[发明专利]一种粉煤灰碱浸烧结水热法生产雪硅钙石及氧化铝的方法

摘要

一种粉煤灰碱浸烧结水热法生产雪硅钙石及氧化铝的方法，包括以下步骤：（1）化学选矿；（2）碱浸生产氧化铝；（3）制备生料浆；（4）烧结制备熟料；（5）熟料溶出及分离洗涤；（6）制备雪硅钙石前驱体原始浆料；（7）水热合成制备雪硅钙石前驱体；（8）水热合成制备雪硅钙石浆体。本发明有效解决了现有技术中石灰石消耗量大、能源消耗量大和渣量大的问题和缺陷；既可以生产雪硅钙石，还可以生产氧化铝，既实现了替代硅矿物资源，又实现了替代了铝土矿资源、还节约了土地等资源，还可以实现了大规模经济生产。

主权项

一种粉煤灰碱浸烧结水热法生产雪硅钙石及氧化铝的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）化学选矿：将粉煤灰放入装有化学选矿溶剂的配料槽进行配料，化学选矿溶剂含Na₂O 30~120g/L，含SiO₂ ≤5g/L；配料比例按化学选矿溶剂与粉煤灰重量比为3~9；然后经化学选矿处理，反应温度70~120℃、反应时间30~600 min；获得的化学选矿浆液经过水平带式过滤机进行连续分离及洗涤，获得洗涤滤渣和粗制硅酸钠溶液；将洗涤滤渣再次洗涤后制成水重量含量在30~45%的粉煤灰精矿；（2）碱浸生产氧化铝：将粉煤灰精矿用铝酸钠溶液浸出，所述的铝酸钠溶液的中Na₂O_ｋ浓度为180~245g/L，Na₂O+K₂O与Al₂O₃的摩尔比为2.5~3.2，粉煤灰精矿与铝酸钠溶液的混合比例按全部物料中Na₂O+K₂O与Al₂O₃的摩尔比为1.53~1.6，浸出温度为255~280℃，反应时间为30~120min；浸出完成后经多级闪蒸回收余热后降到常压状态，获得碱浸浆液；向碱浸浆液中添加稀释溶液获得稀释碱浸渣浆液，稀释溶液的加入量按稀释碱浸渣浆液中Na₂O_ｋ浓度为130~165g/L控制；然后将稀释碱浸渣浆液进行常压脱硅反应，获得常压脱硅浆液；用水平胶带式过滤机进行多次反向洗涤分离，获得分离溶液、碱浸渣洗涤液和粉煤灰碱浸渣洗涤料；分离溶液经过自动叶滤机精制，获得固体浮游物小于15mg/L的精制铝酸钠溶液；精制铝酸钠溶液采用加氢氧化铝晶种梯度降温分解生产砂状氢氧化铝及氧化铝，此过程中产生的分解母液进行蒸发处理，获得Na₂O_ｋ浓度为180~245 g/L的铝酸钠溶液，然后循环使用；碱浸渣洗涤液中Na₂O_ｋ浓度为50~70g/L；（3）制备生料浆：将粉煤灰碱浸渣洗涤料、石灰石和无烟煤混合后配制成生料浆：配制比例按生料浆中主CaO与SiO₂的摩尔比为1.95~2.05，副CaO与TiO₂的摩尔比为1，主CaO与副CaO之和为生料浆中的全部CaO；Na₂O和K₂O的总摩尔数为总碱摩尔数，Al₂O₃和Fe₂O₃的总摩尔数为总铝铁摩尔数，总碱摩尔数与总铝铁摩尔数的比值为0.85~1.1，生料浆中水的重量含量为35~45%，并且生料浆的固体部分中粒度≥300μm的物料占全部固体部分物料≤5%；当总碱摩尔数不足时加入工业碳酸钠调节；（4）烧结制备熟料：将生料浆用出口压力达2.0~5.0MPa的料浆泵经喷枪喷入法送入熟料烧结窑进行烧结，烧结温度为1040~1350℃，烧结时间为 10~60 min，烧结完成后冷却至常温筛分破碎至粒度≤15 mm，获得烧结粉料作为熟料；（5）熟料溶出及分离洗涤：准备熟料溶出调整液，熟料溶出调整液中Al₂O₃ 浓度为45~70g/L，全部熟料溶出调整液与熟料的重量比为3~6；将熟料送入棒磨机或球磨机的同时，加入熟料重量0.6~2倍的熟料溶出调整液，进行湿法磨矿溶出；其余的熟料溶出调整液加入到棒磨机或球磨机配套的分级机内；控制溶出温度为68~78℃，溶出时间为10~30min；溶出后获得的溶出浆液的固体含量为100~300g/L；溶出浆液经沉降或过滤分离，获得固相和液相；将固相进行洗涤处理，获得水重量含量在30~45%的硅酸二钙洗涤料；液相为含硅铝酸钠的熟料溶出液，含Al₂O₃ 80~140g/L，含SiO₂ 3~7g/L；将含硅铝酸钠的熟料溶出液或步骤（2）中的碱浸渣洗涤液作为步骤（4）中的稀释溶液；（6）制备雪硅钙石前驱体原始浆料：将硅酸二钙洗涤料与硅酸钠溶液进行配料，配料比按Ca与Si的摩尔比为0.65~0.84，然后与重量为3~20倍的水混合并搅拌均匀，获得雪硅钙石前驱体原始浆料；所述的硅酸钠溶液的Na₂O浓度为30~120g/L，SiO₂浓度为15~60g/L；将雪硅钙石前驱体原始浆料用蒸汽套管预热器或列管预热器预热至140~180℃，进行水热合成反应，反应时间60~600min，然后经多级闪蒸回收余热后降到常压，最后经分离洗涤及压滤获得水的重量含量在6~32%的雪硅钙石滤饼，获得的滤液为含硅氢氧化钠溶液；或将雪硅钙石前驱体原始浆料进入步骤（7）；（7）水热合成制备雪硅钙石前驱体：将雪硅钙石前驱体原始浆料用蒸汽套管预热器或列管预热器间接预热至80~120℃，进行水热合成反应，反应时间30~300min；当水热合成反应温度>105℃时，反应完成后经闪蒸降压、过滤分离洗涤获得固相和含硅氢氧化钠溶液；当水热合成反应温度≤105℃时，直接进行过滤分离获得固相和含硅氢氧化钠溶液；将固相洗涤后获得雪硅钙石前驱体；（8）水热合成制备雪硅钙石滤饼：将雪硅钙石前驱体与水混合制备成浆料，水与雪硅钙石前驱体的重量比为5~15，再次用蒸汽套管预热器或列管预热器预热至140~180℃，进行水热合成反应，反应时间60~600min，然后经多级闪蒸回收余热后降到常压，最后经压滤获得水的重量含量在6~32%的雪硅钙石浆体；获得的雪硅钙石滤饼直接作为雪硅钙石产品，或者烘干去除水分后作为雪硅钙石产品，或者向雪硅钙石滤饼中加入纤维和粘结剂后，再成型并养护制成雪硅钙石制品。