[发明专利]一种煤矸石、粉煤灰制备高分子比冰晶石的方法

摘要

本发明公开了一种煤矸石、粉煤灰制备高分子比冰晶石的方法，首先采用酸碱联合浸出工艺，在常压和中温条件下直接对煤矸石或粉煤灰做浸出处理，制得含有铝、铁硫酸盐的酸浸出液和水玻璃。然后以含有铝、铁硫酸盐的酸浸出液制备高分子比冰晶石和氧化铁红工业颜料，以水玻璃制备高分散性白炭黑。实现了对煤矸石及粉煤灰中铝、硅、铁资源的全元素综合利用，所得产品为附加值更高的、符合市场需要的冰晶石、高分散性轮胎专用白炭黑和氧化铁红工业颜料，提高了资源综合利用水平，提高了系统经济效益。

主权项

一种煤矸石制备高分子比冰晶石的方法，首先采用酸碱联合浸出工艺，在常压和中温条件下直接对煤矸石做浸出处理，制得含有铝、铁硫酸盐的酸浸出液和水玻璃，然后以含有铝、铁硫酸盐的酸浸出液制备高分子比冰晶石，其特征在于：步骤一：将由煤矸石酸浸所得酸浸出液送铝、铁分离工序，首先向酸浸出液中加还原剂将其中的Fe3+还原为Fe2+；再以氨水或氨气为沉淀剂，使酸浸出液中的铝转化为氢氧化铝沉淀，经过滤收得氢氧化铝和主要成份为铁的硫酸盐的沉铝后溶液;步骤二：将步骤一所得氢氧化铝与水混合，然后加入氢氧化钠，使氢氧化铝转化为偏铝酸钠，反应结束后经过滤收得偏铝酸钠溶液和主要成份为氢氧化铁的固体残余物，实现铝与铁的再次分离，即铝化合物的净化，偏铝酸钠溶液作为制备高分子比冰晶石的原料；步骤三：将由市场采购的磷化工企业产出的副产氟硅酸送氨化反应器，以氨水或氨气为氨化剂进行氨化反应，生成氟化铵和白炭黑沉淀，反应结束后经过滤收得白炭黑和氟化铵溶液，将白炭黑洗涤、干燥后制得副产沉淀法白炭黑，氟化铵溶液作为制备高分子比冰晶石的原料;步骤四：将步骤二所制得的偏铝酸钠溶液与步骤三制得的氟化铵溶液于冰晶石合成反应器中混合，控制工艺条件，经反应生成高分子比冰晶石，然后经过滤收得冰晶石半成品和冰晶石母液，将冰晶石半成品洗涤、脱水、干燥、包装制得高分子比冰晶石产品；其中，冰晶石制备步骤一所述的酸浸出液中铝、铁的分离方法，是以清水或系统内收得的废水为底液，将碱液和还原后酸浸出液以并流的方式加入到底液中进行铝沉淀反应，沉淀过程严格控制工艺条件以提高铝的沉淀率，限制铁的共沉淀率，实现铝与铁的有效分离；所述步骤四中，所述的偏铝酸钠溶液与氟化铵溶液反应制备冰晶石的方法，是首先向冰晶石合成反应器中加入冰晶石母液或清水做底液，然后升温至50℃‑95℃，按Na:Al:F(摩尔比)=2.7‑3.6:1:5.9‑7.2配料，采用并流的方式将计算量的偏铝酸钠溶液和氟化铵溶液加入到冰晶石合成反应器中进行冰晶石的合成反应，控制反应温度为50℃‑95℃，反应时间40‑120min，反应结束后过滤，所得冰晶石为分散性良好、易于滤洗的细微粒状高分子比产品；所述步骤四中，在偏铝酸钠与氟化铵反应过程有氨气产生，所使用的冰晶石合成反应器为密闭式衬塑设备，与其配套有氨气吸收装置，反应过程所产生的氨气经吸收后制得氨水，返回冰晶石制备步骤一所述铝、铁分离工序、冰晶石制备步骤三所述氨化反应、氧化铁红制备所述沉铝后溶液沉铁工序循环使用；步骤四所述的高分子比冰晶石的制备方法，分离冰晶石后所得冰晶石母液含有少量氟化铵，将该溶液送废水处理系统，加入氧化钙，使氟化铵分解为氨并生成氟化钙，氨经吸收制得氨水返回冰晶石制备步骤一所述铝、铁分离工序、冰晶石制备步骤三所述氨化反应、氧化铁红制备所述沉铝后溶液沉铁工序循环使用，所收得的氟化钙送煤矸石酸分解工序用作活化剂循环使用；将步骤一所得的沉铝后溶液（母液1）送氧化合成反应器，以空气为氧化剂，以氨为pH值控制剂，控制反应温度、反应时间和反应终点pH值，使其中的铁转化为FeOOH或Fe(OH)3，反应结束后经过滤收得FeOOH或Fe(OH)3滤饼和沉铁后溶液，将FeOOH或Fe(OH)3滤饼分离、洗涤、脱水、焙烧、粉碎、包装制得氧化铁红工业颜料，将沉铁后溶液送氨回收工序进行综合利用；对FeOOH或Fe(OH)3滤饼的洗涤，是采用酸洗与水洗相结合的方法，即首先配制一定浓度的稀酸溶液，然后与所得FeOOH或Fe(OH)3滤饼混合，在常温条件下搅拌一定时间后过滤，使滤饼中所含的金属、重金属杂质溶出并得以分离，分离所得洗涤液循环使用，将洗涤后滤饼进一步与水混合，在常温条件下搅拌一定时间后过滤，然后利用压滤机自身的洗涤功能，以水为洗涤剂进行洗涤，洗涤至洗出液中基本无硫酸根时止；将沉铁后溶液（母液3）送沉铁后溶液综合利用工序，于铵解反应器中与石灰乳混合，控制工艺条件，使其中的硫酸铵转化为氨并生成二水硫酸钙，氨经吸收制得氨水返回冰晶石制备步骤一所述铝、铁分离工序、冰晶石制备步骤三所述氨化反应、氧化铁红制备所述沉铝后溶液沉铁工序循环使用，经过滤后所得二水硫酸钙出售给水泥生产企业作为生产水泥的原料或进一步加工为半水硫酸钙，作为生产建筑石膏构件、工艺品的原料出售；过滤所得铵解残液不含有害成份，pH值在6.5‑7.5之间，无害排放或返回生产系统进行循环使用；煤矸石碱浸所得水玻璃过滤后送白炭黑沉淀工序，以硫酸为沉淀剂，控制工艺条件进行沉淀反应，生成具有特殊结构的白炭黑沉淀，然后经过滤收得白炭黑半成品和白炭黑母液，将白炭黑半成品充分洗涤后送造粒干燥系统，经造粒干燥制得高分散性白炭黑成品，白炭黑母液送母液综合利用系统用于回收硫酸钠和水；晶种制备过程以硫酸钠为分散剂，所使用的硫酸钠由制备白炭黑过程所产生的白炭黑母液提供，母液使用量占白炭黑母液总量的10%‑20%，所使用硫酸的浓度为30‑80%，稀释硫酸所用的稀释剂为白炭黑母液。