專利名稱：用粉煤灰生產(chǎn)超細白炭黑、氫氧化鐵和氧化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉煤灰資源化、經(jīng)濟精細化利用的方法；特別是一種以火力發(fā)電、供熱生產(chǎn)中所產(chǎn)粉煤灰為原料，生產(chǎn)超細水合二氧化硅(即超細白炭黑)、氫氧化鐵、氧化鋁與三氟化鋁產(chǎn)品的方法。
背景技術(shù)：
粉煤灰系火力發(fā)電、供熱生產(chǎn)中粉煤燃燒后的產(chǎn)物。其主要可利用物質(zhì)有Al、Fe、Si。其中SiO2含量最高為40% 60%，亦之氧化鋁20% 30%、氧化鐵4% 20%。依椐檢測結(jié)果不難看出:其可作為很好的物產(chǎn)資源。我國是一個火力發(fā)電與供熱大國，隨著火力發(fā)電與供熱業(yè)的飛速發(fā)展，粉煤灰的年產(chǎn)生量也在日益增大；據(jù)不完全統(tǒng)計:我國年產(chǎn)量早已突破億噸；加之各火力供熱與發(fā)電業(yè)為解決環(huán)保問題防止粉煤灰環(huán)境污染填埋坑已儲存的量，粉煤灰現(xiàn)擁有量非常巨大。而粉煤灰的日益增加帶來占地面積大、環(huán)境影響、粉煤灰資源科學(xué)利用問題日益突出。近年來，隨著人們對粉煤灰關(guān)注度的日益提高和對粉煤灰開發(fā)利用認知度的提高，對其開發(fā)力度也在迅速提高。盡管如此，雖取得一定的成效，但其開發(fā)利用水平僅僅限用于建材行業(yè)，并且粉煤灰的利用量很低，不足5%，僅處于開發(fā)利用的初級階段；與將粉煤灰作為資源開發(fā)利用水平較高的美國相比相差很大。就其主要原因而言，關(guān)鍵在于缺乏從其化學(xué)組成入手進行綜合利用。近年來國內(nèi)雖出現(xiàn)較少的從粉煤灰化學(xué)組成入手進行鋁、鐵的開發(fā)利用的成果，但其由于鋁、鐵物質(zhì)浸出率低下等問題，致使其綜合利用技術(shù)的推廣與應(yīng)用舉步為艱。例如；國內(nèi)利用酸浸法制備水處理劑。由于浸出中Al Fe Si鍵無法打開等問題，致使水處理劑產(chǎn)量低下，產(chǎn)品成本過高和所開發(fā)出的產(chǎn)品單一，導(dǎo)致無法進行工業(yè)化生產(chǎn)。由此可知:粉煤灰利用中Al、Fe物質(zhì)浸出率低下和所開發(fā)的物質(zhì)單一成本過高，是導(dǎo)致粉煤灰化學(xué)組成綜合利用技術(shù)推廣、應(yīng)用受阻成為關(guān)鍵難點問題。

業(yè)內(nèi)人員周知，粉煤灰從其化學(xué)組成分析具有以下特點:其一，硅、鋁、鐵含量較高且產(chǎn)出量巨大，可作為豐富物產(chǎn)資源；其二，受其自身玻璃體難溶等因素影響，常規(guī)液相浸出方式有用物質(zhì)浸出率低下成為關(guān)鍵難點問題。所以提高浸出率問題是解決問題的關(guān)鍵所在。因此如何解決關(guān)鍵難題，進一步科學(xué)合理、經(jīng)濟精細化充分利用粉煤灰自身化學(xué)組成特點，集國內(nèi)外現(xiàn)有相關(guān)經(jīng)典、成熟技術(shù)優(yōu)勢，創(chuàng)新解決關(guān)鍵問題，將粉煤灰作為資源進行開發(fā)與利用，使其成為工藝簡單、經(jīng)濟合理、產(chǎn)品多元、實效性強的生產(chǎn)技術(shù)，便顯得十分重要和意義重大；同時也是解決粉煤灰現(xiàn)存問題的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種用粉煤灰生產(chǎn)超細白炭黑和氫氧化鐵、氧化鋁的方法；該方法有用物質(zhì)浸出率高，制作成本低。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下:一種用粉煤灰生產(chǎn)超細白炭黑和氫氧化鐵、氧化鋁的方法，其特征在于:以粉煤灰為原料，以硫酸、燒堿溶液為溶劑；將粉煤灰經(jīng)研磨、一段加熱助溶酸浸、過濾與洗滌；所得濾液用于制備氫氧化鐵與氧化鋁；一浸過濾后所得濾餅用于制備超細白炭黑；具體步驟包括:
A.研磨:將粉煤灰經(jīng)研磨機研磨至200微米以下粉體；
B.鋁-鐵的提取:研磨后的粉煤灰采用助溶加熱酸浸方式進行鋁-鐵提?。?br> B.1 一段加熱助溶酸浸(簡稱一浸):首次浸出按酸浸溶劑濃度2 4Mol配水量將60°C熱水至浸出釜內(nèi)，在加熱攪拌下再按粉煤灰:酸浸溶劑固液比為1:8 10加入粉煤灰后，再按酸浸溶劑濃度2 4Mol配硫酸量加入濃硫酸至浸出釜內(nèi)后，再按粉煤灰:助溶藥劑固:固重量比100:16 22加入助溶藥劑NaF后，持續(xù)加熱攪拌4 6小時后至保溫中儲I ;
之后均采用循環(huán)浸出，即將中儲I的溢液或B5結(jié)晶與溢流工序中溢流液加入濃硫酸配制成與首次浸出等濃度酸浸溶劑進行加熱助溶浸出；其操作步驟:先將中儲I沉淀后溢流液至反應(yīng)釜內(nèi)，在加熱攪拌下加入助溶劑和粉煤灰后，再加入與前次浸出等濃度酸浸溶劑配劑用量的濃硫酸；其它條件與前次浸出相同；工藝條件:攪拌速度200 250轉(zhuǎn)/分，一浸加熱溫度95。C 120。C ;
B.2保溫儲存I (簡稱中儲I):將酸浸后的混合液至設(shè)有溢流的錐形保溫儲存罐，儲存沉淀后的底流至步驟B.3過濾與洗滌；沉·淀后溢流清液加濃硫酸配制成一浸等濃度酸浸溶劑返回步驟B.1—浸；
B.3過濾與洗滌:將儲存沉淀后的底流至過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；濾餅至步驟
D.1.1 二段加熱堿浸工序提取Si02 ;濾液至步驟B.5結(jié)晶與溢流；濾餅洗滌水循環(huán)使用后至步驟B.4保溫儲存2 ；
B.4保溫儲存2 (簡稱中儲2):將濾餅循環(huán)洗滌后的洗滌水至保溫儲罐儲存，分別用于步驟B.1 一浸中浸液蒸發(fā)后的補充用水，當(dāng)鋁-鐵含量較高時至步驟C.1.1結(jié)晶體溶解用水；
B.5結(jié)晶與溢流:將步驟B.3循環(huán)浸出過濾后的濾液至本工序進行結(jié)晶，結(jié)晶后的結(jié)晶底流至步驟B.6過濾與分離；結(jié)晶后溢流液返回步驟B.1—浸，按一浸酸浸溶劑等濃度加入濃硫酸配制成酸浸溶劑；
B.6過濾與分離:將步驟B.5所得結(jié)晶底流至本工序過濾與分離，過濾后結(jié)晶體至步驟C.1鋁-鐵分離，濾液至步驟B.5結(jié)晶與溢流；設(shè)備和設(shè)施洗滌水循環(huán)利用后至B.4中儲2 ;
C.鋁-鐵分離與鋁、鐵產(chǎn)品制備；
C.1鋁-鐵分離:將結(jié)晶體中的鋁與鐵進行分離；
C.1.1結(jié)晶體溶解:將步驟B.6過濾后結(jié)晶體至加熱攪拌捅，之后按結(jié)晶體與溶劑水固液比1:2 5加入中儲2中的洗滌水，在攪拌下加熱至25。C使結(jié)晶體溶解后得溶液；攪拌速度200 250轉(zhuǎn)/分；
C.1.2脫酸:將溶液至中和攪拌捅，之后緩慢加入熟石灰，將溶液pH調(diào)節(jié)至2.8 3.0得脫酸混合液；
C.1.3過濾與洗滌:將脫酸混合液至過濾與洗滌系統(tǒng)與進行固液分離洗滌，濾液至步驟C.1.4沉淀與溢流；濾餅為副產(chǎn)品石膏；濾餅洗滌水循環(huán)使用后至中儲2 ；
C.1.4沉淀與溢流:將步驟C.1.3所得濾液進行沉淀，沉淀后溢流清液至下步驟C.1.5氧化與pH調(diào)節(jié)，沉淀后底流至步驟上C.1.3過濾與洗滌進行液固分離，濾液與濾餅走向與C.1.3相同；c.1.5氧化與pH調(diào)節(jié):將溢流清液至反應(yīng)釜，在加熱攪拌下升溫至60 70°C，按制備液與氧化劑體積比100:6 10向釜內(nèi)加入氧化劑次氯酸鈉后，持續(xù)加熱保溫在60 70 V、攪拌20分鐘，加入質(zhì)量百分比濃度為10%Na0H溶液(以下同)調(diào)節(jié)釜內(nèi)溶液pH至4.0，將溶液溫度升至80°C后保持30分鐘，得混合液；
C.1.6沉淀與溢流:將混合液至本工序進行沉淀后，底流至下步驟C.1.7過濾與洗滌，溢流清液分兩路:一路至鋁產(chǎn)品制備工序，另一路作為一浸中所產(chǎn)含氟氣體吸收系統(tǒng)吸收劑制備三氟化鋁產(chǎn)品；
C.1.7過濾與洗滌:將上步驟Cl.6沉淀后底流至過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；濾餅至步驟C.2.1陳化，濾液返回步驟C.1.6沉淀與溢流；濾餅洗滌水經(jīng)循環(huán)使用后至中儲2 ；濾液為含招溶液，濾餅為含鐵濾餅；
C.2氫氧化鐵產(chǎn)品制備:用含鐵濾餅制備氫氧化鐵產(chǎn)品；
C.2.1陳化:將步驟C.1.7所得濾餅至裝有10%Na0H溶液的陳化池內(nèi)陳化24小時后，得沉淀底流；
C.2.2過濾與洗滌:將沉淀底流至過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；濾餅為氫氧化鐵半成品至步驟C.2.3干燥，濾液返回上步驟C.2.1的陳化池；濾餅洗滌水經(jīng)循環(huán)使用后至中儲2 ；
C.2.3干燥:將上步驟C.2.2所得濾餅在溫度100 200°C、時間60 120分鐘條件下干燥，得干燥物料；
C.2.4研磨:將干燥物料至研磨機研磨得氫氧化鐵產(chǎn)品；
C.3鋁產(chǎn)品制備:用含鋁溶液制備固態(tài)氧化鋁產(chǎn)品；
C.3.1 pH調(diào)節(jié):將步驟C.1.6的溢流清液至反應(yīng)釜，在攪拌下將釜內(nèi)制備液升至60 70°C，而后向釜內(nèi)加入10%Na0H溶液，調(diào)節(jié)釜內(nèi)溶液pH至5.3，再將溶液溫度升至80°C，保溫30分鐘后得調(diào)節(jié)混合液；
C.3.2沉淀與溢流:將調(diào)節(jié)混合液至本工序進行沉淀與溢流，沉淀底流至下步驟C.3.3過濾與洗滌工序，沉淀后溢流清液將其配制成步驟D.2.1分散與凝膠所要求的等濃度鹽量的分散劑后至D.2.1分散與凝膠；
C.3.3過濾與洗滌:將上步驟C.3.2所得沉淀底流至過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；洗滌后濾餅為含鋁濾餅至下步驟C.3.4陳化；濾液返回上步驟C.3.2沉淀與溢流；濾餅洗滌水經(jīng)循環(huán)使用后至步驟B.4中儲2 ;
C.3.4曬鹽與溢流:將C.3.2沉淀與溢流工序中溢流清液至本工序，經(jīng)水份自然蒸發(fā)至飽結(jié)晶得結(jié)晶硫酸鈉副產(chǎn)品，其結(jié)晶后溢流清液至D.2.7結(jié)晶與溢流工序；
C.3.5陳化:將步驟C.3.3洗滌后含鋁濾餅至裝有10%Na0H溶液的陳化池內(nèi)陳化24小時后，得沉淀底流至下步驟C.3.5過濾與洗滌；
C.3.6過濾與洗滌:將沉淀底流至過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；洗滌后濾餅為氫氧化鋁半成品至步驟C.3.7干燥，濾液返回上步驟C.3.5的陳化池；濾餅洗滌水經(jīng)循環(huán)使用后至中儲2 ； C.3.7干燥:將上步驟C.3.5所得洗滌濾餅在溫度100 200。C、時間60 120分鐘條件下干燥，得干燥物料；
C.3.8研磨:將干燥物料至研磨機研磨后為氧化鋁產(chǎn)品；D.硅提取與硅產(chǎn)品制備:將一浸濾餅中所含二氧化硅溶出提取與制備超細水合二氧
化硅
D.1硅溶出提取
D.1.1 二段加熱堿浸(簡稱二浸):本工序使用的濾餅來自于步驟B.3過濾與洗滌；浸出時按濾餅(重量):堿浸溶劑(體積)比為1:3 8至反應(yīng)釜；堿浸溶劑是濃度12% 16%NaOH ;堿浸溶劑配制方法有兩種，相應(yīng)的，二浸方法為:其一；用商品液堿配制:將32%或42%的NaOH液堿加水配制成12% 16%Na0H，配制好的堿浸溶劑加熱至90°C后，在加熱攪拌下把濾 餅加入反應(yīng)釜，加熱至95°C 120°C后，持續(xù)加熱攪拌2.5小時，之后將其釜內(nèi)二浸混合液熱態(tài)下至下步驟D.1.2保溫中儲3，攪拌速度200 250轉(zhuǎn)/分；(浸出前，將配制好的堿浸溶劑溫度加熱至90。C后，進入反應(yīng)釜進行浸出；目的是減少二浸達到浸出設(shè)計溫度所用加熱時間)其二 ；用商品固堿配制:按濾餅:堿浸溶劑其重量:體積比為1:3 8的堿浸溶劑所需用的水量將60°C熱水至反應(yīng)釜，在加熱攪拌下把濾餅加入反應(yīng)釜，再按配制堿浸溶劑12% 16%Na0H所需用的固堿量加入固態(tài)NaOH后，加熱至95°C 120°C后，持續(xù)加熱攪拌2.5小時，之后將其釜內(nèi)二浸混合液熱態(tài)下至下步驟D.1.2保溫中儲3，攪拌速度200 250轉(zhuǎn)/分；重量:體積比是g:ml或Kg:L或t:m3 ；
D.1.2保溫中儲3 (簡稱中儲3):將上步驟D.1.1 二浸混合液至中儲3進行保溫儲存后至下步驟D.1.3過濾與洗滌；以縮短二浸反應(yīng)釜浸出完成后占用時間，提高其有效工作時間和消除由于快速溫降形成膠態(tài)所導(dǎo)致的過濾不暢；
D.1.3過濾與洗滌:將儲存后的二浸混合液經(jīng)過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；二浸濾液至硅產(chǎn)品制備工序的步驟D.2.1分散與凝膠，濾餅用熱態(tài)I 3%Na0H堿溶液反復(fù)洗滌；循環(huán)洗滌后的堿溶液至中儲4，再用熱水循環(huán)洗滌濾餅，用水洗滌后的濾餅廢棄填埋，洗滌水儲存循環(huán)使用后至中儲4 ；
D.1.4中儲4:將上步驟D.1.3過濾與洗滌循環(huán)洗滌后硅含量較高的堿液和洗滌水至本工序儲存后至D.1.1 二浸工序，作為二浸工序堿浸溶劑配劑用水；
D.2硅產(chǎn)品制備
D.2.1分散與凝膠:將D.1.3 二浸濾液至反應(yīng)釜，在攪拌下按制備液與分散劑體積比1:2 3加入質(zhì)量百分比濃度為8% 14%NaCl溶液作為一次分散劑，之后將溫度升至60°C后至下步驟；
首次制備硅產(chǎn)品NaCl作為一次分散劑，其余可用后續(xù)步驟D.2.4隔離與老化沉淀的溢流清液配制成等濃度鹽含量溶液作一次分散劑；
D.2.2升溫與pH調(diào)節(jié):將上步驟制備液在加熱保溫60。C、攪拌下加入質(zhì)量百分比濃度為10%硫酸溶液調(diào)節(jié)制備液pH至7.0后至下步驟；
D.2.3分散與升溫:按制備液與二次分散劑體積比100:2.5 10加入二次分散劑乙醇，將制備液升溫至80°C后至隔離與老化工序；
D.2.4隔離與老化:按制備液與隔離劑體積比100:2.5 10加入隔離劑丙三醇，在80°C溫度、持續(xù)攪拌15分鐘后，保溫80°C老化20分鐘得老化混合液；
D.2.5沉淀與溢流:將老化混合液至本工序進行沉淀溢流，溢流清液至步驟D.2.7結(jié)晶與溢流；沉淀底流至下步驟；
D.2.6過濾與洗滌:將上步驟沉淀底流至過濾與洗滌系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；濾液返回上步驟沉淀與溢流；洗滌濾餅至步驟D.2.8干燥；濾餅洗滌水循環(huán)使用后至中儲4 ；
D.2.7結(jié)晶與溢流:將步驟D.2.5的溢流清液至本工序；其大部分溢流液至D.2.1分散與凝膠工序中作為一次分散劑，另一部分溢流清液至C.3.4曬鹽與溢流；本工序溢流清液經(jīng)多頻次作為一次分散劑循環(huán)使用后池內(nèi)硫酸鈉含量會不斷增大直至飽和結(jié)晶，所得結(jié)晶鹽為副廣品結(jié)晶硫Ife納；
D.2.8干燥:將上步驟D.2.6所得洗滌濾餅在溫度80。C、時間60 120分鐘條件下干燥，得干燥物料；
D.2.9研磨:將干燥物料至研磨機，研磨后物料為超細水合二氧化硅產(chǎn)品。進一步的，本發(fā)明還對一段加熱助溶酸浸過程中所產(chǎn)生的含氟氣體加以利用，所以，本發(fā)明還包括下述步驟:
E.含氟氣體吸收與其產(chǎn)品制備:將一浸產(chǎn)生的含氟氣體吸收并制備AlF3產(chǎn)品
E.1含氟氣體吸收:將步驟B.1 一 浸所產(chǎn)含氟氣體由釜頂部排氣設(shè)施引入吸收塔底部進氣口進行吸收，吸收劑為氫氧化鋁溶液經(jīng)吸收塔頂部噴淋設(shè)施噴淋，得吸收液至下步驟；
E.2沉淀與溢流:將吸收液至本工序，沉淀后溢流清液繼續(xù)作為吸收劑至下步驟E.3循環(huán)吸收，沉淀底流至步驟E.4過濾與分離；
E.3循環(huán)吸收:將上步驟沉淀后的溢流清液至循環(huán)槽后作為吸收劑至吸收塔頂部噴淋設(shè)施噴淋進行循環(huán)吸收；當(dāng)沉淀后清液含Al量較低時關(guān)閉此循環(huán)系統(tǒng)，啟動另一備用循環(huán)系統(tǒng)；同時將循環(huán)槽低鋁吸收液至儲存設(shè)施儲存后作為B.1 一浸過程中浸液蒸發(fā)后的補充用水返回步驟B.1—浸工序，之后向循環(huán)槽補充等量C.1.6沉淀與溢流工序溢流清液即新氫氧化招溶液；
E.4過濾與分離:將步驟E.2沉淀與溢流所得沉淀底流經(jīng)過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；濾餅為三氟化鋁AlF3至步驟E.5干燥，濾液返回E.3循環(huán)吸收的循環(huán)槽；循環(huán)洗滌后的濾餅洗滌水與循環(huán)槽低鋁溶液一起儲存，作為一浸補充用水；
E.5干燥:將上步驟E.4所得濾餅在溫度80。C、時間60 120分鐘條件下干燥，得干燥物料；
E.6研磨:將上步驟干燥后物料至研磨機進行研磨后為AlF3產(chǎn)品。本發(fā)明的生產(chǎn)工藝路線有兩條，第一條生產(chǎn)工藝由兩步法組成:將預(yù)處理后的粉煤灰至第一步:通過創(chuàng)新采用粉煤灰助溶浸出技術(shù)，即:一段加熱浸出將Al、Fe提取與其產(chǎn)品制備工藝相結(jié)合，生產(chǎn)氫氧化鐵、氧化鋁產(chǎn)品；第二步:采用吸收法:將一段浸出中所產(chǎn)含氟氣體通過Al-Fe分離工序除鐵后氫氧化鋁清液作吸收劑制備氟化鋁產(chǎn)品；第二條生產(chǎn)工藝由一步法組成:即第三步:二段浸出硅提取與硅產(chǎn)品制備工藝相結(jié)合生產(chǎn)超細白炭黑
產(chǎn)品本發(fā)明的技術(shù)要點如下:
1.步驟A研磨工序?qū)⒎勖夯业牧６缺３衷?00微米以下，以確保Al、Fe、Si的提取率；
2.步驟B.1—段加熱酸浸，通過浸液循環(huán)達到浸液中Al、Fe離子濃度增大至飽和結(jié)晶，以提高Al、Fe產(chǎn)品的制備率和降低配制酸浸溶劑時濃硫酸的加入量，從而降低產(chǎn)品的制備成本的目的；
3.步驟B.2中儲I與步驟D.1.2中儲3主要是為提高反應(yīng)釜和過濾設(shè)備作業(yè)率而設(shè)；為了減少儲罐內(nèi)溶液溫降，該裝置應(yīng)在外表面增設(shè)保溫層，以避免因溶液急劇溫降形成硅膠類物質(zhì)影響其下步驟過濾順暢；
4.步驟B.5結(jié)晶與溢流:通過一浸濾后液加濃硫酸配制成與前次浸出等濃度酸浸溶劑進行一浸循環(huán)浸出達到其浸后濾液結(jié)晶的目的；
5.步驟C.1.1結(jié)晶體溶解，應(yīng)注意結(jié)晶體充分溶解后方可進入下一個工序；
6.步驟C.1.2脫酸是為降低NaOH消耗，從而降低中和成本而設(shè)，脫酸時應(yīng)將熟石灰制成粉態(tài)方可加入脫酸罐內(nèi)進行脫酸，否則會因熟石灰塊大影響攪拌和脫酸效果；
7.步驟C.1.5氧化與pH調(diào)節(jié)是實現(xiàn)鐵鋁分離的關(guān)鍵工序。該工序主要是將制備液鐵離子中二價鐵通過用氯堿生產(chǎn)系統(tǒng)尾氯吸收液次氯酸鈉作氧化劑進行氧化，將二價鐵轉(zhuǎn)變成三價鐵，再經(jīng)PH調(diào)節(jié)將三價鐵轉(zhuǎn)變成氫氧化鐵，從而實現(xiàn)鋁鐵分離的目的；
8.步驟B.6過濾與分離工序過濾后，設(shè)備和設(shè)施應(yīng)及時清洗。避免因溶液再次結(jié)晶堵塞設(shè)備設(shè)施，影響下次過濾；
9.步驟C.1.5氧化與pH調(diào)節(jié)工序氧化中，應(yīng)將氧化劑加入管抻向反應(yīng)釜底部，以提高制備液的氧化效率；
10.步驟C.1.5氧化與pH調(diào)節(jié)工序氧化時會產(chǎn)生一定量氯氣，因此對其含氯尾氣必須建立吸收系統(tǒng)。含氯尾氣吸收選用10%的氫氧化鈉溶液作吸收劑。吸收后近飽和的吸收液返回步驟C.1.5氧化與pH調(diào)節(jié)工序；
11.步驟C.1.3與步驟D.1.3過濾與洗滌工序中濾餅的洗滌是很重要的環(huán)節(jié)，因此濾餅洗滌時必須用沸水反復(fù)洗滌力爭濾餅中可溶性物質(zhì)的富集最小化；
12.步驟E.4.1與步驟E.4.3制備液需經(jīng)兩次分散，是實現(xiàn)水合二氧化硅達到超細級的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此須按規(guī)定操作；
13.各產(chǎn)品制備段濾餅的洗滌應(yīng)用沸水進行洗滌，洗滌后的洗滌水應(yīng)循環(huán)使用。循環(huán)使用后的洗滌水返回各自洗滌水中儲罐，并用于各自生產(chǎn)工藝中，以節(jié)省大量新水的使用量。本發(fā)明的有益效果主要在于:
1、創(chuàng)新采用粉煤灰助溶浸技術(shù)進一步提高了有用物質(zhì)的提取率
從根本上更好地解決了傳統(tǒng)的粉煤灰浸出方式有用物質(zhì)浸出率低下無法實現(xiàn)工業(yè)化利用的難題。粉煤灰助溶浸出技術(shù)通過在浸出中加入氟化物，將Al Si鍵斷開，大大提高了 Al、Fe的溶解率。另外，也為二浸硅的浸出溶解提高提取率打下良好的基礎(chǔ)。因此采用粉煤灰助溶浸出技術(shù)可成為粉煤灰化學(xué)組份利用資源化、工業(yè)化有力的保障；
2、集國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品制備技術(shù)優(yōu)勢開發(fā)適應(yīng)市場需求產(chǎn)品
據(jù)產(chǎn)品市場需求將粉煤灰助溶浸出法與經(jīng)典、成熟Al、Fe、Si相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)結(jié)合是本新技術(shù)發(fā)明的一大特點。由此將粉煤灰利用產(chǎn)品多元、附加值更高化得已實現(xiàn)，徹底解決了粉煤傳統(tǒng)利用中產(chǎn)品開發(fā)單一、附加值低等難點問題；
3、將清潔、環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟、增效理念貫穿于整個生產(chǎn)工藝中
3.1將一段助溶浸出中產(chǎn)生的含氟氣體采用吸收法制備氟化鋁產(chǎn)品。即利用鋁鐵分離后的氫氧化鋁清液作吸收劑，利用一浸中所產(chǎn)含氟氣體為氟原料生產(chǎn)氟化鋁產(chǎn)品；
3.2將一浸采用循環(huán)浸出方式，可節(jié)省酸浸溶劑配劑用濃硫酸至少50%。從而節(jié)省大量酸浸成本；
3.3將生產(chǎn)工藝中濾餅循環(huán)洗滌后的洗滌水回用于生產(chǎn)工藝中，大大節(jié)省新水用量；3.4將招、娃廣品制備后的含鹽硫酸納清液作為娃廣品制備中分散與凝I父工序中一次分散劑用于其中，不但可大量節(jié)省分散劑NaCl，而且可節(jié)省大量新水；
3.5脫酸工序選用熟石灰粉進行脫酸，不但可節(jié)省大量NaOH固堿或液堿，而且可產(chǎn)出附產(chǎn)品石膏，進一步增加了經(jīng)濟效益；
4、注重工藝細節(jié)處理把提高效益落到實處
本發(fā)明是將粉煤灰助溶浸出技術(shù)與集國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品制備技術(shù)優(yōu)勢有機結(jié)合，并在此基礎(chǔ)上加以改進與創(chuàng)新，通過大量實驗加以驗證、總結(jié)歸納優(yōu)化整合而成；其針對上述粉煤灰綜合利用問題，所采用的創(chuàng)新與改進點是:首先，采用兩段浸出即一段助溶循環(huán)加熱酸浸與二段加熱堿浸方式相結(jié)合，以此可將粉煤灰有用物質(zhì)總?cè)芙饴视?5% 20%增至75% 85% ;其次，一段加熱酸浸后氫氧化鐵制備工藝中氧化與pH調(diào)節(jié)工序采用氧化時含氯氣體用稀堿液吸收，并且循環(huán)吸收后的吸收液返回氧化與PH調(diào)節(jié)工序作氧化劑，大大地減少了氧化劑外進量；第三 ，金屬氫氧化物產(chǎn)品制備工藝中采用粉煤灰Al Fe分離工藝，為Al、Fe化工產(chǎn)品的多元化、系列化打下良好的基礎(chǔ)；第四，在硅產(chǎn)品制備中采用兩次分散、一次隔離技術(shù)，同時PH調(diào)節(jié)中將常規(guī)鹽酸溶液調(diào)節(jié)改為硫酸溶液調(diào)節(jié)，在提升產(chǎn)品等級的同時，進一步降低了廣品制備成本；弟五，娃廣品制備中將娃廣品制備沉淀后含硫Ife納&流清液作為一次分散劑用于凝膠與PH調(diào)節(jié)工序，大大降低了 NaCl的用量，進一步節(jié)省大量工藝成本。
具體實施例方式各個實驗例所用的原料來源如下:
粉煤灰:來自金昌市某熱電站，其主要化學(xué)組成見表I。表I金昌市某熱電站粉煤灰主要化學(xué)組成
權(quán)利要求
1.一種用粉煤灰生產(chǎn)超細白炭黑和氫氧化鐵、氧化鋁的方法，其特征在于:以粉煤灰為原料，以硫酸、燒堿溶液為溶劑；將粉煤灰經(jīng)研磨、一段加熱助溶酸浸、過濾與洗滌；所得濾液用于制備氫氧化鐵與氧化鋁；一浸過濾后所得濾餅用于制備超細白炭黑；具體步驟包括: A.研磨:將粉煤灰經(jīng)研磨機研磨至200微米以下粉體； B.鋁-鐵的提取:研磨后的粉煤灰采用助溶加熱酸浸方式進行鋁-鐵提?。? B.1 一段加熱助溶酸浸:首次浸出按酸浸溶劑濃度2 4Mol配水量將60°C熱水至浸出釜內(nèi)，在加熱攪拌下再按粉煤灰:酸浸溶劑固液比為1:8 10加入粉煤灰后，再按酸浸溶劑濃度2 4Mol配硫酸量加入濃硫酸至浸出釜內(nèi)后，再按粉煤灰:助溶藥劑固:固重量比100:16 22加入助溶藥劑NaF后，持續(xù)加熱攪拌4 6小時后至保溫中儲I ; 之后均采用循環(huán)浸出，即將中儲I的溢液或B5結(jié)晶與溢流工序中溢流液加入濃硫酸配制成與首次浸出等濃度酸浸溶劑進行加熱助溶浸出；其操作步驟:先將中儲I沉淀后溢流液至反應(yīng)釜內(nèi)，在加熱攪拌下加入助溶劑和粉煤灰后，再加入與前次浸出等濃度酸浸溶劑配劑用量的濃硫酸；其它條件與前次浸出相同；工藝條件:攪拌速度200 250轉(zhuǎn)/分，一浸加熱溫度95 120°C ; B.2保溫儲存1:將酸浸后的混合液至設(shè)有溢流的錐形保溫儲存罐，儲存沉淀后的底流至步驟B.3過濾與洗滌；沉淀后溢流清液加濃硫酸配制成一浸等濃度酸浸溶劑返回步驟B.1 —浸； B.3過濾與洗滌:將儲存沉淀后的底流至過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；濾餅至步驟D.1.1 二段加熱堿浸工序提取Si02 ;濾液至步驟B.5結(jié)晶與溢流；濾餅洗滌水循環(huán)使用后至步驟B.4保溫儲存2 ； B.4保溫儲存2:將濾餅循環(huán)洗滌后的洗滌水至保溫儲罐儲存，分別用于步驟B.1 一浸中浸液蒸發(fā)后的補充用水，當(dāng)鋁-鐵含量較高時至步驟C.1.1結(jié)晶體溶解用水； B.5結(jié)晶與溢流:將步驟B.3循環(huán)浸出過濾后的濾液至本工序進行結(jié)晶，結(jié)晶后的結(jié)晶底流至步驟B.6過濾與分離；結(jié)晶后溢流液返回步驟B.1—浸，按一浸酸浸溶劑等濃度加入濃硫酸配制成酸浸溶劑； B.6過濾與分離:將步驟B.6所得結(jié)晶底流至本工序過濾與分離，過濾后結(jié)晶體至步驟C.1鋁-鐵分離，濾液至步驟B.5結(jié)晶與溢流；設(shè)備和設(shè)施洗滌水循環(huán)利用后至B.4中儲2 ; C.鋁-鐵分離與鋁、鐵產(chǎn)品制備； C.1鋁-鐵分離:將結(jié)晶體中的鋁與鐵進行分離； C.1.1結(jié)晶體溶解:將步驟B.6過濾后結(jié)晶體至加熱攪拌捅，之后按結(jié)晶體與溶劑水固液比1:2 5加入中儲2中的洗滌水，在攪拌下加熱至25°C使結(jié)晶體溶解后得溶液；攪拌速度200 250轉(zhuǎn)/分； C.1.2脫酸:將溶液至中和攪拌捅，之后緩慢加入熟石灰，將溶液pH調(diào)節(jié)至2.8 3.0得脫酸混合液； C.1.3過濾與洗滌:將脫酸混合液至過濾與洗滌系統(tǒng)與進行固液分離洗滌，濾液至步驟C.1.4沉淀與溢流；濾餅為副產(chǎn)品石膏；濾餅洗滌水循環(huán)使用后至中儲2 ； C.1.4沉淀與溢 流:將步驟C.1.3所得濾液進行沉淀，沉淀后溢流清液至下步驟C.1.5氧化與pH調(diào)節(jié)，沉淀后底流至步驟上C.1.3過濾與洗滌進行液固分離，濾液與濾餅走向與c.1.3相同； C.1.5氧化與pH調(diào)節(jié):將溢流清液至反應(yīng)釜，在加熱攪拌下升溫至60 70°C，按制備液與氧化劑體積比100:6 10向釜內(nèi)加入氧化劑次氯酸鈉后，持續(xù)加熱保溫在60 70°C、攪拌20分鐘，加入質(zhì)量百分比濃度為10%Na0H溶液(以下同)調(diào)節(jié)釜內(nèi)溶液pH至4.0，將溶液溫度升至80°C后保持30分鐘，得混合液； C.1.6沉淀與溢流:將混合液至本工序進行沉淀后，底流至下步驟C.1.7過濾與洗滌，溢流清液分兩路:一路至鋁產(chǎn)品制備工序，另一路作為一浸中所產(chǎn)含氟氣體吸收系統(tǒng)吸收劑制備三氟化鋁產(chǎn)品； C.1.7過濾與洗滌:將上步驟Cl.6沉淀后底流至過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；濾餅至步驟C.2.1陳化，濾液返回步驟C.1.6沉淀與溢流；濾餅洗滌水經(jīng)循環(huán)使用后至中儲2 ；濾液為含招溶液，濾餅為含鐵濾餅； C.2氫氧化鐵產(chǎn)品制備:用含鐵濾餅制備氫氧化鐵產(chǎn)品； C.2.1陳化:將步驟C.1.7所得濾餅至裝有10%Na0H溶液的陳化池內(nèi)陳化24小時后，得沉淀底流； C.2.2過濾與洗滌:將沉淀底流至過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；濾餅為氫氧化鐵半成品至步驟C.2.3干燥，濾液返回上步驟C.2.1的陳化池；濾餅洗滌水經(jīng)循環(huán)使用后至中儲2 ； C.2.3干燥 :將上步驟C.2.2所得濾餅在溫度100 200°C、時間60 120分鐘條件下干燥，得干燥物料； C.2.4研磨:將干燥物料至研磨機研磨得氫氧化鐵產(chǎn)品； C.3鋁產(chǎn)品制備:用含鋁溶液制備固態(tài)氧化鋁產(chǎn)品； C.3.1 pH調(diào)節(jié):將步驟C.1.6的溢流清液至反應(yīng)釜，在攪拌下將釜內(nèi)制備液升至60 70°C，而后向釜內(nèi)加入10%Na0H溶液，調(diào)節(jié)釜內(nèi)溶液pH至5.3，再將溶液溫度升至80°C，保溫30分鐘后得調(diào)節(jié)混合液； C.3.2沉淀與溢流:將調(diào)節(jié)混合液至本工序進行沉淀與溢流，沉淀底流至下步驟C.3.3過濾與洗滌工序，沉淀后溢流清液將其配制成步驟D.2.1分散與凝膠所要求的等濃度鹽量的分散劑后至D.2.1分散與凝膠； C.3.3過濾與洗滌:將上步驟C.3.2所得沉淀底流至過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；洗滌后濾餅為含鋁濾餅至下步驟C.3.4陳化；濾液返回上步驟C.3.2沉淀與溢流；濾餅洗滌水經(jīng)循環(huán)使用后至步驟B.4中儲2 ; C.3.4曬鹽與溢流:將C.3.2沉淀與溢流工序中溢流清液至本工序，經(jīng)水份自然蒸發(fā)至飽結(jié)晶得結(jié)晶硫酸鈉副產(chǎn)品，其結(jié)晶后溢流清液至D.2.7結(jié)晶與溢流工序； C.3.5陳化:將步驟C.3.3洗滌后含鋁濾餅至裝有10%Na0H溶液的陳化池內(nèi)陳化24小時后，得沉淀底流至下步驟C.3.5過濾與洗滌； C.3.6過濾與洗滌:將沉淀底流至過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；洗滌后濾餅為氫氧化鋁半成品至步驟C.3.7干燥，濾液返回上步驟C.3.5的陳化池；濾餅洗滌水經(jīng)循環(huán)使用后至中儲2 ； C.3.7干燥:將上步驟C.3.5所得洗滌濾餅在溫度100 200°C、時間60 120分鐘條件下干燥，得干燥物料；c.3.8研磨:將干燥物料至研磨機研磨后為氧化鋁產(chǎn)品； D.硅提取與硅產(chǎn)品制備:將一浸濾餅中所含二氧化硅溶出提取與制備超細水合二氧化硅 D.1硅溶出提取 D.1.1 二段加熱堿浸:本工序使用的濾餅來自于步驟B.3過濾與洗滌；浸出時按濾餅與堿浸溶劑重量:體積比為1:3 8至反應(yīng)釜；堿浸溶劑是濃度12% 16%NaOH ;堿浸溶劑配制方法有兩種，相應(yīng)的，二浸方法為:其一；用商品液堿配制:將32%或42%的NaOH液堿加水配制成12% 16%Na0H，配制好的堿浸溶劑加熱至90°C后，在加熱攪拌下把濾餅加入反應(yīng)釜，加熱至95°C 120°C后，持續(xù)加熱攪拌2.5小時，之后將其釜內(nèi)二浸混合液熱態(tài)下至下步驟D.1.2保溫中儲3，攪拌速度200 250轉(zhuǎn)/分；其二 ；用商品固堿配制:按濾餅:堿浸溶劑其重量:體積比為1:3 8的堿浸溶劑所需用的水量將60°C熱水至反應(yīng)釜，在加熱攪拌下把濾餅加入反應(yīng)釜，再按配制堿浸溶劑12% 16%Na0H所需用的固堿量加入固態(tài)NaOH后，加熱至95°C 120°C后，持續(xù)加熱攪拌2.5小時，之后將其釜內(nèi)二浸混合液熱態(tài)下至下步驟D.1.2保溫中儲3，攪拌速度200 250轉(zhuǎn)/分；重量:體積比是g:ml或Kg:L或 t:m3 ; D.1.2保溫中儲3 (簡稱中儲3):將上步驟D.1.1 二浸混合液至中儲3進行保溫儲存后至下步驟D.1.3過濾與洗滌； D.1.3過濾與洗滌:將儲存后的二浸混合液經(jīng)過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；二浸濾液至硅產(chǎn)品制備工序的步驟D.2.1分散與凝膠，濾餅用熱態(tài)I 3%Na0H堿溶液反復(fù)洗滌；循環(huán)洗滌后的堿溶液至中儲4，再用熱水循環(huán)洗滌濾餅，用水洗滌后的濾餅廢棄填埋，洗滌水儲存循環(huán)使用后至中儲4 ； D.1.4中儲4:將上步驟D.1.3過濾與洗滌循環(huán)洗滌后硅含量較高的堿液和洗滌水至本工序儲存后至D.1.1 二浸 工序，作為二浸工序堿浸溶劑配劑用水； D.2硅產(chǎn)品制備 D.2.1分散與凝膠:將D.1.3 二浸濾液至反應(yīng)釜，在攪拌下按制備液與分散劑體積比1:2 3加入質(zhì)量百分比濃度為8% 14%NaCl溶液作為一次分散劑，之后將溫度升至60°C后至下步驟； 首次制備硅產(chǎn)品NaCl作為一次分散劑，其余可用后續(xù)步驟D.2.4隔離與老化沉淀的溢流清液配制成等濃度鹽含量溶液作一次分散劑； D.2.2升溫與pH調(diào)節(jié):將上步驟制備液在加熱保溫60°C、攪拌下加入質(zhì)量百分比濃度為10%硫酸溶液調(diào)節(jié)制備液pH至7.0后至下步驟； D.2.3分散與升溫:按制備液與二次分散劑體積比100:2.5 10加入二次分散劑乙醇，將制備液升溫至80°C后至隔離與老化工序； D.2.4隔離與老化:按制備液與隔離劑體積比100:2.5 10加入隔離劑丙三醇，在80°C溫度、持續(xù)攪拌15分鐘后，保溫80°C老化20分鐘得老化混合液； D.2.5沉淀與溢流:將老化混合液至本工序進行沉淀溢流，溢流清液至步驟D.2.7結(jié)晶與溢流；沉淀底流至下步驟； D.2.6過濾與洗滌:將上步驟沉淀底流至過濾與洗滌系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；濾液返回上步驟沉淀與溢流；洗滌濾餅至步驟D.2.8干燥；濾餅洗滌水循環(huán)使用后至中儲4 ；D.2.7結(jié)晶與溢流:將步驟D.2.5的溢流清液至本工序；其大部分溢流液至D.2.1分散與凝膠工序中作為一次分散劑，另一部分溢流清液至C.3.4曬鹽與溢流；本工序溢流清液經(jīng)多頻次作為一次分散劑循環(huán)使用后池內(nèi)硫酸鈉含量會不斷增大直至飽和結(jié)晶，所得結(jié)晶鹽為副廣品結(jié)晶硫Ife納； D.2.8干燥:將上步驟D.2.6所得洗滌濾餅在溫度80°C、時間60 120分鐘條件下干燥，得干燥物料； D.2.9研磨:將干燥物料至研磨機，研磨后物料為超細水合二氧化硅產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用粉煤灰生產(chǎn)超細白炭黑和氫氧化鐵、氧化鋁的方法，其特征在于還包括下述步驟: E.含氟氣體吸收與其產(chǎn)品制備:將一浸產(chǎn)生的含氟氣體吸收并制備AlF3產(chǎn)品 E.1含氟氣體吸收:將步驟B.1 一浸所產(chǎn)含氟氣體由釜頂部排氣設(shè)施引入吸收塔底部進氣口進行吸收，吸收劑為氫氧化鋁溶液經(jīng)吸收塔頂部噴淋設(shè)施噴淋，得吸收液至下步驟； E.2沉淀與溢流:將吸收液至本工序，沉淀后溢流清液繼續(xù)作為吸收劑至下步驟E.3循環(huán)吸收，沉淀底流至步驟E.4過濾與分離； E.3循環(huán)吸收:將上步驟沉淀后的溢流清液至循環(huán)槽后作為吸收劑至吸收塔頂部噴淋設(shè)施噴淋進行循環(huán)吸收；當(dāng)沉淀后清液含Al量較低時關(guān)閉此循環(huán)系統(tǒng)，啟動另一備用循環(huán)系統(tǒng)；同時將循環(huán)槽低鋁吸收液至儲存設(shè)施儲存后作為B.1 一浸過程中浸液蒸發(fā)后的補充用水返回步驟B.1—浸工序，之后向循環(huán)槽補充等量C.1.6沉淀與溢流工序溢流清液即新氫氧化招溶液； E.4過濾與分離:將 步驟E.2沉淀與溢流所得沉淀底流經(jīng)過濾系統(tǒng)進行固液分離與洗滌；濾餅為三氟化鋁AlF3至步驟E.5干燥，濾液返回E.3循環(huán)吸收的循環(huán)槽；循環(huán)洗滌后的濾餅洗滌水與循環(huán)槽低鋁溶液一起儲存，作為一浸補充用水； E.5干燥:將上步驟E.4所得濾餅在溫度80°C、時間60 120分鐘條件下干燥，得干燥物料； E.6研磨:將上步驟干燥后物料至研磨機進行研磨后為AlF3產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明屬于粉煤灰資源化、經(jīng)濟精細化利用的方法；是一種用粉煤灰生產(chǎn)超細白炭黑和氫氧化鐵、氧化鋁的方法，以粉煤灰為原料，以硫酸、燒堿溶液為溶劑；將粉煤灰經(jīng)研磨、一段加熱助溶酸浸、過濾與洗滌；所得濾液用于制備氫氧化鐵與氧化鋁；一浸過濾后所得濾餅用于制備超細白炭黑；一浸產(chǎn)生的含氟氣體吸收并制備AlF3產(chǎn)品。本發(fā)明從根本上更好地解決了傳統(tǒng)的粉煤灰浸出方式有用物質(zhì)浸出率低下無法實現(xiàn)工業(yè)化利用的難題，可將粉煤灰有用物質(zhì)總?cè)芙饴视?5%～20%增至75%～85%；從而可實現(xiàn)粉煤灰利用資源化、經(jīng)濟精細化、產(chǎn)品多元化、附加值更高化。
文檔編號C01F7/02GK103193238SQ20131013736
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者宮毅, 吳巖博, 宮雪蓮 申請人:宮毅, 吳巖博, 宮雪蓮