[发明专利]一种利用气化粗渣得到的高模数水玻璃及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种利用气化粗渣得到的高模数水玻璃及其制备方法和应用，所述方法包括：（1）对气化粗渣进行机械化学协同活化除杂处理，固液分离后，得到活化液和活化渣；（2）对所述活化渣进行炭硅分离处理，得到富炭渣和富硅渣；（3）对所述富硅渣进行稀碱调控处理，即稀碱逐步添加+温度梯度控制，然后固液分离，得到高模数水玻璃和脱硅渣；所述方法采用温和全湿法技术制备高模数水玻璃，开辟了高模数水玻璃制备新途径，能耗物耗低，碳排放低，产品模数高，达3.25‑3.6，可广泛用于气凝胶、硅溶胶、白炭黑、催化剂载体、沸石分子筛、粘结剂或激发剂的制备，实现了气化粗渣的高值化利用，经济与环境效益显著，易于大规模推广应用。

技术领域

本发明属于无机化工技术领域，涉及一种高模数水玻璃及其制备方法和应用，尤其涉及一种利用气化粗渣得到的高模数水玻璃及其制备方法和应用。

背景技术

高模数水玻璃（n[SiO₂]:n[Na₂O]≥3.2）作为硅材料行业大宗基础原料，年需求量1000万吨。在化工系统常被用来制造二氧化硅气凝胶、硅化合物、硅溶胶等。在经济发达国家，以高模数水玻璃为原料的深加工系列产品已发展到50余种，有些已应用于高、精、尖科技领域。现有主流工艺以石英砂、纯碱为原料，在1400-1600℃的高温下熔融反应4-6h，可制备模数≥2.6的水玻璃。此法使用广泛，市场占有量达90％以上，但能耗高，石英砂纯度要求高，产品质量较差。亟需通过寻找石英砂替代资源和技术革新降低高模数水玻璃制备行业的碳排放。CN105692635A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，以粉煤灰为原料，依次经过硫酸低温焙烧、苛性碱高温水热提取工段，制备得到了模数＞2.2的水玻璃，该方法以粉煤灰替代石英砂，充分利用了粉煤灰中的硅资源，但依然存在能耗高的问题，且生产的水玻璃模数低。

煤气化是清洁利用煤炭资源的核心技术，在碳中和大背景下，煤气化将是煤炭产业结构调整的重要方向。随着煤气化技术的大规模推广，年消耗煤炭约2亿吨，气化粗渣产生量5000万吨。目前气化粗渣的处理方式主要为堆存和填埋，尚未大规模工业化应用，造成了严重的环境污染和土地资源浪费，对煤化工企业的可持续发展造成不利影响。基于气化粗渣具有玻璃相含量高、硅含量高等特点，CN108584971A公开了一种利用气化粗渣制备高模数可溶性硅酸盐的方法，以气化粗渣为原料，依次经过酸浸、脱硅、蒸发工段，制备得到了模数为1.5-2.5的水玻璃，该方法虽然可以在不添加任何硅源的条件下制备水玻璃，但仍存在反应条件苛刻、设备腐蚀严重、反应传质效率低、固液分离困难、酸耗/碱耗高、蒸发能耗高，水玻璃产品模数低等问题。

由此可见，通过对机理的深入认识，寻找一种替代石英砂的活性硅源，调整并优化工艺思路，开发一种低能耗、低物耗的高模数水玻璃制备方法，提升经济与环境效益，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用气化粗渣得到的高模数水玻璃及其制备方法和应用，所述方法采用温和全湿法技术制备高模数水玻璃，开辟了高模数水玻璃制备新途径，能耗物耗低，碳排放低，产品模数高，达3.25-3.6，可广泛用于气凝胶、硅溶胶、白炭黑、催化剂载体、沸石分子筛、粘结剂或激发剂的制备，实现了气化粗渣的高值化利用，经济与环境效益显著，易于大规模推广应用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种利用气化粗渣制备高模数水玻璃的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）对气化粗渣进行机械化学协同活化除杂处理，固液分离后，得到活化液和活化渣；

（2）对步骤（1）所述活化渣进行炭硅分离处理，得到富炭渣和富硅渣；

（3）对步骤（2）所述富硅渣进行碱液调控处理，，然后固液分离，得到高模数水玻璃和脱硅渣；

其中，碱液调控处理的温度控制方式为逐步升高的单端梯度控温；