背景技术：

粉煤灰是燃煤电厂产生的大宗固体废弃物之一，每年约有1.8亿吨未得到利用。粉煤灰富含主要金属元素铝、及微量金属元素锂镓等多种金属元素，多元素协同提取是实现粉煤灰高值化利用的重要的途经之一。其中，煤粉炉粉煤灰排放量较高，是优质煤粉在成灰温度高达1200℃以上产生的灰渣，晶相组成主要为难以活化的莫来石、石英、刚玉相等。采用碳酸钠活化-盐酸酸浸工艺，铝的浸出率达90%以上，同时副产提铝尾渣。为了实现粉煤灰中铝硅的同步利用，避免产生硅渣导致二次污染，将硅进行高值化利用是提高该工艺经济、环境与生态效益的迫切需求。

层状硅酸钠具有α、β、δ等多种晶型结构，钙镁离子交换容量大，缓冲能力强，环境友好的的特点，在洗涤剂中用作助洗剂，代替三聚磷酸钠，实现洗涤剂的无磷化，且性能优于无磷助剂4a沸石分子筛。申请号为200410012440.5以市售液体水玻璃为硅源和钠源，需要加入3-30%的α相含量在60%以上的混合晶种，且在750-800℃高温下煅烧才能得到α-层状硅酸钠。申请号为201510033360.6将稻壳灰放入氢氧化钠溶液中浸取，需要浸取1-6h，过滤后的滤液加入氢氧化钠调节硅钠比，100-200℃下干燥，且在760-820℃高温下煅烧才能得到α-层状硅酸钠。目前α-层状硅酸钠制备方法存在原料成本高、需要添加晶种、工艺复杂等问题，尤其是晶化温度较高。

综上所述，发明人以煤粉炉粉煤灰经过碳酸钠活化-盐酸酸浸的提铝尾渣为原料，采用快速升温-低温焙烧，实现了α-层状硅酸钠的大规模地可控合成，在国内外并未见相关报道。

技术实现要素：

本发明针对现有α-层状硅酸钠的制备方法原料成本高、需要添加晶种、工艺复杂等问题，提供一种煤粉炉粉煤灰酸法提铝尾渣低温下制备α-层状硅酸钠的方法。该方法原料价格低廉、工艺流程简单、晶化温度低，能耗低、合成成本低；合成的层状硅酸钠材料中晶型单一、α相含量较高，在洗涤剂领域具有广阔的应用前景。

本发明采用如下技术方案：

一种煤粉炉粉煤灰酸法提铝尾渣低温下制备α-层状硅酸钠的方法，包括如下步骤：

第一步，提铝尾渣：将煤粉炉粉煤灰和碳酸钠按比例混合均匀，然后研磨至平均粒径为50-100μm，于800-900℃下焙烧0.5-1.5h，得到焙烧产物，将焙烧产物和5-20wt.%的盐酸按比例混合，在60-100℃下反应0.5-1.5h，反应结束后，过滤、水洗至中性得到提铝尾渣；

第二步，硅酸钠溶液的制备：提铝尾渣以sio2计，氢氧化钠溶液以na2o计，按比例将提铝尾渣在超声作用下溶于质量分数为4%-20%氢氧化钠溶液，得到硅酸钠溶液；

第三步，将硅酸钠溶液升温到650-740℃，焙烧20-120min，得到α-层状硅酸钠产品。

第一步中所述煤粉炉粉煤灰和碳酸钠的质量比为0.5-1.5:1。

第一步中所述焙烧产物和盐酸的固液质量比为1:3-1:10。

第二步中所述sio2和na2o的摩尔比为1.5-2.5:1。

第三步中所述升温的升温速率为15-40℃/min。

本发明的有益效果如下：

本发明采用粉煤灰酸法提铝尾渣制备α-层状硅酸钠，既增加了粉煤灰酸法提铝工艺的经济、环境和社会效益，又显著降低了α-层状硅酸钠形成温度，缩短了形成时间，降低了成本，产品的经济价值显著提高。

附图说明

图1为本发明的粉煤灰酸法提铝尾渣的xrd图。

图2为本发明实施例1制备的α-层状硅酸钠的xrd图。

图3为本发明实施例2制备的α-层状硅酸钠的xrd图。

具体实施方式

实施例1

按照煤粉炉粉煤灰和碳酸钠质量比1:0.8的比例将粉煤灰与碳酸钠混合研磨，于850℃下焙烧1.5h；按照固液质量比1:5的比例将焙烧产物与15wt.%盐酸混合在90℃反应1.5h，反应结束后过滤、水洗至中性得到提铝尾渣。按sio2与na2o摩尔比为2.0，将提铝尾渣在超声5min作用下溶于质量分数为5%氢氧化钠溶液，得到硅酸钠溶液。将硅酸钠溶液以20℃/min达到680℃，焙烧30min，得到α-层状硅酸钠产品。

实施例2

按照煤粉炉粉煤灰和碳酸钠质量比1:1.3的比例将粉煤灰与碳酸钠混合研磨，于880℃下焙烧1.5h；按照固液质量比1:7的比例将焙烧产物与15wt.%盐酸混合在90℃反应1.5h，反应结束后过滤、水洗至中性得到提铝尾渣。按sio2与na2o摩尔比为2.1，将提铝尾渣在超声10min作用下溶于质量分数为5%氢氧化钠溶液，得到硅酸钠溶液。将硅酸钠溶液以25℃/min达到680℃，焙烧120min，得到α-层状硅酸钠产品。

技术特征：

1.一种煤粉炉粉煤灰酸法提铝尾渣低温下制备α-层状硅酸钠的方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，提铝尾渣：将煤粉炉粉煤灰和碳酸钠按比例混合均匀，然后研磨至平均粒径为50-100μm，于800-900℃下焙烧0.5-1.5h，得到焙烧产物，将焙烧产物和5-20wt.%的盐酸按比例混合，在60-100℃下反应0.5-1.5h，反应结束后，过滤、水洗至中性得到提铝尾渣；

第二步，硅酸钠溶液的制备：提铝尾渣以sio2计，氢氧化钠溶液以na2o计，按比例将提铝尾渣在超声作用下溶于质量分数为4%-20%氢氧化钠溶液，得到硅酸钠溶液；

第三步，将硅酸钠溶液升温到650-740℃，焙烧20-120min，得到α-层状硅酸钠产品。

2.根据权利要求1所述的一种煤粉炉粉煤灰酸法提铝尾渣低温下制备α-层状硅酸钠的方法，其特征在于：第一步中所述煤粉炉粉煤灰和碳酸钠的质量比为0.5-1.5:1。

3.根据权利要求1所述的一种煤粉炉粉煤灰酸法提铝尾渣低温下制备α-层状硅酸钠的方法，其特征在于：第一步中所述焙烧产物和盐酸的固液质量比为1:3-1:10。

4.根据权利要求1所述的一种煤粉炉粉煤灰酸法提铝尾渣低温下制备α-层状硅酸钠的方法，其特征在于：第二步中所述sio2和na2o的摩尔比为1.5-2.5:1。

5.根据权利要求1所述的一种煤粉炉粉煤灰酸法提铝尾渣低温下制备α-层状硅酸钠的方法，其特征在于：第三步中所述升温的升温速率为15-40℃/min。

技术总结
一种煤粉炉粉煤灰酸法提铝尾渣低温下制备α‑层状硅酸钠的方法，属于工业固体废弃物粉煤灰的资源化利用及层状硅酸钠合成领域，可解决现有α‑层状硅酸钠的制备方法原料成本高、需要添加晶种、工艺复杂等问题，煤粉炉粉煤灰经过碳酸钠活化‑盐酸酸浸‑固液分离后，固体经过洗涤、干燥后为提铝尾渣。将提铝尾渣在超声作用下溶于氢氧化钠中得到硅酸钠溶液。以硅酸钠溶液为原料，升温到650‑740℃，焙烧20‑120min，冷却后得到α‑层状硅酸钠产品。该方法既为粉煤灰酸法提铝尾渣提供了新的应用途径，又为层状硅酸钠产品提供了低廉、高活性的硅源，降低了α‑层状硅酸钠的晶化温度，节约成本，有利于层状硅酸钠产品大规模生产。

技术研发人员：张丽宏;郭彦霞;薛芳斌;程芳琴
受保护的技术使用者：山西大学
技术研发日：2020.05.08
技术公布日：2020.08.28