[发明专利]一种利用高铝粉煤灰生产白炭黑的方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及材料、化工技术领域，特别是利用高铝粉煤灰生产白炭黑的方法及其系统。

背景技术

白炭黑，即水合二氧化硅，一种白色粉末状无定形水合二氧化硅，其化学式为mSiO₂·nH₂O，是目前最好的具有优异补强性能的白色、透明补强填充剂。作为一种重要的精细无机化工产品，在橡胶、塑料、农药、油漆、制药、造纸、日用化学品等各个领域有着广泛用途。

现有技术文献中关于粉煤灰制备白炭黑的工艺方法有酸法和碱法，酸法是先用盐酸溶粉煤灰除铝，然后残渣用碱热解制备水玻璃，再加盐酸制取白炭黑。其缺点是：工艺步骤多，反应过程条件难控制，而且盐酸易对环境造成污染。碱法是先将粉煤灰加碱高温焙烧、酸浸过滤，得到含H₂SiO₃的滤液、再加NaCl沉析制取白炭黑。其缺点是：过程复杂、条件控制要求高，能耗大。现有技术中的中国专利，申请号为93111642.2的发明专利“利用煤灰制取炭黑和白炭黑的方法”，公开的技术方案是，先对粉煤灰进行多次浮选，得到的硅灰再经脱水、干燥、分级、磨细、均化处理得到白炭黑。该方法生产步骤多，较繁琐，而且获得的白炭黑性能无法保证。另外，申请号为200610012780.7的发明专利“粉煤灰中提取氧化铝同时联产白炭黑的方法”，公开的技术方案是利用活化后粉煤灰和硫酸氨反应过滤后的残渣，再加氢氧化钠溶液反应制取水玻璃，然后加硫酸来制备白炭黑，该方法工艺复杂，采用酸法制备白炭黑，反应过程的条件必须严格控制，否则会导致产品的性能差异较大。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺点，本发明的目的是提供一种利用高铝粉煤灰生产白炭黑的方法及其系统。它不仅工艺简单、生产成本低、能耗低，而且产品质量性能稳定，同时提取白炭黑后的粉煤灰还可以作为一种重要的铝资源用于制备氧化铝。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种利用高铝粉煤灰生产白炭黑的方法，其步骤为：

①将原料高铝粉煤灰和氢氧化钠溶液加入粉煤灰浆液制备槽中进行碱溶脱硅反应；

②对碱溶脱硅反应生成的硅酸钠溶液进行过滤、洗涤和分离，脱硅灰滤饼储存用于氧化铝生产配料；

③向分离得到的硅酸钠溶液中通入CO₂进行碳化反应，生成SiO₂沉淀后进行过滤、洗涤和分离，分离得到的SiO₂沉淀进行干燥制得白炭黑产品；

④过滤分离后得到的Na₂CO₃溶液中加入石灰乳苛化，苛化液直接或经蒸发浓缩后制备氢氧化钠溶液，向氢氧化钠溶液中补充苛性碱返回步骤①循环使用。

在上述生产白炭黑的方法中，所述高铝粉煤灰中Al₂O₃的含量≥40％，SiO₂的含量≥35％，高铝粉煤灰非晶态玻璃相中的SiO₂/Al₂O₃质量比≥4，氢氧化钠溶液的浓度为15~20％，氢氧化钠与粉煤灰的质量比为0.4～0.6∶1。

在上述生产白炭黑的方法中，所述的氢氧化钠溶液溶解粉煤灰所需要的反应温度为110～130℃，反应时间为1.0～2.5小时。

在上述生产白炭黑的方法中，所述的硅酸钠溶液中通入CO₂碳化的温度为75～95℃，直至溶液的pH值达到9～10，停止通气。

在上述生产白炭黑的方法中，所述SiO₂沉淀中Na含量高时，加入12~15％的稀盐酸去除其中的Na₂CO₃。

在上述生产白炭黑的方法中，所述的过滤、洗涤和分离温度为75～95℃，洗涤热水来自蒸发冷凝水。