一种利用高铝粉煤灰生产白炭黑的方法及其系统技术方案

一种利用高铝粉煤灰生产白炭黑的方法及其系统，涉及材料、化工技术领域。本发明专利技术包括粉煤灰浆液调配系统、粉煤灰预脱硅系统、白炭黑制备系统和苛化系统。其结构特点是，所述套管加热器分为两段。保温停留罐下部的出口管道分两路。管式降膜蒸发器的溶液出口通过蒸发溶液泵连接至循环母液制备槽的一路入口，循环母液制备槽的另两路入口一路为碱补充管道，另一路经苛化液泵与苛化槽的出口相连。循环母液制备槽的出口管道经循环母液泵连接至粉煤灰浆液制备槽的入口，使整个系统形成闭式循环。本发明专利技术不仅工艺简单、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。

Method and system for producing white carbon black by using high alumina powder

The invention relates to a method and a system for producing white carbon by utilizing high alumina powder, and relates to the field of materials and chemical technology. The invention comprises a fly ash slurry preparation system, a fly ash pre removal silicon system, a white carbon preparation system and a quenching system. The utility model is characterized in that the casing heater is divided into two sections. The outlet pipe of the lower part of the holding tank is divided into two channels. Tube type falling film evaporator outlet connected to the circulating mother liquor preparation tank Road entrance by evaporating the solution pump, circulating mother liquor preparation tank the other two entrance road to the other path through a supply pipe base, causticizing liquid pump and causticizing tank connected with outlet. The outlet pipe of the circulating mother liquor preparation tank is connected to the inlet of the fly ash slurry preparation tank by the circulating mother liquor pump, so that the whole system forms a closed cycle. The invention not only has the advantages of simple process, low production cost, low energy consumption, stable product quality, but also can be used as an important aluminum resource for preparing alumina.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料、化工
，特别是利用高铝粉煤灰生产白 炭黑的方法及其系统。
技术介绍
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mSi02*nH20，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H2Si03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的专利技术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 的专利技术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。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺点，本专利技术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。为了实现上述专利技术目的，本专利技术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C02进行碳化反应，生成 Si(V沉淀后进行过滤、洗涤和分离，分离得到的Si(V沉淀进行干燥制得白炭黑产品； 过滤分离后得到的Na2C03溶液中加入石灰乳苛化，苛化液直接或经蒸发浓縮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Al203的含量》40%, Si02的含量》35X，高铝粉煤灰非晶态玻璃相中的Si02/Al203 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U0 13(TC，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C02碳化 的温度为75 95。C，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Si02沉淀中Na含量高时，加 入12~15%的稀盐酸去除其中的Na2C03。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°C，洗涤热水来自蒸发冷凝水。实现上述高铝粉煤灰生产白炭黑方法的系统，它包括由粉煤灰 仓、定量给料机、粉煤灰浆液制备槽、脱硅喂液泵、循环母液制备槽 和循环母液泵组成的粉煤灰浆液调配系统；由套管加热器、保温停留罐、脱硅循环泵、脱硅浆液储槽、过滤机喂料泵、平盘式过滤机、脱 硅灰滤饼槽和脱硅灰滤饼泵组成的粉煤灰预脱硅系统；由碳化槽、压 滤机喂料泵、板框式压滤机、白炭黑滤饼槽、白炭黑滤饼泵和干燥机 组成的白炭黑制备系统；以及由石灰乳槽、石灰乳泵、苛化槽、苛化 液泵、管式降膜蒸发器和蒸发溶液泵组成的苛化系统。其结构特点是， 所述套管加热器分为两段，为套管加热器一和套管加热器二。粉煤灰 浆液制备槽底部管道通过脱硅喂液泵出口分别与套管加热器一和套 管加热器二的内管入口连接，套管加热器一的内管出口与套管加热器二的内管入口相连，套管加热器二的内管出口与保温停留罐顶部的进 口连接。保温停留罐下部的出口管道分两路， 一路连接至脱硅浆液储 槽的入口 ，另一路通过脱硅循环泵连接至套管加热器一的外管入口 ， 套管加热器一的外管出口连接至脱硅浆液储槽的入口 ，套管加热器二 的外管与蒸汽管道连接。管式降膜蒸发器的溶液出口通过蒸发溶液泵 连接至循环母液制备槽的一路入口，循环母液制备槽的另两路入口一 路为碱补充管道，另一路经苛化液泵与苛化槽的出口相连，循环母液 制备槽的出口管道经循环母液泵连接至粉煤灰浆液制备槽的入口 ，使 整个系统形成闭式循环。在上述系统中，所述保温停留罐内设电加热管束，保持罐内温度 不变。在上述系统中，所述管式降膜蒸发器产生的蒸发冷凝热水分别连 接到脱硅灰滤饼槽、白炭黑滤饼槽和石灰乳槽的入口。 本专利技术与现有技术比较，优点在于(1) 原料高铝粉煤灰是在煤粉炉中高温熔融后的产物，煤中粘 土矿物高温熔融急速冷却产生大量的玻璃体即非晶态的二氧化硅，反 应活性强于经过天然硅石粉碎后的粉末状微粒；(2) 采用高铝粉煤灰作原料，为细粉状，无需破碎，减少破碎工序；(3) 采用C02气体碳化硅酸钠溶液，工艺简单，易操作，而且可 利用其它工艺段的窑气，生产成本低；(4) 碳化制备的白炭黑产品性能稳定，比表面积大，DBP值高;(5) 所用原料氢氧化钠可循环使用，大大降低白炭黑的生产成本；(6) 液固分离洗水采用蒸发器冷凝水，实现了水的循环使用， 节约生产成本；(7) 碱溶后的粉煤灰铝硅比大大提高，可作为生产氧化铝原料， 实现废物资源化利用。同时我国铝硅比较高的铝土矿缺乏，此种含铝 原料可有效缓解我国铝土矿缺乏的现状，对发展我国循环经济与缓解 我国铝资源短缺，具有战略意义。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。 附图说明图1为本专利技术的生产工艺流程图2为本专利技术系统的结构原理图。 具体实施例方式参看图2，本专利技术系统包括由粉煤灰仓1、定量给料机2、粉煤 灰浆液制备槽3、脱硅喂液泵4、循环母液制备槽25和循环母液泵 26组成的粉煤灰浆液调配系统；由套管加热器5、保温停留罐6、脱 硅循环泵7、脱硅浆液储槽8、过滤机喂料泵9、平盘式过滤机10、 脱硅灰滤饼槽11和脱硅灰滤饼泵12组成的粉煤灰预脱硅系统；由碳 化槽13、压滤机喂料泵14、板框式压滤机15、白炭黑滤饼槽16、白 炭黑滤饼泵17和干燥机18组成的白炭黑制备系统；以及由石灰乳槽 21、石灰乳泵22、苛化槽19、苛化液泵20、管式降膜蒸发器23和 蒸发溶液泵24组成的苛化系统。套管加热器5分为两段，为套管加热器一 5-1为矿桨预热，套管加热器二 5-2为蒸汽加热。粉煤灰浆液制备槽3底部管道通过脱硅喂液泵4出口分别与套管加热器一 5-1和 套管加热器二 5-2的内管入口连接，套管加热器一 5-1的内管出口与 套管加热器二 5-2的内管入口相连，套管加热器二 5-2的内管出口与 保温停留罐6顶部的进口连接。保温停留罐6下部的出口管道分两路， 一路连接至脱硅浆液储槽8的入口 ，另一路通过脱硅循环泵7连接至 套管加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
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ＣＯ↓［２］进行碳化反应，生成ＳｉＯ↓［２］沉淀后进行过滤、洗涤和分离，分离得到的ＳｉＯ↓［２］沉淀进行干燥制得白炭黑产品；　④过滤分离后得到的Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］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。

【技术特征摘要】
1、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。2、 按照权利要求1所述的利用高铝粉煤灰生产白炭黑的方法， 其特征在于，所述高铝粉煤灰中A1A的含量^40X， Si02的含量》 35%,高铝粉煤灰非晶态玻璃相中的Si02/AU)3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。3、 按照权利要求1或2所述的利用高铝粉煤灰生产白炭黑的方 法，其特征在于，所述的氢氧化钠溶液溶解粉煤灰所需要的反应温度 为110 13(TC，反应时间为1. 0 2. 5小时。4、 按照权利要求3所述的利用高铝粉煤灰生产白炭黑的方法， 其特征在于，所述的硅酸钠溶液中通入C02碳化的温度为75 95°C，直至溶液的pH值达到9 10，停止通气。5、 按照权利要求4所述的利用高铝粉煤灰生产白炭黑的方法， 其特征在于，所述Si(V沉淀中Na含量高时，加入12~15%的稀盐酸去 除其中的Na2C03。6、 按照权利要求5所述的利用高铝粉煤灰生产白炭黑的方法， 其特征在于，所述的过滤、洗涤和分离温度为75 95°C，洗涤热水 来自蒸发冷凝水。7、 实现如权利要求1所述的高铝粉煤灰生产白炭黑方法的系统， 它包括由粉煤灰仓(1)、定量给料机(2)、粉煤灰浆液制备槽(3)、 脱硅喂液泵(4)、循环母液制备槽(25)和循环母液泵(26)组成的 粉煤灰浆液调配系统，由套管加热器(5)、保温停留罐(6)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊民，张战军，曹慧芳，张晓云，王彦武，
申请(专利权)人：同方环境股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]