一种制备钠钙硅酸盐玻璃基本配方的方法以及粉煤灰提铝联产玻璃的方法组成比例

本发明专利技术公开了一种制备钠钙硅酸盐玻璃基本配方的方法以及生产钠钙硅酸盐玻璃的方法，包括用氢氧化钠溶液对含硅粉状工业废料进行预脱硅；通入二氧化碳进行碳酸化分解，将其过滤得到硅酸沉淀和碳酸钠溶液；将上述硅酸沉淀干燥得到二氧化硅；向过滤后的碳酸钠中加入石灰乳进行苛化，过滤得到氢氧化钠溶液和碳酸钙沉淀；将上述碳酸钙沉淀干燥；取上述的二氧化硅和部分碳酸钙，并补充氧化钠等步骤。另外，本发明专利技术还公开了一种粉煤灰提铝联产钠钙玻璃的方法，以粉煤灰碱溶脱硅得到的二氧化硅和苛化产生的碳酸钙作为主要原料。本发明专利技术的粉煤灰提铝联产钠钙玻璃方法，对粉煤灰提铝工艺进行了集成和优化，物料和能量利用率高，副产玻璃产品质量优异，附加值高，可极大提高粉煤灰提铝的经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种制备钠钙硅酸盐玻璃基本配方的方法以及粉煤灰提铝联产玻璃的方法
本专利技术涉及一种制备钠钙硅酸盐玻璃基本配方的方法和钠钙硅酸盐玻璃的生产方法，特别是用粉煤灰等含硅粉状工业废料生产钠钙玻璃的方法以及粉煤灰提铝联产钠钙玻璃的方法。
技术介绍
钠钙硅酸盐玻璃用途最为广泛，主要用于平板玻璃和各种玻璃产品的生产。2011年中国平板玻璃产量约为7.4亿重量箱，折合约3700万吨。根据Na2O-CaO-SiO2系统相图，确定该系统中能够形成玻璃的组成范围按照重量百分比为：12～18wt%Na2O，6～16wt%CaO，68～82wt%SiO2。常用玻璃组成按照重量百分比为：12～15wt%Na2O，8～13wt%CaO，69～73wt%SiO2。在该三元系统玻璃中，容易形成两种析晶组成：失透石(Na2O·CaO·SiO2)和硅灰石(CaO·SiO2)。在生产实践中发现，当引入MgO（可部分替代CaO）和Al2O3时,不仅玻璃析晶性能得到改善,而且热稳定性和化学稳定性均得到提高。此外，K2O部分代替Na2O具有“双碱效应”，可提高玻璃化学稳定性和光泽度。除了高铝玻璃，Al2O3含量一般不超过10wt%，多在0.5～3wt%。众所周知，粉煤灰是一种常见的高硅粉状工业废料，它是燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道和炉底排出的物质。中国煤炭资源丰富，近些年电煤的年使用量已达17亿吨以上，粉煤灰年产生量已过4亿吨。在以往的研究中，为了最大限度地利用粉煤灰各组分，往往直接把粉煤灰用作泡沫玻璃和微晶玻璃的生产原料（冯小平，粉煤灰在玻璃工业中的应用，粉煤灰，2004，3，24-26）。但是，这两种玻璃实际中的使用量相对来说都不大，限制了粉煤灰制玻璃的进一步发展。中国铝土矿资源非常贫乏，而粉煤灰中氧化铝含量一般为16.5～35.4wt%，并且最高可达50wt%以上。因此，粉煤灰提铝的工艺研发在当前也备受关注，主要有酸法、碱法、酸碱联合法以及硫酸铵法等。其中，以预脱硅为基础的碱石灰烧结工艺，可以生产白炭黑、硅酸二钙，硅酸钙等副产品，有助于提高粉煤灰提铝的经济性。本专利技术提出的制备钠钙硅酸盐玻璃基本配方的方法和钠钙硅酸盐玻璃生产方法以及粉煤灰提铝联产玻璃工艺，突破了以往制玻璃的常规思路，利用粉煤灰等含硅粉状工业废料，把碱溶脱硅得到的二氧化硅以及苛化产生的碳酸钙作为主要原料，不仅能生产市场需求量大的普通玻璃，还可以生产高附加值的超白玻璃。本专利技术通过使用碱液对粉煤灰进行处理，使得具有较高活性的主要由二氧化硅组成的玻璃相与氢氧化钠溶液发生反应，得到主要成分为硅酸钠的预脱硅母液，并含有少量的铝酸钠。预脱硅母液在碳酸化分解后，分离得到硅酸沉淀和碳酸钠溶液。硅酸沉淀干燥后得到二氧化硅，可作为钠钙硅酸盐玻璃生产的硅源和铝源。此外，在碳酸钠溶液加入石灰乳苛化得到碳酸钙沉淀和苛性碱溶液，碳酸钙沉淀干燥后可作为钠钙硅酸盐玻璃生产的钙源。二氧化硅和碳酸钙中裹挟的碳酸钠和氢氧化钠，可作为钠钙硅酸盐玻璃生产的部分钠源。同传统钠钙硅酸盐玻璃生产工艺相比，本专利技术提出的钠钙玻璃生产工艺对粉煤灰提铝工艺过程进行了集成和优化，实现了固体废物的综合利用，物料和能量利用率高，产品质量优异，可极大提高粉煤灰提铝的经济性。
技术实现思路
根据本专利技术的第一个方面，提供了一种制备钠钙硅酸盐玻璃基本配方的方法，该方法包括如下步骤：a1）用氢氧化钠溶液对含硅粉状工业废料进行预脱硅，分离得到预脱硅母液和残渣；a2）向上述预脱硅母液通入二氧化碳进行碳酸化分解，分离得到硅酸沉淀和碳酸钠溶液；a3）将上述硅酸沉淀干燥得到二氧化硅；a4）向碳酸钠溶液中加入石灰乳进行苛化，分离得到碳酸钙沉淀和氢氧化钠溶液；a5）将上述碳酸钙沉淀干燥；和a6）根据钠钙硅酸盐玻璃中各组分含量的要求，取步骤a3）中制备的二氧化硅和步骤a5）中干燥后的部分碳酸钙，并补充氧化钠，得到钠钙硅酸盐玻璃的基本配方。在上述方法中，所述含硅粉状工业废料可选自于被细磨成粉状或未经细磨处理的粉煤灰、炉灰、粘土、高岭土、矿渣和赤泥中的一种或多种。优选地，在根据本专利技术的生产钠钙玻璃的方法中，可进一步包括下列步骤中的至少一个：a1-1）在步骤a1）预脱硅前对含硅粉状工业废料进行磁选除铁；a4-1）将步骤a4）得到的氢氧化钠溶液回收，以便在步骤a1）中对含硅粉状工业废料进行预脱硅时加以利用；a5-1）将步骤a5）中干燥后的部分碳酸钙沉淀焙烧，配制石灰乳，以便在步骤a4）向过滤后的碳酸钠中加入石灰乳进行苛化；以及a5-2）将焙烧碳酸钙沉淀获得的二氧化碳回收，以便在步骤a2）进行碳酸化分解时加以利用。在上述的方法中，所述含硅粉状工业废料优选为粉煤灰。在步骤a4-1）中，因步骤a2）的硅酸沉淀裹挟碳酸钠（苛化后等价于氢氧化钠）和步骤a4）的碳酸钙沉淀裹挟氢氧化钠导致氢氧化钠损失，因此可根据需要补充部分氢氧化钠以满足步骤a1）对氢氧化钠的需要。在步骤a1）中，优选地，溶液中氢氧化钠质量浓度在10～50%，优选为15～35%，粉煤灰与氢氧化钠的质量比为100:15～150，优选为100:30～90，反应温度为50～150℃，优选为70～130℃，反应时间0.5～10h，优选为1～4h，所得预脱硅母液中SiO2/Al2O3的质量比一般应大于6，但也不追求过大的质量比，优选为30～150，合适质量比有利于获得最佳玻璃配方。在步骤a2）中，二氧化碳可以通过焙烧碳酸钙沉淀获得，也可以外购获得。焙烧得到的气体中二氧化碳的体积浓度应大于10%，外购二氧化碳的杂质不应影响碳酸化分解工艺。因此，优选地，在根据本专利技术的利用粉煤灰生产钠钙玻璃的方法中，其进一步包括将焙烧碳酸钙沉淀获得的二氧化碳回用至步骤a2）进行碳酸化分解的步骤。同时，要求碳酸化分解终点溶液pH至少低于11，最好低于9，在8～9之间，以使沉淀完全。在步骤a3）中，不需要对硅酸沉淀进行反复洗涤以制备高纯度二氧化硅，沉淀裹挟的碳酸钠溶液在干燥后，可作为钠钙玻璃的原料组成。在步骤a4）中，不需要对碳酸钙沉淀进行反复洗涤以制备高纯度碳酸钙，沉淀裹挟夹带的氢氧化钠溶液在干燥后，可作为钠钙玻璃的原料组成。对于步骤a5）中干燥后的碳酸钙沉淀，除了可以部分用作步骤a6）的原料以外，还可以进行其他处理和应用，例如经焙烧后配制石灰乳回用至步骤a4），或直接用作粉煤灰碱石灰烧结提铝工艺的原料，或焙烧后用作粉煤灰碱石灰烧结提铝工艺的原料。实施过程中用作何种用途，可以根据工艺整体的物料平衡和经济性而确定。例如，可以采用如下两种方案之一或其组合：一、一种是将其余的部分或全部碳酸钙沉淀经焙烧后回用于步骤a4）配制石灰乳；二、另一种是将其余的部分或全部碳酸钙沉淀直接用作粉煤灰碱石灰烧结提铝工艺的原料或者焙烧后用作粉煤灰碱石灰烧结提铝工艺的原料。在步骤a6）中，由步骤a3）和a5）获得的二氧化硅和碳酸钙沉淀（包括其中包含的其他有益玻璃组成），折合硅酸盐玻璃基础配方重量的70～95wt%，但为满足钠钙玻璃的配方，还需要添加上述两种主要组分之外的有关物质，例如氧化钠(钾)/氧化镁和相关助剂，相应的添加量和物质种类，可以根据通过本专利技术的方法获得的二氧化硅和碳酸钙沉淀的成分、玻璃工艺条件和用途的不同而有所不同。一般而言，钠钙玻璃的组成范围按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备钠钙硅酸盐玻璃基本配方的方法，该方法包括如下步骤：?a1）用氢氧化钠溶液对含硅粉状工业废料进行预脱硅，分离得到预脱硅母液和残渣；?a2）向上述预脱硅母液通入二氧化碳进行碳酸化分解，将其分离得到硅酸沉淀和碳酸钠溶液；?a3）将上述硅酸沉淀干燥得到二氧化硅；?a4）向碳酸钠溶液中加入石灰乳进行苛化，分离得到碳酸钙沉淀和氢氧化钠溶液；?a5）将上述碳酸钙沉淀干燥；和?a6）根据钠钙硅酸盐玻璃中各组分含量的要求，取步骤a3）中制备的二氧化硅和步骤a5）中干燥后的部分碳酸钙，补充氧化钠，得到钠钙硅酸盐玻璃的基本配方。

【技术特征摘要】
1.一种制备钠钙硅酸盐玻璃基本配方的方法，该方法包括如下步骤：a1)用氢氧化钠溶液对含硅粉状工业废料进行预脱硅，分离得到预脱硅母液和残渣；a2)向上述预脱硅母液通入二氧化碳进行碳酸化分解，将其分离得到硅酸沉淀和碳酸钠溶液；a3)将上述硅酸沉淀干燥得到二氧化硅；a4)向碳酸钠溶液中加入石灰乳进行苛化，分离得到碳酸钙沉淀和氢氧化钠溶液；a5)将上述碳酸钙沉淀干燥；和a6)根据钠钙硅酸盐玻璃中各组分含量的要求，取步骤a3)中制备的二氧化硅和步骤a5)中干燥后的部分碳酸钙，补充氧化钠，得到钠钙硅酸盐玻璃的基本配方。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含硅粉状工业废料选自于被细磨成粉状或未经细磨处理的炉灰、粘土、高岭土和矿渣中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含硅粉状工业废料选自于被细磨成粉状或未经细磨处理的粉煤灰、粘土、高岭土和赤泥中的一种或多种。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其进一步包括下列步骤中的至少一个：a1-1)在步骤a1)预脱硅前对含硅粉状工业废料进行磁选除铁；a4-1)将步骤a4)得到的氢氧化钠溶液回收，以便在步骤a1)中对含硅粉状工业废料进行预脱硅时加以利用；a5-1)将步骤a5)中干燥后的部分碳酸钙沉淀焙烧，配制石灰乳，以便在步骤a4)向过滤后的碳酸钠中加入石灰乳进行苛化；以及a5-2)将焙烧碳酸钙沉淀获得的二氧化碳回收，以便在步骤a2)进行碳酸化分解时加以利用。5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述含硅粉状工业废料为粉煤灰。6.根据权利要求5所述的方法，在步骤a1)中，溶液中氢氧化钠质量浓度为10-50％，粉煤灰与氢氧化钠的质量比为100:15～150，反应温度为60～150℃，反应时间为0.5～10h。7.根据权利要求6所述的方法，在步骤a1)中，溶液中氢氧化钠质量浓度为15～35％，粉煤灰与氢氧化钠的质量比为100:30～90，反应温度为70～130℃，反应时间为1～4h。8.根据权利要求6或7所述的方法，在步骤a1)中，所得预脱硅母液中SiO2/Al2O3的质量比大于6。9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，在步骤a6)中，由步骤a3)和a5)获得的二氧化硅和碳酸钙，折合玻璃基础配方重量的70～95％。10.一种用权利要求1-9中任一项所述的钠钙硅酸盐玻璃基本配方生产钠钙硅酸盐玻璃的方法，包括：a7)根据钠钙硅酸盐玻璃中各组分含量的要求，补充氧化钾和/或氧化铝和/或氧化镁，和/或助剂；和a8)进行玻璃熔制、成型、退火。11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括进行再加工得到玻璃产品的步骤。12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述成型工艺为压制法、吹制法、拉制成型、压延成型、浇注成型或浮法成型。13.一种粉煤灰提铝联产玻璃的方法，所述方法包括如下步骤：b1)用氢氧化钠溶液对粉煤灰进行预脱硅，分离得到预脱硅母液和残渣；b2)向上述预脱硅母液中通入二氧化碳进行碳酸化分解，分离得到硅酸沉淀和碳酸钠溶液；b3)将上述硅酸沉淀干燥得到二氧化硅；b4)向碳酸钠溶液中加入石灰乳进行苛化...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琦，赵利军，王宝冬，刘晓婷，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：