[发明专利]利用煤矸石提铝废渣制备可溶性硅酸钠的方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅酸钠的制备，具体属于一种利用煤矸石提铝废渣制备可溶性硅酸钠的方法。

背景技术

以煤矸石、高岭土或粉煤灰等为原料制备聚合氯化铝或硫酸铝时，会产生大量的废渣，废渣中含有大量的二氧化硅，如果不能进行有效综合利用，必然导致生产成本增大和二次环境污染。

可溶性硅酸钠用途广泛，归纳起来主要有以下几个方面：（1）工业原材料：可用于制备硅溶胶、硅胶、沉淀二氧化硅、沸石、铝矽酸盐、硅酸镁、合成粘土、水泥或催化剂等；（2）去垢剂：作为织物洗涤粉、餐具洗涤剂和工业清洗剂；（3）粘合剂：可用作纸板、型煤、屋面瓦、砖和水泥、耐火胶粘材料、石膏与灰泥和焊条等的粘合剂；（4）表面涂层：可用于TiO₂产品、混凝土、砖瓦或玻璃表面、防火玻璃以及隧道建筑喷涂等；（5）纸浆和造纸的脱墨和漂白；（6）水处理系统的防腐剂。

目前，工业上制备硅酸钠（水玻璃）的主要方法是将石英砂和碳酸钠（或碳酸钾）在高温炉中1100-1450℃熔融，然后将得到的水玻璃碎块在100℃常压下水溶，或在高压蒸汽灭菌器中150℃水溶。也可以采用水热法，即在200℃和20bar的压力下于高压蒸汽灭菌器中熔融沙子和氢氧化钠或氢氧化钾，直接制得硅酸盐水溶液。Yi Ding等人在利用硅酸钠制备介孔二氧化硅SBA-15纳米棒时，采用石英粉（350目）和碳酸钠混合物于1450℃熔融反应得到固体硅酸钠，然后在高压反应釜中水溶得到硅酸钠溶液。

专利200610016584.7报道的一种白炭黑制备方法中，硅酸钠的制备是以二氧化硅粉和碳酸氢钠按摩尔比1:1~2，在1150-1650℃高温下煅烧。过高的煅烧温度不仅对设备要求高，而且能耗增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够降低能耗、减少污染的利用煤矸石提铝废渣制备硅酸钠的方法。

本发明提供的一种利用煤矸石提铝废渣制备可溶性硅酸钠的方法，步骤包括：先将煤矸石提铝后的废渣与碳酸钠按废渣中二氧化硅与碳酸钠的摩尔比1:0.3~1混合，研磨成1~50μm的颗粒，然后在马弗炉中程序升温至500~850℃焙烧1~5小时，迅速转移至沸水中进行水淬，得到粗硅酸钠固体；将上述粗硅酸钠固体置于高压反应釜中，加入相当于废渣重量400-600倍的蒸馏水，搅拌，升温至150℃，溶解5小时后，将温度降至室温，过滤分离，得到无色透明的硅酸钠溶液和滤渣；将硅酸钠溶液结晶后得到可溶性硅酸钠。

本发明提供的一种利用煤矸石提铝废渣制备可溶性硅酸钠的方法，步骤包括：先将煤矸石提铝后的废渣与碳酸钠、氯化钠按废渣中二氧化硅与碳酸钠、氯化钠的摩尔比1:0.3~1:0.005~0.05混合，研磨成1~50μm的颗粒，然后在马弗炉中程序升温至500~850℃焙烧1~5小时，迅速转移至沸水中进行水淬，得到粗硅酸钠固体；将上述粗硅酸钠固体置于高压反应釜中，加入相当于废渣重量400-600倍的蒸馏水，搅拌，升温至150℃，溶解5小时后，将温度降至室温，过滤分离，得到无色透明的硅酸钠溶液和滤渣；将硅酸钠溶液结晶后得到可溶性硅酸钠。

以上焙烧时所产生的二氧化碳可通过净化回收用于碳化法制备白炭黑。焙烧后未溶解的微量滤渣可用于高强度煤矸石免烧砖的制备。

所述的煤矸石提铝废渣可以用粉煤灰、高岭土或铝矾土提铝废渣代替。

所述的碳酸钠可用碳酸钾代替，所述的氯化钠可用氯化钾或氟化钠代替。

与现有技术相比本发明的优点和效果：本发明利用相平衡原理，控制煤矸石提铝废渣和碳酸钠（或碳酸钾）的配比和粒度，使二者均匀混合后在低共熔温度下（500~850℃）发生熔融反应，形成可溶性硅酸钠，硅提取率达到90%以上。该方法不仅将传统纯碱法制备水玻璃的温度降低了600℃左右，极大地降低了能耗，同时也避免了传统烧碱碱溶法对生产设备的强腐蚀以及对环境产生的碱污染。此外，焙烧产生的二氧化碳气体可以回收利用，焙烧后未溶解的微量残渣可用于高强度煤矸石免烧砖的制备，整个工艺处于一个闭路循环中，是一种环境友好的废渣高效利用方案。

附图说明

图1与实施例1相同工艺条件下的热重差热验证分析结果图

图2与实施例2相同工艺条件下的热重差热验证分析结果图

图3与实施例3相同工艺条件下的热重差热验证分析结果图

图4与实施例4相同工艺条件下的热重差热验证分析结果图

图5实施例1和4制备的产品溶解结晶固体及滤渣的红外光谱对比图，