[发明专利]用粉煤灰生产水合二氧化硅和铝-铁系水处理剂的方法

权利要求书

1.一种以粉煤灰为原料生产水合二氧化硅和铝-铁系水处理剂的方法，其特征在于将粉煤灰粉碎至500微米以下，按比例与助溶剂NaF混合搅拌后、经加水混合与加浓硫酸混合，再经一段浸出将Al、Fe与玻璃体溶出和分离；分离出的玻璃体经二段浸出、凝胶制备、PH调整、隔离升温、陈化、过滤洗涤、真空干燥、细碎研磨制出固态超细二氧化硅；一段浸出分离出的Al、Fe结晶体经中合、氧化、碱化、沉淀及过滤后得含铁滤饼及聚合硫酸铝滤液；含铁滤饼经活化、稳定乳化、陈化、过滤、干燥与研磨制得固态聚合硫酸铁，聚合硫酸铝滤液分两部分，一部分经蒸发、活化、稳定乳化、陈化、过滤、干燥与研磨制得固态聚合硫酸铝，另一部分制备AlF₃产品。

2.如权利要求1所述的一种以粉煤灰为原料生产水合二氧化硅和铝-铁系水处理剂的方法，其特征在于包括下述工艺步骤：

A、原料预处理

A.1筛分：将粉煤灰进行机械筛分，其粒径须严格控制在500微米以下；

A.2细碎：将经筛分后的粉煤灰筛上物，进入细碎机进行细碎至粒径500微米以下；

B、混合搅拌：将粉煤灰和浸出溶剂、助溶剂按比例混合搅拌，物料的配比混合按如下步骤进行：

B.1粉煤灰与助溶剂NaF混合：将粉煤灰与助溶剂混合比按重量比1/0.08～0.24混合进入搅拌混合罐；

B.2加水混合：将粉煤灰与助溶剂混合料进入搅拌混合罐后，按溶剂与粉煤灰液固比3～10/1和溶剂浓度3M～8M所需水量加入水并搅拌混合均匀；

B.3加浓硫酸混合：按溶剂与粉煤灰液固比3～10/1和溶剂浓度3M～8M所需硫酸量加入浓硫酸，将混合料液混合搅拌均匀得混合浆液；

C、一段浸出

C.1将混合浆液进入一段浸出加热、搅拌反应釜进行加热搅拌浸出；得一浸混合液；工艺条件：加热温度90～120℃，搅拌转速250～400转/分，搅拌时间3～6小时；

C.2将一浸混合液进入一浸过滤系统，得洗涤滤饼；滤液进入循环结晶池，其中溢流液进行循环浸出；洗涤水进入储罐；作为步骤C.1浸出补水或/和步骤B.2的配料用水；

当结晶池晶体形成50～500mm厚度时，进入结晶体过滤，过滤后得到结晶体；其滤液进入循环结晶溢流池进行浸出；

D、二段浸出

D.1将步骤C.2所得洗涤滤饼入反应釜加热、搅拌浸出，得二浸混合液；工艺条件：浸出溶剂为重量百分比浓度8％～15％的NaOH；加热温度90～120℃，搅拌转速250～400转/分，浸出时间1.5～3.0小时；

D.2将二浸混合液进入二浸过滤系统，得偏硅酸盐滤液；洗涤后的滤饼填埋；洗涤水进入储罐，作为步骤D.1补水，或/和步骤B.2的配料用水；

E、制备水合二氧化硅

E.1凝胶制备：将偏硅酸盐滤液入反应釜中在不断搅拌下加热到20℃温度，搅拌速度为250～400转/分；按偏硅酸盐溶液与表面活性剂体积比为1/0.05～0.12加入乙醇并搅拌10～20分钟；按0.5～1.5倍偏硅酸盐溶液体积加入含分散剂NaCl 8.0％～15％溶液，搅拌升温至50℃～60℃出现白色透明胶状液体；NaCl8.0％～15％是重量百分比浓度；

E.2PH调整与保温：向釜中缓慢加入重量百分比浓度12％～18％盐酸或12％～22％硫酸调节溶液PH，调整至中性，保持温度50℃～60℃，持续保温30～45分钟；生成白色可沉淀溶液；

E.3隔离与升温：向反应釜溶液中按偏硅酸盐溶液与隔离剂体积比为1/0.05～0.12加入丙三醇，在搅拌状态下升温至65℃～85℃，并持续搅拌保温30～45分钟得水合二氧化硅溶液；

E.4陈化：水合二氧化硅溶液进入陈化池陈化24小时；

E.5过滤分离：将陈化后液态水合二氧硅通过过滤机进行过滤分离，得水合二氧化硅滤饼；滤液经处理后返回到凝胶制备工序做配液用；

E.6定温真空干燥：将水合二氧化硅滤饼进入真空干燥设备进行干燥，除去水分；定温55～65℃，真空度50-150Pa；

E.7研磨：将干燥的水合二氧化硅研磨，得超细水合二氧化硅产品；

F、Al-Fe分离

F.1中和：将步骤c.2二次过滤所得结晶体进入Al-Fe分离釜加热搅拌；温度控制在65～55℃，搅拌速度250～400转/分；再将重量百分比浓度30％～40％NaOH液碱加入分离釜调pH至1.5～2.5；

F.2氧化：按结晶体与氧化剂比1/0.4～0.8加入次氯酸钠溶液氧化10～20分钟，使液体中的二价铁氧化成三价铁，搅拌速度250～400转/分；

F.3碱化：将饱和Ca(OH)₂溶液加入分离釜中，调节分离液pH至3.85～4.10，升温至70℃～80℃，搅拌30～45分钟，搅拌速度250～400转/分；

F.4沉淀分离：将碱化后的溶液进入Al-Fe分离池沉淀3～6小时；

F.5过滤分离：将分离池沉淀液进入分离过滤系统，得含铁滤饼和含铝滤液；低盐基度硫酸铝滤液即含铝滤液分流成两部分，一部分进入聚合硫酸铝制备工序，另一部分进入三氟化铝制备工序，

G、制备聚合硫酸铁

G.1聚铁加工

G.1.1活化：将含铁滤饼进入聚铁加工釜后加热至50～60℃，在搅拌速度为250～400转/分搅拌状态下将重量百分比浓度10～24％硫酸溶液加入釜内，将pH调至2.5～3.5，在50～60℃保温搅拌30～45分钟；

G.1.2稳定乳化：按滤饼与稳定剂比1/0.25，将稳定剂10％～20％酒石酸钾钠溶液加入釜内进行稳定乳化，得乳化聚铁液；工艺条件；温度65～45℃，时间30～45分钟，搅拌速度250～400转/分；

G.1.3陈化：将乳化聚铁液进入陈化池陈化24小时；

G.2过滤：将陈化后的聚铁泥浆液进入过滤系统过滤，得聚铁滤饼；滤液回流至步骤G.1.2稳定乳化；

G.3定温真空干燥：将聚铁滤饼定温真空干燥，得干燥聚铁，干燥温度55～45℃；真空度-50--150Pa；

G.4研磨：将干燥聚铁研磨至产品质量标准；得固态聚合硫酸铁；

H、聚合硫酸铝制备

H.1聚铝加工

H.1.1蒸发：将步骤F.5过滤分离所得的低盐基度硫酸铝液经蒸发浓缩，除去大部分水分；

H.1.2活化：将蒸发去水分的含铝盐液体入聚铝加工釜后，加热到50～60℃，再将重量百分比浓度10％～24％硫酸溶液加入釜内；将pH调至3.5～3.8，同时在50～60℃保温下搅拌30～45分钟，搅拌速度250～400转/分；

H.1.3稳定乳化：按物料与稳定剂比1/0.25，将稳定剂重量百分比浓度10％～20％酒石酸钾钠溶液加入釜内进行稳定乳化，得乳化聚铝液；工艺条件：温度55～45℃，稳定乳化时间为30～45分钟，搅拌速度250～400转/分；

H.1.4陈化：将乳化聚铝液入陈化池陈化24小时；

H.2过滤：将陈化后的聚铝浆液进入过滤系统过滤，得聚铝滤饼；滤液回流至步骤H.1.3稳定乳化；

H.3定温真空干燥：将聚铝滤饼进入定温真空干燥设备，得干燥聚铝；干燥温度55～45℃；真空度-50--150Pa；

H.4研磨：将干燥后的聚铝进行研磨，得聚合硫酸铝；

I、电解铝用溶剂AlF₃的产品制备

I.1将步骤F.5过滤分离所得的低盐基度硫酸铝液经吸收液循环槽输入吸收塔作为吸收液，将步骤B与步骤C所产生的含氟尾气经吸收塔循环吸收再输入吸收液循环槽得饱和AlF₃液，并将饱和AlF₃液入饱和液储槽；

I.2过滤：饱和液储槽中的饱和AlF₃液进入铝加工系统中的过滤分离系统进行液固分离，得AlF₃滤饼；滤液返回铝盐液体吸收循环槽；

I.3定温真空干燥：将AlF₃滤饼进入定温真空干燥设备，得干燥AlF₃；干燥温度120～80℃；真空度-50--150Pa；

I.4研磨：将干燥AlF₃进行研磨得电解铝用溶剂AlF₃产品。