[发明专利]一种利用粉煤灰制备高模数水玻璃的方法

说明书

本发明公开了一种利用粉煤灰制备高模数水玻璃的方法，包括如下步骤：1)将粉煤灰与20wt.％的氢氧化钠溶液按照固液比为1:2～1:4混合，在90～100℃下反应2～4h，反应结束后过滤分离得到脱硅灰和脱硅液；2)将脱硅灰与粉煤灰、钠盐混合研磨，在850～900℃下焙烧2～3h；3)将焙烧产物与20wt.％盐酸溶液混合，在80～90℃下反应2～4h，反应结束后过滤、水洗得到酸浸渣，其中焙烧产物与盐酸固液比为1:3～1:6；4)将酸浸渣与脱硅液按照固液比为1:2～1:5混合，在70～100℃下加热反应0.5～2h后，过滤得到高模数水玻璃。通过该方法制备的水玻璃模数达3.0以上。

技术领域

本发明属于工业固体废弃物粉煤灰资源化利用技术领域，具体涉及一种利用粉煤灰制备高模数水玻璃的方法。

背景技术

粉煤灰是燃煤电厂产生的主要的固体废弃物之一，其产量达6亿吨以上。目前，粉煤灰被广泛应用于建材、建工领域，利用率达到70％，剩余未得到有效利用的粉煤灰大量堆存不仅占用了宝贵的土地资源，而且由于扬尘、排入水系等方式对环境产生了严重的影响。

从另一方面而言，粉煤灰中含有多种氧化物，如Al₂O₃、SiO₂、CaO、Fe₂O₃等，其中Al₂O₃和SiO₂的含量达80％以上。因此，从粉煤灰中提取这些氧化物制备高附加值的化工产品，不仅可以缓解粉煤灰产生的环境问题，也可产生一定的经济价值。

水玻璃是一种用途广泛的无机化工原料，其生产方式主要分为湿法和干法两种。湿法工艺中是将石英砂与氢氧化钠溶液在高压釜内加热反应生成水玻璃，由于处于晶体状态的石英砂结构稳定、溶解率低，因此要得到高模数的水玻璃碱的耗量较大；干法工艺中将石英砂与碳酸钠按照一定的比例混合后于1400℃熔融、水冷后得到固体水玻璃，再经过高压水溶得到液相水玻璃。这两种工艺过程复杂，反应能耗高。

由于粉煤灰中含有约50％的SiO₂，近年来有研究者利用粉煤灰制备硅酸钠溶液。煤粉炉粉煤灰由于其中SiO₂主要以无定形相、晶相石英以及莫来石的形式存在，因此部分研究者采用粉煤灰与氢氧化钠碱溶、或者粉煤灰与氢氧化钠固体高温熔融后再水浸得到硅酸钠溶液。这些方法中主要利用粉煤灰中活性较高的无定形SiO₂，而大量以石英、莫来石等晶相存在的氧化硅的利用困难，SiO₂的整体利用率仅为30～50％。而且这些方法中得到的硅酸钠溶液模数仅为0.1～0.8，不适合作为工业生产的原料。申请号为CN105621427A的中国发明专利公开了一种利用普通循环流化床粉煤灰制备水玻璃的方法，该专利是用浓度为90～98％硫酸在高温下处理粉煤灰，得到酸浸渣，之后在加入氢氧化钠溶液，在高温160～220℃下反应得到水玻璃，但该专利中反应温度和压力较高，对设备要求高。

综上所述，发明人在利用粉煤灰中无定形SiO₂的基础上，通过焙烧、酸浸将晶相石英和莫来石转变为无定形SiO₂，最后通过常压低温碱溶的方式制备出高模数的硅酸钠溶液，达到市售水玻璃的组成要求，在国内外未见相关报道。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术的不足，提供了一种利用粉煤灰制备高模数水玻璃的方法。通过该方法制备水玻璃的水玻璃模数达3.0以上。

为实现上述目的，本发明所设计的一种利用粉煤灰制备高模数水玻璃的方法，包括以下步骤：

1)预脱硅：将粉煤灰与20wt.％的氢氧化钠溶液按照固液比为1:2～1:4混合，在90～100℃下反应2～4h，反应结束后过滤、分离得到脱硅灰和脱硅液；

2)焙烧：将步骤1)制得的脱硅灰与粉煤灰、钠盐混合研磨，在850～900℃下焙烧2～3h，其中Na:Al:Si摩尔比为0.5:1:1～1.5:1:1。