專利名稱：利用煤矸石提鋁廢渣制備可溶性硅酸鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅酸鈉的制備，具體屬于一種利用煤矸石提鋁廢渣制備可溶性硅酸鈉的方法。
背景技術(shù)：
以煤矸石、高嶺土或粉煤灰等為原料制備聚合氯化鋁或硫酸鋁時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的廢渣，廢渣中含有大量的二氧化硅，如果不能進(jìn)行有效綜合利用，必然導(dǎo)致生產(chǎn)成本增大和二次環(huán)境污染?？扇苄怨杷徕c用途廣泛，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面(I)工業(yè)原材料可用于制備硅溶膠、硅膠、沉淀二氧化硅、沸石、鋁矽酸鹽、硅酸鎂、合成粘土、水泥或催化劑等；
(2)去垢劑作為織物洗滌粉、餐具洗滌劑和工業(yè)清洗劑；(3)粘合劑可用作紙板、型煤、屋面瓦、磚和水泥、耐火膠粘材料、石膏與灰泥和焊條等的粘合劑；(4)表面涂層可用于TiO2產(chǎn)品、混凝土、磚瓦或玻璃表面、防火玻璃以及隧道建筑噴涂等；(5)紙漿和造紙的脫墨和漂白；(6)水處理系統(tǒng)的防腐劑。目前，工業(yè)上制備硅酸鈉(水玻璃)的主要方法是將石英砂和碳酸鈉(或碳酸鉀)在高溫爐中1100-1450°C熔融，然后將得到的水玻璃碎塊在100°C常壓下水溶，或在高壓蒸汽滅菌器中150°C水溶。也可以采用水熱法，即在200°C和20bar的壓力下于高壓蒸汽滅菌器中熔融沙子和氫氧化鈉或氫氧化鉀，直接制得硅酸鹽水溶液。Yi Ding等人在利用硅酸鈉制備介孔二氧化硅SBA-15納米棒時(shí)，采用石英粉(350目)和碳酸鈉混合物于1450°C熔融反應(yīng)得到固體硅酸鈉，然后在高壓反應(yīng)釜中水溶得到硅酸鈉溶液。專利200610016584. 7報(bào)道的一種白炭黑制備方法中，硅酸鈉的制備是以二氧化硅粉和碳酸氫鈉按摩爾比1:廣2，在1150-1650°C高溫下煅燒。過(guò)高的煅燒溫度不僅對(duì)設(shè)備要求高，而且能耗增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠降低能耗、減少污染的利用煤矸石提鋁廢渣制備硅酸鈉的方法。本發(fā)明提供的一種利用煤矸石提鋁廢渣制備可溶性硅酸鈉的方法，步驟包括先將煤矸石提鋁后的廢渣與碳酸鈉按廢渣中二氧化硅與碳酸鈉的摩爾比1:0. 3^1混合，研磨成廣50 μ m的顆粒，然后在馬弗爐中程序升溫至50(T850°C焙燒I飛小時(shí)，迅速轉(zhuǎn)移至沸水中進(jìn)行水淬，得到粗硅酸鈉固體；將上述粗硅酸鈉固體置于高壓反應(yīng)釜中，加入相當(dāng)于廢渣重量400-600倍的蒸餾水，攪拌，升溫至150°C，溶解5小時(shí)后，將溫度降至室溫，過(guò)濾分離，得到無(wú)色透明的硅酸鈉溶液和濾渣；將硅酸鈉溶液結(jié)晶后得到可溶性硅酸鈉。本發(fā)明提供的一種利用煤矸石提鋁廢渣制備可溶性硅酸鈉的方法，步驟包括先將煤矸石提鋁后的廢渣與碳酸鈉、氯化鈉按廢渣中二氧化硅與碳酸鈉、氯化鈉的摩爾比1:0. 3^1:0. 005、. 05混合，研磨成f 50 μ m的顆粒，然后在馬弗爐中程序升溫至50(T850°C焙燒1飛小時(shí)，迅速轉(zhuǎn)移至沸水中進(jìn)行水淬，得到粗硅酸鈉固體；將上述粗硅酸鈉固體置于高壓反應(yīng)釜中，加入相當(dāng)于廢渣重量400-600倍的蒸餾水，攪拌，升溫至150°C，溶解5小時(shí)后，將溫度降至室溫，過(guò)濾分離，得到無(wú)色透明的硅酸鈉溶液和濾渣；將硅酸鈉溶液結(jié)晶后得到可溶性硅酸鈉。以上焙燒時(shí)所產(chǎn)生的二氧化碳可通過(guò)凈化回收用于碳化法制備白炭黑。焙燒后未溶解的微量濾渣可用于高強(qiáng)度煤矸石免燒磚的制備。所述的煤矸石提鋁廢渣可以用粉煤灰、高嶺土或鋁礬土提鋁廢渣代替。所述的碳酸鈉可用碳酸鉀代替，所述的氯化鈉可用氯化鉀或氟化鈉代替。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果本發(fā)明利用相平衡原理，控制煤矸石提鋁廢渣和碳酸鈉(或碳酸鉀)的配比和粒度，使二者均勻混合后在低共熔溫度下(50(T850°C )發(fā)生熔融反應(yīng)，形成可溶性硅酸鈉，硅提取率達(dá)到90%以上。該方法不僅將傳統(tǒng)純堿法制備水玻璃的溫度降低了 600°C左右，極大地降低了能耗，同時(shí)也避免了傳統(tǒng)燒堿堿溶法對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的強(qiáng)腐蝕以及對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的堿污染。此外，焙燒產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w可以回收利用，焙燒后未溶解的微量殘?jiān)捎糜诟邚?qiáng)度煤矸石免燒磚的制備，整個(gè)工藝處于一個(gè)閉路循環(huán)中，是一種環(huán)境友好的廢渣高效利用方案。


圖I與實(shí)施例I相同工藝條件下的熱重差熱驗(yàn)證分析結(jié)果2與實(shí)施例2相同工藝條件下的熱重差熱驗(yàn)證分析結(jié)果3與實(shí)施例3相同工藝條件下的熱重差熱驗(yàn)證分析結(jié)果4與實(shí)施例4相同工藝條件下的熱重差熱驗(yàn)證分析結(jié)果5實(shí)施例I和4制備的產(chǎn)品溶解結(jié)晶固體及濾渣的紅外光譜對(duì)比圖，圖中a.表示實(shí)施例I溶解濾渣的紅外光譜線，b.表示實(shí)施例I溶解液結(jié)晶固體產(chǎn)品的紅外光譜線，c.表示實(shí)施例4溶解濾渣的紅外光譜線，d.表示實(shí)施例4溶解液結(jié)晶固體產(chǎn)品的紅外光譜線
具體實(shí)施例方式原料準(zhǔn)備由煤矸石提鋁后的廢渣(硅渣)，干燥至恒重備用(各組分含量見(jiàn)附表I)。表I原料廢渣的成份分析表
權(quán)利要求
1.一種利用煤矸石提鋁廢渣制備可溶性硅酸鈉的方法，其特征在于，步驟包括先將煤矸石提鋁后的廢渣與碳酸鈉按廢渣中二氧化硅與碳酸鈉的摩爾比1:0. 3^1混合，研磨成f 50 μ m的顆粒，然后在馬弗爐中程序升溫至50(T850°C焙燒I飛小時(shí)，迅速轉(zhuǎn)移至沸水中進(jìn)行水淬，得到粗硅酸鈉固體；將上述粗硅酸鈉固體置于高壓反應(yīng)釜中，加入蒸餾水?dāng)嚢瑁郎刂?50°C，溶解5小時(shí)后，將溫度降至室溫，過(guò)濾分離，將硅酸鈉溶液結(jié)晶后得到可溶性硅酸鈉。
2.一種利用煤矸石提鋁廢渣制備可溶性硅酸鈉的方法，其特征在于，步驟包括先將煤矸石提鋁后的廢渣與碳酸鈉、氯化鈉按廢渣中二氧化硅與碳酸鈉、氯化鈉的摩爾比1:0. 3^1:0. 005、. 05混合，研磨成f 50 μ m的顆粒，然后在馬弗爐中程序升溫至50(T850°C焙燒1飛小時(shí)，迅速轉(zhuǎn)移至沸水中進(jìn)行水淬，得到粗硅酸鈉固體；將上述粗硅酸鈉固體置于高壓反應(yīng)釜中，加入蒸餾水?dāng)嚢?，升溫?50°C，溶解5小時(shí)后，將溫度降至室溫，過(guò)濾分離，將硅酸鈉溶液結(jié)晶后得到可溶性硅酸鈉。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種利用煤矸石提鋁廢渣制備可溶性硅酸鈉的方法，其特征在于所述的煤矸石用粉煤灰、高嶺土或鋁礬土代替。
4.如權(quán)利要求I或2所述的一種利用煤矸石提鋁廢渣制備可溶性硅酸鈉的方法，其特征在于所述的碳酸鈉用碳酸鉀代替。
5.如權(quán)利要求I或2所述的一種利用煤矸石提鋁廢渣制備可溶性硅酸鈉的方法，其特征在于所述的氯化鈉用氯化鉀或氟化鈉代替。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用煤矸石提鋁廢渣制備可溶性硅酸鈉方法。該方法首先將煤矸石提鋁后的廢渣與碳酸鈉混合研磨成1~50μm的顆粒，然后在馬弗爐中進(jìn)行程序升溫，在500~850℃低溫共熔反應(yīng)1~5小時(shí)后，水淬,得到粗硅酸鈉固體。將上述粗硅酸鈉固體置于高壓反應(yīng)釜中，加入蒸餾水，升溫至150℃，攪拌溶解5小時(shí)后，將溫度降至室溫，過(guò)濾分離，得到無(wú)色透明的硅酸鈉溶液結(jié)晶后即為可溶性硅酸鈉。該方法不僅將傳統(tǒng)純堿法制備水玻璃的溫度降低了600℃左右，極大地降低了能耗，同時(shí)也避免了傳統(tǒng)燒堿堿溶法對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的強(qiáng)腐蝕以及對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的堿污染。
文檔編號(hào)C01B33/32GK102936016SQ201210452429
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者程芳琴, 方莉, 楊鳳玲, 段曉芳 申請(qǐng)人:山西大學(xué)