粉煤灰预脱硅方法和预脱硅反应方法和预脱硅浆液分离方法以及粉煤灰提铝方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种粉煤灰预脱硅反应方法和一种粉煤灰预脱硅浆液分离方法，本发 明还涉及一种粉煤灰预脱硅方法，本发明进一步涉及一种粉煤灰提铝方法。
【背景技术】
[0002] 粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中捕集下来的细灰，是中国当前排量较大的工业废渣 之一。粉煤灰中含有大量有价值的元素，如硅和铝。中国铝土矿资源紧缺，寻求替代铝土矿 的氧化铝生产资源非常必要，因此从粉煤灰中将铝提取出来，不仅能提高粉煤灰的综合利 用效益，而且也有益于氧化铝工业的可持续发展。
[0003] 从粉煤灰中提取铝的方法包括碱法、酸法和酸碱联合法。采用碱法从粉煤灰中提 取铝包括烧结步骤和溶出步骤，在烧结步骤中，将粉煤灰与碱性助溶剂（如氧化钙、钙盐和 钠盐中的一种或多种）进行烧结，将铝转变成易溶于水或稀碱溶液的盐；在溶出步骤中，用 水或稀碱溶液将得到的烧结熟料中的铝溶出，SiO2等物质则保留在固体废渣中，从而将铝 从粉煤灰中提取出来。
[0004] 由于粉煤灰中硅含量较大，为了提高粉煤灰中硅的利用率并减少低价值含硅固体 废渣量和工艺过程中的物料流量，通常将粉煤灰进行预脱硅后再进行提铝操作。预脱硅一 般是用强碱将粉煤灰中的非晶态硅溶解出来，使氧化铝保留在固相中，从而实现预脱硅的。
[0005] 因此，采用碱法从粉煤灰中提取铝的工艺中，涉及多步液固反应。对于液固反应而 言，提高固体在液体中的分散稳定性，抑制固体物料沉降趋势是提高反应效率以及物料输 运顺畅性的关键。
[0006] 目前，一般是通过提高预脱硅反应器和烧结熟料溶出反应器中的搅拌效率和/或 引入侧线打循环来提高预脱硅反应和溶出过程中固体颗粒在液相中的均匀性和稳定性，如 改变反应器中搅拌桨的类型和/或提高搅拌桨的转速；在反应器底部引入侧线使反应器内 的液固浆液循环。但是，这些方法均存在增加设备投资成本和操作能耗的不足。
[0007] 另外，对于粉煤灰碱法提取铝工艺中涉及的液固反应而言，反应得到的物料需要 进行固液分离，但是各步液固反应得到的混合物一般呈浆液状，在采用如板框式过滤机的 耗能型分离装置进行分离时，分离能耗高。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于解决采用碱法从粉煤灰中提取铝时存在的以下两个问题中的 一个或两个：（1)在涉及液固反应的工序中，固体物料易于沉降，影响反应效率以及物料输 运的顺畅性；(2)液固反应得到的浆液在进行分离时能耗过高。
[0009] 本发明的发明人在研究过程中发现：对于粉煤灰碱法提取铝工艺的预脱硅步骤而 言，醇胺和/或如聚乙二醇的水溶性聚合物在不同的用量下，能起到提高液固混合液的分 散效果或者提高液固混合液的沉降效率的作用，因此通过调节反应阶段以及相应产物分离 阶段所涉及的液固浆液中醇胺和/或如聚乙二醇的水溶性聚合物的量，在反应阶段能有效 地抑制液固浆液中固体物料发生沉降的趋势，提高浆液的稳定性和物料输运的顺畅性，同 时能够有效地提高反应的效率；在分离阶段则能改善浆液的固液分离性能，降低分离能耗， 同时还能改善浆液的沉降性能，通过无需消耗能量的沉降就分出很大一部分液体，从而有 效减轻如板框式过滤机的分离装置的负担，进一步降低分离所需的能耗。在此基础上完成 了本发明。
[0010] 根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种粉煤灰预脱硅方法，该方法包括以 下步骤：
[0011] (1)将第一水分散液在预脱硅反应条件下进行反应，得到预脱硅浆液，所述第一水 分散液含有粉煤灰、至少一种碱以及至少一种助剂，所述助剂为醇胺和/或水溶性聚合物，
[0012] 其中，所述第一水分散液中的助剂为醇胺，相对于100重量份粉煤灰，所述第一水 分散液中助剂的含量不高于3. 5重量份；或者
[0013] 所述第一水分散液中的助剂为水溶性聚合物，相对于100重量份粉煤灰，所述第 一水分散液中助剂的含量不高于2. 5重量份；或者
[0014] 所述第一水分散液中的助剂为醇胺和水溶性聚合物，相对于100重量份粉煤灰， 所述第一水分散液中助剂的总量不高于3. 5重量份；
[0015] (2)向所述预脱硅浆液中补充添加醇胺和/或水溶性聚合物，醇胺和/或水溶性聚 合物的补充添加量使得：
[0016] 所述预脱硅浆液中的助剂为醇胺时，相对于100重量份粉煤灰，所述预脱硅浆液 中助剂的含量为3. 6重量份以上；或者
[0017] 所述预脱硅浆液中的助剂为水溶性聚合物时，相对于100重量份粉煤灰，所述预 脱硅浆液中助剂的含量为3重量份以上；或者
[0018] 所述预脱硅浆液中的助剂为醇胺和水溶性聚合物时，相对于100重量份粉煤灰， 所述预脱硅浆液中助剂的含量为3. 6重量份以上；
[0019] (3)将补充添加了醇胺和/或水溶性聚合物的预脱硅浆液进行固液分离，得到预 脱硅粉煤灰和含硅液体物料。
[0020] 根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种粉煤灰预脱硅方法，该方法包括以 下步骤：
[0021] (1)将第一水分散液在预脱硅反应条件下进行反应，得到预脱硅浆液，所述第一水 分散液含有粉煤灰和至少一种碱；
[0022] (2)向所述预脱硅浆液中添加至少一种助剂，所述助剂为醇胺和/或水溶性聚合 物，醇胺和/或水溶性聚合物的添加量使得：
[0023] 所述预脱硅浆液中的助剂为醇胺时，相对于100重量份粉煤灰，所述预脱硅浆液 中助剂的含量为3. 6重量份以上；或者
[0024] 所述预脱硅浆液中的助剂为水溶性聚合物时，相对于100重量份粉煤灰，所述预 脱硅浆液中助剂的含量为3重量份以上；或者
[0025] 所述预脱硅浆液中的助剂为醇胺和水溶性聚合物时，相对于100重量份粉煤灰， 所述预脱硅浆液中助剂的含量为3. 6重量份以上；
[0026] (3)将添加了醇胺和/或水溶性聚合物的预脱硅浆液进行固液分离，得到预脱硅 粉煤灰和含硅液体物料；
[0027] (4)从所述含硅液体物料中分离出硅，得到剩余液，对所述剩余液进行稀释或者向 所述剩余液中补充添加醇胺和/或水溶性聚合物后循环用于配制第一水分散液，以使配制 得到的第一水分散液含有至少一种助剂，所述剩余液的稀释程度或者所述醇胺和/或水溶 性聚合物的补充添加量使得：
[0028] 配制得到的第一水分散液中的助剂为醇胺时，相对于100重量份粉煤灰，配制得 到的第一水分散液中助剂的含量不高于3. 5重量份；或者
[0029] 配制得到的第一水分散液中的助剂为水溶性聚合物时，相对于100重量份粉煤 灰，配制得到的第一水分散液中助剂的含量不高于2. 5重量份；或者
[0030] 配制得到的第一水分散液中的助剂为醇胺和水溶性聚合物时，相对于100重量份 粉煤灰，配制得到的第一水分散液中助剂的总量不高于3. 5重量份。
[0031] 根据本发明第一个方面的预脱硅方法，通过调节在反应阶段和分离阶段引入的醇 胺和/或水溶性聚合物的量，在反应阶段实现抑制分散液中固体物料发生沉降的趋势效 果，从而提1?反应的效率，获得更1?的目标广物收率，同时有效地提1?物料输运的顺畅性； 在分离阶段则实现改善液固浆液的固液分离性能，降低分离能耗，同时还能实现提高液固 浆液的沉降效率的效果，使更多的液相通过沉降与固相分离开，减少进入如板框式过滤机 的分离装置的物料量，进一步降低分离能耗。
[0032] 根据本发明第二个方面的预脱硅方法，在预脱硅浆液中引入醇胺和/或水溶性聚 合物，能改善液固浆液的固液分离性能，降低分离能耗；同时，还能提高液固浆液的沉降效 率，使更多的液相通过沉降与固相分离开，减少进入如板框式过滤机的分离装置的物料量， 进一步降低分离能耗。并且，该方法将从预脱硅浆液中分离出的液相经分离硅后循环用于 配制第一水分散液，从而在第一水分散液中引入醇胺和/或水溶性聚合物，并通过对分离 出了硅的液相中醇胺和/或水溶性聚合物的量进行调节，能够在预脱硅反应阶段实现抑制 分散液中固体物料发生沉降的趋势效果，从而提高反应的效率，获得更高的目标产物收率， 同时有效地提高物料输运的顺畅性。
[0033] 根据本发明第一个方面和第二个方面的预脱硅方法，通过调节预脱硅反应阶段和 分离阶段所涉及浆液中醇胺和/或水溶性聚合物的量，同时解决了反应阶段抑制固体物料 沉降和分离阶段促进固体物料沉降这两个互为矛盾的技术问题，并且操作简便，易于实施。 另外，添加的醇胺和水溶性聚合物能随循环液相再利用，进一步降低了本发明方法的运行 成本。
[0034] 根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种粉煤灰预脱硅反应方法，该方法包 括将第一水分散液在预脱硅反应条件下进行反应，所述第一水分散液含有粉煤灰、至少一 种碱和至少一种助剂，所述助剂为醇胺和/或水溶性聚合物，
[0035] 其中，所述第一水分散液中的助剂为醇胺，相对于100重量份粉煤灰，所述第一水 分散液中助剂的含量不高于3. 5重量份；或者
[0036] 所述第一水分散液中的助剂为水溶性聚合物，相对于100重量份粉煤灰，所述第 一水分散液中助剂的含量不高于2. 5重量份；或者
[0037] 所述第一水分散液中的助剂为醇胺和水溶性聚合物，相对于100重量份粉煤灰， 所述第一水分散液中助剂的总量不高于3. 5重量份。
[0038] 根据本发明第三个方面的预脱硅反应方法，能有效地抑制分散液中固体物料发生 沉降的趋势，提1?反应的效率，获得更1?的目标广物收率，同时有效地提1?物料输运的顺畅 性。
[0039] 根据本发明的第四个方面，本发明提供了一种粉煤灰预脱硅浆液分离方法，所述 预脱硅浆液是将粉煤灰用碱法进行预脱硅而得到的，该方法包括在至少一种助剂存在下， 将所述预脱硅浆液进行固液分离，得到预脱硅粉煤灰和含硅液体物料，所述助剂为醇胺和/ 或水溶性聚合物；
[0040] 其中，所述预脱硅浆液中的助剂为醇胺时，相对于100重量份粉煤灰，所述预脱硅 浆液中助剂的含量为3. 6重量份以上；或者
[0041] 所述预脱硅浆液中的助剂为水溶性聚合物时，相对于100重量份粉煤灰，所述预 脱硅浆液中助剂的含量为3重量份以上；或者
[0042] 所述预脱硅浆液中的助剂为醇胺和水溶性聚合物时，相对于100重量份粉煤灰， 所述预脱硅浆液中助剂的含量为3. 6重量份以上。
[0043]根据本发明第四个方面的分离方法，能有效地改善液固浆液的固液分离性能，降 低分离能耗，同时，还能提高液固浆液的沉降效率，使更多的液相通过沉降与固相分离开， 减少进入如板框式过滤机的能量消耗型分离装置的物料量，进一步降低分离能耗。
[0044]根据本发明的第五个方面，本发明提供了一种粉煤灰提铝方法，该方法包括预脱 硅步骤、烧结步骤和溶出步骤，
[0045]在所述预脱硅步骤中，将粉煤灰与至少一种碱接触进行预脱硅反应，将预脱硅浆 液进行固液分离，得到预脱硅粉煤灰；
[0046]在所述烧结步骤中，将所述预脱硅粉煤灰与至少一种碱性助溶剂进行烧结，得到 碱烧结熟料；
[0047]在所述溶出步骤中，将含有所述碱烧结熟料、水以及可选的碱的第二水分散液在 足以将铝从碱烧结熟料中溶出的条件下进行反应，将溶出得到的浆液进行固液分离，得到 含铝液体物料和含硅废渣；
[0048]其中，所述预脱硅反应采用根据本发明第三个方面的预脱硅反应方法进行，或者 预脱硅步骤中采用根据本发明第四个方面的分离方法进行固液分离，或者所述预脱硅步骤 采用根据本发明第一个方面的预脱硅方法进行，或者所述预脱硅步骤采用根据本发明第二 个方面的预脱硅方法进行。
[0049] 根据本发明第五个方面的提铝方法，能够获得更高的反应效率和/或更低的分离 能耗。
【附图说明】
[0050] 图1是根据本发明的粉煤灰提铝方法的一种优选实施方式。
[0051] 图2用于说明测试例1-5的结果，是在预脱硅反应分散液中添加不同浓度（0.0%、 0? 2%、0. 4%、0. 6%、0. 8%和 L 0% )的 50wt% PEG+50wt% MEA 时分散液随时间的分散性 能曲线图。
[0052] 图3用于说明测试例6-10的结果，是在预脱硅反应分散液中添加不同浓度 (0?0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%) MEA时分散液随时间的分散性能曲线图。
[0053] 图4用于说明测试例11-15的结果，是在预脱硅反应分散液中添加不同浓度 (0?0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%) PEG时分散液随时间的分散性能曲线图。
[0054] 图5用于说明测试对比例1-3的结果，是在预脱硅反应分散液中添加不同浓度 (0. 0%、0. 2%、0. 4%和0. 8% )PPG时分散液随时间的分散性能曲线图。
[0055] 图6用于说明测试对比例4-6的结果，是在预脱硅反应分散液中添加不同浓度 (0. 0%、0. 2%、0. 5%和0. 8% )木质素磺酸钠时分散液随时间的分散性能曲线图。
[0056] 图7用于说明测试例16-20的结果，是在溶出反应的分散液中添加不同浓度 (0? 0%、0? 2%、0. 4%、0. 6%、0. 8%和 I. 0% )50wt% PEG+50wt% MEA 时分散液随时间的分 散性能曲线图。
[0057] 图8用于说明测试例21-25的结果，是在溶出反应的分散液中添加不同浓度 (0?0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%) MEA时分散液随时间的分散性能曲线图。
[0058] 图9用于说明测试例26-30的结果，是在溶出反应的分散液中添加不同浓度 (0?0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%) PEG时分散液随时间的分散性能曲线图。
[0059] 图10用于说明测试对比例7-9的结果，是在溶出反应的分散液中添加不同浓度 (0. 0%、0. 2%、0. 5%和I. 0% )PPG时分散液随时间的分散性能曲线图。
[0060] 图11用于说明测试对比例10-12的结果，是在溶出反应的分散液中添加不同浓度 (0. 0%、0. 2%、0. 5%和1. 0% )木质素磺酸钠时分散液随时间的分散性能曲线图。
[0061] 图12用于说明测试例31-34的结果，是在脱碱反应的分散液中添加不同浓度 (0. 0%、0. 2%、0. 4%、0. 6%和I. 0% )PEG时分散液随时间的分散性能曲线图。
[0062] 图13用于说明测试对比例13-16的结果，是在脱碱反应的分散液中添加不同浓度 (0? 0%、0? 2%、0. 4%、0. 6%和 I. 0% )50wt% PEG+50wt% MEA 时分散液随时间的分散性能 曲线图。
[0063] 图14用于说明测试对比例17-20的结果，是在脱碱反应的分散液中添加不同浓度 (0. 0%、0. 2%、0. 4%、0. 6%和0. 8% )MEA时分散液随时间的分散性能曲线图。
[0064] 图15用于说明测试对比例21-24的结果，是在脱碱反应的分散液中添加不同浓度 (0. 0%、0. 2%、0. 4%、0. 6%和I. 0%