[发明专利]用粉煤灰生产超细白炭黑、氢氧化铁和氧化铝的方法

摘要

本发明属于粉煤灰资源化、经济精细化利用的方法；是一种用粉煤灰生产超细白炭黑和氢氧化铁、氧化铝的方法，以粉煤灰为原料，以硫酸、烧碱溶液为溶剂；将粉煤灰经研磨、一段加热助溶酸浸、过滤与洗涤；所得滤液用于制备氢氧化铁与氧化铝；一浸过滤后所得滤饼用于制备超细白炭黑；一浸产生的含氟气体吸收并制备AlF3产品。本发明从根本上更好地解决了传统的粉煤灰浸出方式有用物质浸出率低下无法实现工业化利用的难题，可将粉煤灰有用物质总溶解率由15%～20%增至75%～85%；从而可实现粉煤灰利用资源化、经济精细化、产品多元化、附加值更高化。

主权项

一种用粉煤灰生产超细白炭黑和氢氧化铁、氧化铝的方法，其特征在于：以粉煤灰为原料，以硫酸、烧碱溶液为溶剂；将粉煤灰经研磨、一段加热助溶酸浸、过滤与洗涤；所得滤液用于制备氢氧化铁与氧化铝；一浸过滤后所得滤饼用于制备超细白炭黑；具体步骤包括：A．研磨：将粉煤灰经研磨机研磨至200微米以下粉体；B．铝‑铁的提取：研磨后的粉煤灰采用助溶加热酸浸方式进行铝‑铁提取；B.1一段加热助溶酸浸：首次浸出按酸浸溶剂浓度2～4Mol配水量将60℃热水至浸出釜内，在加热搅拌下再按粉煤灰：酸浸溶剂固液比为1：8～10加入粉煤灰后，再按酸浸溶剂浓度2～4Mol配硫酸量加入浓硫酸至浸出釜内后，再按粉煤灰：助溶药剂固：固重量比100：16～22加入助溶药剂NaF后，持续加热搅拌4～6小时后至保温中储1；之后均采用循环浸出，即将中储1的溢液或B5结晶与溢流工序中溢流液加入浓硫酸配制成与首次浸出等浓度酸浸溶剂进行加热助溶浸出；其操作步骤：先将中储1沉淀后溢流液至反应釜内，在加热搅拌下加入助溶剂和粉煤灰后，再加入与前次浸出等浓度酸浸溶剂配剂用量的浓硫酸；其它条件与前次浸出相同；工艺条件：搅拌速度200～250转/分，一浸加热温度95～120℃；B.2保温储存1：将酸浸后的混合液至设有溢流的锥形保温储存罐，储存沉淀后的底流至步骤B.3过滤与洗涤；沉淀后溢流清液加浓硫酸配制成一浸等浓度酸浸溶剂返回步骤B.1一浸；B.3过滤与洗涤：将储存沉淀后的底流至过滤系统进行固液分离与洗涤；滤饼至步骤D.1.1二段加热碱浸工序提取SiO2；滤液至步骤B.5结晶与溢流；滤饼洗涤水循环使用后至步骤B.4保温储存2 ；B.4保温储存2：将滤饼循环洗涤后的洗涤水至保温储罐储存，分别用于步骤B.1一浸中浸液蒸发后的补充用水，当铝‑铁含量较高时至步骤C.1.1结晶体溶解用水；B.5结晶与溢流：将步骤B.3循环浸出过滤后的滤液至本工序进行结晶，结晶后的结晶底流至步骤B.6过滤与分离；结晶后溢流液返回步骤B.1一浸，按一浸酸浸溶剂等浓度加入浓硫酸配制成酸浸溶剂；B.6过滤与分离：将步骤B.6所得结晶底流至本工序过滤与分离，过滤后结晶体至步骤C.1铝‑铁分离，滤液至步骤B.5结晶与溢流；设备和设施洗涤水循环利用后至B.4中储2；C.铝‑铁分离与铝、铁产品制备；C.1铝‑铁分离：将结晶体中的铝与铁进行分离；C.1.1结晶体溶解：将步骤B.6过滤后结晶体至加热搅拌捅，之后按结晶体与溶剂水固液比1：2～5加入中储2中的洗涤水，在搅拌下加热至25℃使结晶体溶解后得溶液；搅拌速度200～250转/分；C.1.2脱酸：将溶液至中和搅拌捅，之后缓慢加入熟石灰，将溶液pH调节至2.8～3.0得脱酸混合液；C.1.3过滤与洗涤：将脱酸混合液至过滤与洗涤系统与进行固液分离洗涤, 滤液至步骤C.1.4沉淀与溢流；滤饼为副产品石膏；滤饼洗涤水循环使用后至中储2；C.1.4沉淀与溢流：将步骤C.1.3所得滤液进行沉淀, 沉淀后溢流清液至下步骤C.1.5氧化与pH调节, 沉淀后底流至步骤上C.1.3过滤与洗涤进行液固分离, 滤液与滤饼走向与C.1.3相同；C.1.5氧化与pH调节：将溢流清液至反应釜, 在加热搅拌下升温至60～70℃，按制备液与氧化剂体积比100：6～10向釜内加入氧化剂次氯酸钠后, 持续加热保温在60～70℃、搅拌20分钟，加入质量百分比浓度为10%NaOH溶液（以下同）调节釜内溶液pH至4.0，将溶液温度升至80℃后保持30分钟，得混合液；C.1.6沉淀与溢流：将混合液至本工序进行沉淀后, 底流至下步骤C.1.7过滤与洗涤, 溢流清液分两路：一路至铝产品制备工序, 另一路作为一浸中所产含氟气体吸收系统吸收剂制备三氟化铝产品；C.1.7过滤与洗涤：将上步骤C1.6沉淀后底流至过滤系统进行固液分离与洗涤；滤饼至步骤C.2.1陈化，滤液返回步骤C.1.6沉淀与溢流；滤饼洗涤水经循环使用后至中储2；滤液为含铝溶液，滤饼为含铁滤饼；C.2氢氧化铁产品制备：用含铁滤饼制备氢氧化铁产品；C.2.1陈化：将步骤C.1.7所得滤饼至装有10%NaOH溶液的陈化池内陈化24小时后，得沉淀底流；C.2.2过滤与洗涤：将沉淀底流至过滤系统进行固液分离与洗涤；滤饼为氢氧化铁半成品至步骤C.2.3干燥，滤液返回上步骤C.2.1的陈化池；滤饼洗涤水经循环使用后至中储2；C.2.3干燥：将上步骤C.2.2所得滤饼在温度100～200℃、时间60～120分钟条件下干燥, 得干燥物料； C.2.4研磨：将干燥物料至研磨机研磨得氢氧化铁产品；C.3铝产品制备：用含铝溶液制备固态氧化铝产品；C.3.1 pH调节：将步骤C.1.6的溢流清液至反应釜, 在搅拌下将釜内制备液升至60～70℃，而后向釜内加入10%NaOH溶液，调节釜内溶液pH至5.3，再将溶液温度升至80℃，保温30分钟后得调节混合液；C.3.2沉淀与溢流：将调节混合液至本工序进行沉淀与溢流，沉淀底流至下步骤C.3.3过滤与洗涤工序,沉淀后溢流清液将其配制成步骤D.2.1分散与凝胶所要求的等浓度盐量的分散剂后至D.2.1分散与凝胶；C.3.3过滤与洗涤：将上步骤C.3.2所得沉淀底流至过滤系统进行固液分离与洗涤；洗涤后滤饼为含铝滤饼至下步骤C.3.4陈化；滤液返回上步骤C.3.2沉淀与溢流；滤饼洗涤水经循环使用后至步骤B.4中储2；C.3.4晒盐与溢流：将C.3.2沉淀与溢流工序中溢流清液至本工序，经水份自然蒸发至饱结晶得结晶硫酸钠副产品，其结晶后溢流清液至D.2.7结晶与溢流工序；C.3.5陈化：将步骤C.3.3洗涤后含铝滤饼至装有10%NaOH溶液的陈化池内陈化24小时后，得沉淀底流至下步骤C.3.5过滤与洗涤；C.3.6过滤与洗涤：将沉淀底流至过滤系统进行固液分离与洗涤；洗涤后滤饼为氢氧化铝半成品至步骤C.3.7干燥，滤液返回上步骤C.3.5的陈化池；滤饼洗涤水经循环使用后至中储2；C.3.7干燥：将上步骤C.3.5所得洗涤滤饼在温度100～200℃、时间60～120分钟条件下干燥, 得干燥物料； C.3.8研磨：将干燥物料至研磨机研磨后为氧化铝产品；D.硅提取与硅产品制备：将一浸滤饼中所含二氧化硅溶出提取与制备超细水合二氧化硅D.1硅溶出提取D.1.1二段加热碱浸：本工序使用的滤饼来自于步骤B.3过滤与洗涤；浸出时按滤饼与碱浸溶剂重量：体积比为1：3～8至反应釜；碱浸溶剂是浓度12%～16%NaOH；碱浸溶剂配制方法有两种，相应的，二浸方法为：其一；用商品液碱配制：将32%或42%的NaOH液碱加水配制成12%～16%NaOH，配制好的碱浸溶剂加热至90℃后，在加热搅拌下把滤饼加入反应釜, 加热至95℃～120℃后，持续加热搅拌2.5小时,之后将其釜内二浸混合液热态下至下步骤D.1.2保温中储3，搅拌速度200～250转/分；其二；用商品固碱配制：按滤饼：碱浸溶剂其重量：体积比为1：3～8的碱浸溶剂所需用的水量将60℃热水至反应釜，在加热搅拌下把滤饼加入反应釜, 再按配制碱浸溶剂12%～16%NaOH所需用的固碱量加入固态NaOH后,加热至95℃～120℃后，持续加热搅拌2.5小时,之后将其釜内二浸混合液热态下至下步骤D.1.2保温中储3，搅拌速度200～250转/分；重量：体积比是g：ml或Kg：L或t：m3；D.1.2保温中储3（简称中储3）：将上步骤D.1.1二浸混合液至中储3进行保温储存后至下步骤D.1.3过滤与洗涤； D.1.3过滤与洗涤：将储存后的二浸混合液经过滤系统进行固液分离与洗涤；二浸滤液至硅产品制备工序的步骤D.2.1分散与凝胶，滤饼用热态1～3%NaOH碱溶液反复洗涤；循环洗涤后的碱溶液至中储4，再用热水循环洗涤滤饼，用水洗涤后的滤饼废弃填埋 ,洗涤水储存循环使用后至中储4；D.1.4中储4：将上步骤D.1.3过滤与洗涤循环洗涤后硅含量较高的碱液和洗涤水至本工序储存后至D.1.1二浸工序，作为二浸工序碱浸溶剂配剂用水；D.2硅产品制备D.2.1分散与凝胶：将D.1.3二浸滤液至反应釜，在搅拌下按制备液与分散剂体积比1：2～3加入质量百分比浓度为8%～14%NaCl溶液作为一次分散剂，之后将温度升至60℃后至下步骤；首次制备硅产品NaCl作为一次分散剂,其余可用后续步骤D.2.4隔离与老化沉淀的溢流清液配制成等浓度盐含量溶液作一次分散剂；D.2.2升温与pH调节：将上步骤制备液在加热保温60℃、搅拌下加入质量百分比浓度为10%硫酸溶液调节制备液pH至7.0后至下步骤；D.2.3分散与升温：按制备液与二次分散剂体积比100：2.5～10加入二次分散剂乙醇，将制备液升温至80℃后至隔离与老化工序；D.2.4隔离与老化： 按制备液与隔离剂体积比100：2.5～10加入隔离剂丙三醇，在80℃温度、持续搅拌15分钟后,保温80℃老化20分钟得老化混合液；D.2.5沉淀与溢流：将老化混合液至本工序进行沉淀溢流，溢流清液至步骤D.2.7结晶与溢流；沉淀底流至下步骤；D.2.6过滤与洗涤：将上步骤沉淀底流至过滤与洗涤系统进行固液分离与洗涤；滤液返回上步骤沉淀与溢流；洗涤滤饼至步骤D.2.8干燥；滤饼洗涤水循环使用后至中储4；D.2.7结晶与溢流：将步骤D.2.5的溢流清液至本工序；其大部分溢流液至D.2.1分散与凝胶工序中作为一次分散剂，另一部分溢流清液至C.3.4晒盐与溢流；本工序溢流清液经多频次作为一次分散剂循环使用后池内硫酸钠含量会不断增大直至饱和结晶，所得结晶盐为副产品结晶硫酸钠；D.2.8干燥：将上步骤D.2.6所得洗涤滤饼在温度80℃、时间60～120分钟条件下干燥, 得干燥物料； D.2.9研磨：将干燥物料至研磨机，研磨后物料为超细水合二氧化硅产品。