一种高硅高铁粉煤灰制备二氧化硅的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学化工技术领域，尤其涉及一种高硅高铁粉煤灰制备二氧化硅的方 法。
【背景技术】
[0002] 粉煤灰是粉煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物 之一，粉煤灰含有丰富的二氧化硅(23.1%~62.4%)、Al2〇3(17.8%~30%)、Fe2〇3(2.0% ~7.1% )等氧化物，可作为二氧化硅、氧化铝等提取的重要原料。
[0003] 目前，关于提取粉煤灰中二氧化硅的文献很多，但主要涉及粉煤灰中二氧化硅的 纯度、品质、形貌结构及提取工艺路线的经济合理性等方面，对于粉煤灰中硅的产率的研究 很少。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种尚娃尚铁粉煤灰制备^氧化娃的方法，旨在解决现有 现有高铝低铁粉煤灰只关注铝的提取和二氧化硅的品质较差的问题。
[0005] 本发明的高硅高铁粉煤灰制备二氧化硅的方法，所述高硅高铁粉煤灰制备二氧化 硅的方法高硅高铁粉煤灰制备二氧化硅的方法包括：
[0006] 将粉煤灰和无水碳酸钠于置于105°C的恒温真空干箱中干燥24h，然后取出置于干 燥皿中冷至室温待用，: m碰軸=1:1.2;
[0007] 称取粉煤灰和无水碳酸钠，置于30mL瓷坩埚中，搅拌后放置于已升温至800°C的马 弗炉内焙烧2h，焙烧结束后，取出置于干燥皿内冷至室温待用；
[0008] 将焙烧熟料置于250mL烧杯中，用水将物料充分润湿后，使用玻璃棒边搅拌边加入 盐酸溶液，并转入超声清洗器中超声；
[0009] 待超声结束后，过滤上述酸浸产物，并用盐酸对滤饼进行洗涤，收集滤液待用；再 用自来水洗涤滤饼直至中性，将滤渣置于l〇5°C的恒温真空干箱内干燥24h后，冷至室温称 重；
[0010]将所得滤液转入250mL烧杯中，测量pH，放入恒温水浴锅中进行溶胶-凝胶，当出现 溶胶时测量ρΗ〈0.5，待溶胶凝胶结束后测量ρΗ〈0.5;
[0011] 待溶胶-凝胶结束后，用20mL的lmol/L的盐酸溶液对上述硅凝胶在240W的功率下 进行超声5min酸浸，酸浸结束后进行离心分离，此步骤重复3次；
[0012]将所得的湿凝胶放入240W的功率下，用20mL的自来水超声5min洗涤至直中性后， 将滤渣置于恒温真空干箱中干燥，并称重。
[0013]进一步，使用玻璃棒边搅拌边加入3mol/L的盐酸溶液35mL。
[0014] 进一步，转入240W的超声清洗器中超声lmin。
[0015] 进一步，用3mol/L的盐酸IOmL对滤饼进行洗涤。
[0016] 进一步，滤渣置于105°C的恒温真空干箱中干燥24h。
[0017] 本发明提供的高硅高铁粉煤灰制备二氧化硅的方法，以高硅高铁粉煤灰为原料， 采用粉煤灰活化一盐酸酸浸一溶胶_凝胶的方法制备二氧化硅，以酸浸分解率、二氧化硅产 率为评价指标，对影响二氧化硅提取过程中的诸多因素进行研究和分析，寻求合理的粉煤 灰制备^氧化娃的工艺技术路线，以为尚娃尚铁粉煤灰提取^氧化娃的工业应用提供技术 支持。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明实施例提供的高硅高铁粉煤灰制备二氧化硅的方法流程图。
[0019] 图2是本发明实施例提供的物料配比对酸浸分解率及二氧化硅产率的影响示意 图。
[0020] 图3是本发明实施例提供的焙烧温度对酸浸分解率及二氧化硅产率的影响示意 图。
[0021] 图4是本发明实施例提供的焙烧时间对粉煤灰分解率及二氧化硅产率的影响示意 图。
[0022] 图5是本发明实施例提供的盐酸用量对酸浸分解率及二氧化硅产率的影响示意 图。
[0023] 图6是本发明实施例提供的酸浸液浓度对粉煤灰分解率及二氧化硅产率的影响示 意图。
[0024] 图7是本发明实施例提供的相同分解率下溶胶-凝胶液初始浓度对二氧化硅产率 的影响示意图。
[0025] 图8是本发明实施例提供的相同分解率下溶胶-凝胶温度对二氧化硅产率的影响 示意图。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细 说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027] 本发明以碳酸钠为活化剂活化粉煤灰，考察原料配方、焙烧条件(温度、时间）、酸 浸条件（用量、浓度）、溶胶一凝胶条件(初始浓度、温度)对二氧化硅产率的影响。结果表明： 1)粉煤灰在没有助剂条件下进行高温活化，酸浸分解率为24.13%，无二氧化硅产品。2)盐 酸浓度和溶胶-凝胶液的初始浓度对二氧化硅的产率基本无影响。3)温度是影响溶胶-凝胶 的显者因素。4)取佳工乙条件为:m糨欺:m碳獅=1:1.2、倍烧温度800 C、倍烧时间2h;)规|父-?矢疋 胶温度94°C，二氧化硅的产率可达85.35%。
[0028] 下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
[0029] 如图1所示，本发明的高硅高铁粉煤灰制备二氧化硅的方法包括以下步骤：
[0030] S101:将粉煤灰和无水碳酸钠于置于105°C的恒温真空干箱中干燥24h，然后取出 置于干燥皿中冷至室温待用；
[0031] S102:准确称取上述绝干粉煤灰2. OOOOg和2.4000g绝干无水碳酸钠，置于30mL瓷 坩埚中，搅拌均匀后放置于已升温至800°C的马弗炉内焙烧2h，焙烧结束后，立即取出置于 干燥皿内冷至室温待用；
[0032] S103:将上述焙烧熟料置于250mL烧杯中，用适量水将物料充分润湿后，使用玻璃 棒边搅拌边加入3mol/L的盐酸溶液35mL，并迅速转入240W的超声清洗器中超声Imin;
[0033] S104:待超声结束后，过滤上述酸浸产物，并用3mol/L的盐酸IOmL对滤饼进行洗 涤，收集滤液待用;再用自来水洗涤滤饼直至中性，将滤渣置于l〇5°C的恒温真空干箱内干 燥24h后，冷至室温称重；
[0034] S105:将上述所得滤液转入250mL烧杯中，测量pH，放入恒温水浴锅中进行溶胶-凝 胶，当出现溶胶时测量ρΗ〈0.5，待溶胶凝胶结束后测量ρΗ〈0.5;
[0035] S106:待溶胶-凝胶结束后，用20mL的lmol/L的盐酸溶液对上述硅凝胶在240W的功 率下进行超声5min酸浸，酸浸结束后进行离心分离，此步骤重复3次；
[0036] S107:将所得的湿凝胶放入240W的功率下，用20mL的自来水超声5min洗涤至直中 性后，将滤渣置于I 〇5°C的恒温真空干箱中干燥24h，并称重。
[0037]下面结合实验对本发明的应用原理作进一步的说明。
[0038] 1.实验部分
[0039] 1.1实验试剂及仪器
[0040]试剂:粉煤灰，六盘水黔桂电厂;无水碳酸钠(AR，重庆茂业化学试剂有限公司）；盐 酸(AR，重庆江川化工有限公司）；无水乙醇(AR，天津市富宇精细化工有限公司）。
[0041 ] 仪器:KQ-300DE数控超声波清洗机，昆山市超声仪器有限公司；TG1650-WS离心机， 湖南赛特湘仪离心机仪器有限公司；DZ-88电热恒温真空干箱，上海跃进医疗器械厂； FA1004分析天平，上海上平责任有限公司；HWSK-5马沸炉，鹤壁市华通分析仪器公司；HH-S 恒温水浴锅，金坛市恒丰仪器厂。
[0042] 1.2实验方法
[0043] 碳酸钠活化粉煤灰主要是形成硅铝酸盐等易溶于酸的产物，为提高粉煤灰中硅、 铝的溶出活性，以盐酸为酸浸液，考察了原料配方、焙烧温度、焙烧时间及酸浸液用量和浓 度对硅、铝溶出率的影响，溶出率越高则二氧化硅产率也高，为研究硅酸溶液溶胶一凝胶条 件对产率的影响，考察了溶胶液初始浓度和温度的影响，具体实验步骤见下：
[0044] 1.准确称取1:1.2(质量比，下同）的粉煤灰(计m)和碳酸钠于105°C的烘箱内干燥 24h，冷至室温后混合均匀置于瓷坩埚内在800°C马弗炉内焙烧2h，焙烧结束后取出置于干 燥皿中待用；
[0045] 2.将上述样品置于250mL烧杯中，边搅拌边加入35mL的3mol/L的盐酸溶液，待溶解 结束后，过滤、洗涤至中性，将滤渣置于105°C的烘箱内干燥24h后，冷至室温称量计m2。
[0046] 3.将上述所得滤液放入恒温水浴锅中进行溶胶-凝胶，待溶胶-凝胶结束后，采用 20mL的lmol/L的盐酸溶液进行二次酸浸并离心分离，将产物置于105°C的恒温真空干箱中 干燥2 4h，计m3。
[0047] 1.3评价指标
[0048]工艺条件的优化以焙烧熟料的酸浸分解率和二氧化硅产品的产率进行评价，粉煤 灰活化效果越好，酸浸分解率越高，其产率也高。分解率的计算式见式（1-1 )，产率的计算式 见式(2-2)。
[0051 ]式中，ηι、η2-粉煤灰分解率、二氧化硅产率，％;
[0052] rno一二氧化娃理论质量，g ;mi-粉煤灰质量，g;
[0053] Hl2-酸浸残渣质量，g ; Π 13-二氧化硅实验产量，g ;
[0054] 2结果与讨论
[0055] 2.1粉煤灰与碳酸钠质量配比的影响
[0056] 粉煤灰和碳酸钠用量按1:0、1:0·6、1:0·8、1:1·0、1 :1·2、1:1·4、1:1·6、1·8、1:2·0 进行配比，除质量配比外其余过程均按1.2的进行实验，结果见图2。
[0057]由图2可看出，当碳酸钠用量为0时，焙烧熟料的酸浸分解率为24.13%，但没有二 氧化硅产品，说明酸浸液中基本没有硅化合物，仅高温活化粉煤灰并不能改变粉煤灰中硅 的结构使之与盐酸发生反应进入溶液体系;随着Na 2CO3用量的增加，粉煤灰的分解率和二氧 化硅产率逐渐增加，当1 : 1.4时酸浸分解率为95.61 %，二氧化硅产率为 86.40%，当m?欺:軸=1:1.6时酸浸分解率和二氧化娃产率略有下降，当m?欺:m義軸之1: 1.8时，由于样品发生烧结无法从坩埚中取出酸浸，而致酸浸分解率和产率迅速降为零。 [0058]碳酸