一种利用煤矸石制备拟薄水铝石联产白炭黑的方法技术

本发明专利技术提供一种利用煤矸石制备拟薄水铝石联产白炭黑的方法。该方法包括：将煤矸石经磨粉、焙烧、碱浸、过滤后得到硅酸钠溶液和碱浸渣，硅酸钠溶液添加分散剂后通入含CO2的气体制得白炭黑产品；而碱浸渣经添加石灰和碳酸钠进行烧结，烧结得到的熟料经水淬得到NaAlO2溶液，NaAlO2溶液通入含有CO2的气体进行碳酸化成胶，成胶后的浆液经老化处理，洗涤、过滤、干燥及粉碎后得到粉状拟薄水铝石。本发明专利技术采用煤矸石作为生产拟薄水铝石和白炭黑的原料，实现了工业固体废弃物的高值化综合利用，产品的附加值高；所有的副产物都可回收循环利用，实现了零排放，能耗低，经济环保；对设备的要求低，生产的白炭黑和拟薄水铝石纯度高、粒度细且均匀、比表面积高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种由煤矸石制备拟薄水铝石联产白炭黑的方法，尤其涉及一种利用煤矸石碱法制备拟薄水铝石联产白炭黑的方法。
技术介绍
煤矸石是赋存于煤系地层的主要共伴生矿物，它们一般位于煤层顶板或底板，或以夹矸的形式存在于煤层中，在煤炭开采过程中常被作为固体废弃物抛弃，不仅造成资源的浪费，而且堆积地表，占据 良田，造成严重的环境污染。基于资源综合利用、环境保护以及发展循环经济的要求，开展以煤矸石为原料，生产拟薄水铝石和白炭黑等高附加值化工产品具有非常重要的经济意义和社会意义。目前，已经有报道的拟薄水铝石生产方法有很多种。具有代表性的方法包括CN1247773中公开的以含氢氧化铝的浆液为原料(该浆液由一种含铝化合物的溶液与一种沉淀剂溶液在温度至少50°C和保持P H值7.5 8.8条件下接触而制成)，在至少50°C的温度下，向该浆液中依次加入酸性试剂和碱性试剂，先使浆液的PH值下降至5以下，再使浆液PH值回升到9.4 10.4，过滤、洗涤、干燥，得到拟薄水铝石，再焙烧，得到Y —氧化铝。以及CN100999328公开的拟薄水铝石制备方法，包括:a)在足以使铝沉淀的酸性条件下，沉淀含铝化合物的水溶液中的铝，经分离得到一种无定形的水合氧化铝山)将无定形的水合氧化铝、水和至少一种水溶性的碱混合、浆化，浆液于20°C至90°C老化0.2小时至6小时，其中，所述碱的用量使浆液的PH值为6-11。CN101172631公开的拟薄水铝石的制备方法，将偏铝酸钠溶液进行碳酸化成胶、老化、分离洗涤和干燥，其特征在于偏铝酸钠溶液碳酸化成胶后，首先进行浆液分离，再将滤饼加入洗水混合打浆后进行提温老化。CN101665262公开的拟薄水铝石的制备方法，包括，将铝酸钠溶液碳酸化成浆液、浆液升温到老化温度、浆液老化、过滤分离、洗涤和干燥的步骤，其中，所述方法中还包括向所述浆液中加入种分母液或种分洗液。加入所述种分母液或种分洗液的时间为所述浆液升温到老化温度时或所述浆液老化过程中。总之，现有拟薄水铝石的制备方法主要是以氢氧化铝和工业偏铝酸钠为原料生产，生产的原料成本较高，并且当原料中含有硅质成分时，绝大部分被当做残渣外排，资源利用率低，对环境造成破坏。煤矸石含有丰富的氧化铝和二氧化硅资源，是极佳的生产拟薄水铝石和白炭黑产品的原料。如何以煤矸石为原料进行拟薄水铝石联产白炭黑的制备成为有待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种煤矸石碱法制得拟薄水铝石联产白炭黑的方法，解决现有技术中的缺陷，实现降低原料成本，提供资源利用率，保护环境的同时，获得具有良好质量的拟薄水招石和白炭黑。本专利技术提供的，包括以下步骤:I)制备活化的煤矸石粉料:将煤矸石破碎、磨粉、除杂、焙烧后冷却，得到活化的煤矸石粉料；2)碱浸脱硅:将上述活化的煤矸石粉料用氢氧化钠溶液进行浸取，过滤得到硅酸钠溶液和碱浸渣；3)制备白炭黑，包括:a、在所述硅酸钠溶液中加入分散剂，并通入含CO2的气体进行碳酸化处理，当溶液的PH为4 7时碳酸化反应结束，过滤，得到原硅酸沉淀滤饼和滤液；b、将所述原硅酸沉淀滤饼进行陈化、焙烧，粉碎得到白炭黑；4)制备拟薄水铝石，包括:a、将步骤2)制得的碱浸渣与碳酸钠和石灰石混合后烧结，获得熟料，烧结过程中产生的含CO2的气体回收作碳酸化使用；b、冷却所述熟料，然后经水淬、过滤得到NaAlO2粗液和硅钙渣，所述NaAlO2粗液用石灰乳溶液深度脱硅后得到NaAlO2精液；C、用蒸馏水稀释所述NaAlO2精液得到NaAlO2溶液，向NaAlO2溶液中通入含CO2的气体进行碳酸化成胶，成胶反应完成后，将反应浆液进行老化处理，然后过滤得到胶和滤液，胶经水洗、干燥、粉碎处理得到粉末状的拟薄水铝石。本专利技术提供的方法中，采用碱法脱硅和碱石灰烧结法，对设备的腐蚀小，方法中产生的副产物(如含CO2的气 体、滤液以及少量的硅钙渣)全部回收循环使用，例如:烧结过程中产生的含CO2的气体可以通入硅酸钠液和/或NaAlO2溶液中进行碳酸化处理，过滤后得到原硅酸沉淀滤饼和滤液，胶和滤液(一般为稀碳酸钠溶液)，可经蒸发浓缩后作原料循环使用；步骤4-b)中产生的少量的硅钙渣可制成高标水泥，使得整个工艺方法实现了零排放。在本专利技术的方案中，步骤I)制备活化的煤矸石粉料过程中:将煤矸石破碎成粒度为50-300目的粉体，焙烧的温度范围可以为700-1050°C，焙烧的时间可以为30飞0分钟。对煤矸石粉体的焙烧是为了使其中的高岭石活化，合理的粉碎粒度可进一步提高活化的效率，焙烧的温度为700-1050°C时，高岭石中的SiO2转变为易于与碱反应的无定形SiO2,高岭石中的无定形Al2O3转化为晶态的Y -Al2O3,晶态的Y -Al2O3化学性质稳定，从而在碱浸的作用下脱娃留招；加热到950-1050°C时，SiO2能稳定的以无定形状态存在，Al2O3能稳定地以Y-Al2O3晶态存在,从而进一步提闻脱娃率。在本专利技术的一个具体实施方式中，步骤2)碱浸脱硅过程中可以控制为在8(TlO(rC条件下用质量分数为5-25%氢氧化钠溶液浸取所述煤矸石粉料3(T90分钟，氢氧化钠的总用量按照Na2O =SiO2=L (Tl.2的摩尔比计算。进一步的，步骤2)中可以用质量分数为109^20%的氢氧化钠溶液浸取所述煤矸石粉料5(T70分钟。更进一步的，步骤2)中可以用质量分数为15%的氢氧化钠溶液浸取所述煤矸石粉料60分钟。在上述条件下进行碱浸可极大地提高碱浸渣的铝硅比，不仅满足了碱石灰烧结法对原料的要求，还极大地提高了Al2O3的实际溶出率，减少了石灰石的消耗量，并能减少碱石灰烧结过程中的副反应，降低副产物硅钙渣的量。在本专利技术的一个具体实施方式中，在制备白炭黑的过程，控制步骤3_a)酸化处理的条件可以为:加入的分散剂的质量为硅酸钠溶液的0.5飞％，加入的含CO2的气体中CO2的体积浓度不低于15%，碳酸化反应的起始温度5(T95°C，压力为0.25、.4Mpa，终点温度为4(T60°C，当溶液的pH为6时碳酸化反应结束。更进一步的，步骤3-a)中通入含CO2的体积浓度为3(Γ60%的气体进行碳酸化处理。更进一步的，加入的分散剂的质量为硅酸钠溶液或NaAlO2溶液质量为0.6 1%。更进一步的，步骤3_a)中的分散剂选自六偏磷酸钠、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇和三乙醇胺中的一种或多种。更进一步的，分散剂由六偏磷酸钠和聚乙二醇按1:1的质量比组成。步骤3-b)中将原硅酸沉淀滤饼在温度75°C的陈化槽内进行陈化，时间为6、小时，20(T250°C条件下脱水，然后在50(T650°C焙烧I小时，粉碎即得白炭黑。在本专利技术的一个具体实施方式中，可以将原硅酸沉淀滤饼在pH值为5 7的条件下陈化6、小时，可获得粒子更加细小均匀的二氧化硅，于20(T250°C脱水，然后在50(T650°C焙烧I小时。本专利技术方法制得的白炭黑的粒径在15 50nm，并且可具有250_350m2/g的比表面积，以及98%左右的纯度。在本专利技术的一个具体实施方式中，制备拟薄水铝石的过程，步骤4_a)可以控制为将碱浸渣与碳酸钠和石灰石按照摩尔比:Ca/Si=2 3，Νβ/Α1=Γ1.2进行混合，在1000 1350°C下进行烧结，获得熟料，烧结时间控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用煤矸石制备拟薄水铝石联产白炭黑的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备活化的煤矸石粉料：将煤矸石破碎、磨粉、焙烧后冷却，得到活化的煤矸石粉料；2)碱浸脱硅：将上述活化的煤矸石粉料用氢氧化钠溶液进行浸取，过滤得到硅酸钠溶液和碱浸渣；3)制备白炭黑，包括：a、在所述硅酸钠溶液中加入分散剂，并通入含有CO2的气体进行碳酸化处理，当溶液的pH为4~7时碳酸化反应结束，过滤，得到原硅酸沉淀滤饼和滤液；b、将所述原硅酸沉淀滤饼进行陈化、焙烧，粉碎得到白炭黑；4)制备拟薄水铝石，包括：a、将步骤2)制得的碱浸渣与碳酸钠和石灰石混合后烧结，获得熟料，烧结过程中产生的含有CO2的气体回收作碳酸化使用；b、冷却所述熟料，然后经水淬、过滤后得到NaAlO2粗液和硅钙渣，所述NaAlO2粗液用石灰乳溶液深度脱硅后得到NaAlO2精液；c、用蒸馏水稀释所述NaAlO2精液得到NaAlO2溶液，向NaAlO2溶液中通入含有CO2的气体进行碳酸化成胶反应，成胶反应完成后，将反应浆液进行老化处理，然后过滤得到胶和滤液，胶经水洗、干燥、粉碎处理得到粉末状的拟薄水铝石。

【技术特征摘要】
1.一种利用煤矸石制备拟薄水铝石联产白炭黑的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)制备活化的煤矸石粉料:将煤矸石破碎、磨粉、焙烧后冷却，得到活化的煤矸石粉料； 2)碱浸脱硅:将上述活化的煤矸石粉料用氢氧化钠溶液进行浸取，过滤得到硅酸钠溶液和碱浸洛; 3)制备白炭黑，包括: a、在所述硅酸钠溶液中加入分散剂，并通入含有CO2的气体进行碳酸化处理，当溶液的pH为4-7时碳酸化反应结束，过滤，得到原硅酸沉淀滤饼和滤液； b、将所述原硅酸沉淀滤饼进行陈化、焙烧，粉碎得到白炭黑； 4)制备拟薄水铝石，包括: a、将步骤2)制得的碱浸渣与碳酸钠和石灰石混合后烧结，获得熟料，烧结过程中产生的含有CO2的气体回收作碳酸化使用； b、冷却所述熟料，然后经水淬、过滤后得到NaAlO2粗液和硅钙渣，所述NaAlO2粗液用石灰乳溶液深度脱硅后得到NaAlO2精液； C、用蒸馏水稀释所述NaAlO2精液得到NaAlO2溶液，向NaAlO2溶液中通入含有CO2的气体进行碳酸化成胶反应，成胶反应完成后，将反应浆液进行老化处理，然后过滤得到胶和滤液，胶经水洗、干燥、粉碎处理得到粉末状的拟薄水铝石。2.根据权利要求1所述的方法，步骤I)中粉料的粒度为50-300目，焙烧的温度范围为700-1050°C，焙烧的时间为30 60分钟。3.根据权利要求1所述的方法，步骤2)中在8(TlO(rC条件下用质量分数为5-25%氢氧化钠溶液浸取所述煤矸石粉料30、0分钟，氢氧化钠的总用量按照Na2O :SiO2=1.0-1.2的摩尔比计算。4.根据权利要求3所述的方法，步骤2)中用质量分数为109Γ20%的氢氧化钠溶液浸取所述煤矸石粉料50-70分钟。5.根据权利要求1所述的方法，步骤3-a)中的分散剂选自六偏磷酸钠、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇和三乙醇胺中的一种或多种。6.根据权利要求1或5所述的方法，步骤3-a)中加入的分散剂的质量为硅酸钠溶液的0.5飞％，所述含有CO2的气体中CO2的体积浓度不低于15%，碳酸化反应的起始温度50-95°C，压力为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊民，伍泽广，张战军，高志军，张生，
申请(专利权)人：大唐国际发电股份有限公司高铝煤炭资源开发利用研发中心，
类型：发明
国别省市：