專利名稱：一種粉煤灰的管道加停留罐脫硅方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)保及氧化鋁材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及綜合利用粉煤灰制備氧化鋁技術(shù)。
背景技術(shù)：
內(nèi)蒙古、山西、寧夏和陜西等地煤炭資源豐富，儲量約1500億噸。煤中氧化鋁含量 9 13%。僅以9%計算，氧化鋁量高達135億噸，遠多于目前我國鋁土礦資源中氧化鋁18 億噸的含量。內(nèi)蒙古的煤炭資源量138億噸，用于工業(yè)生產(chǎn)后產(chǎn)生的粉煤灰約39億噸，其中氧 化鋁含量40 51%，是一種生產(chǎn)氧化鋁的寶貴資源。目前粉煤灰以堆存為主，少量用來制 磚、鋪路、制水泥等。堆存，既浪費土地，又會污染環(huán)境，這對多風的西北地區(qū)危害更大。內(nèi) 蒙古地區(qū)一直重視粉煤灰綜合利用問題，先后采用以下兩種方法對粉煤灰進行處理以提取 氧化鋁(1)傳統(tǒng)石灰石燒結(jié)法先用石灰石燒結(jié)法處理粉煤灰，粗液深度炭分得到高硅氫氧化鋁，再用拜爾法處 理生產(chǎn)氧化鋁。(2)傳統(tǒng)的堿_石灰燒結(jié)法將粉煤灰和石灰、碳酸鈉經(jīng)高溫燒結(jié)成可溶性的鋁酸鈉及不溶性的硅酸鈉等礦 物，二者分離后制得氧化鋁并回收堿，殘渣用作硅酸鹽水泥材料?，F(xiàn)有工藝存在著粉煤灰漿液鋁硅比低，成渣量高，處理的物料流量較大，生產(chǎn)流程 復(fù)雜，能源消耗高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前存在的由粉煤灰提取氧化鋁工藝中粉煤灰料漿鋁硅比低的問題，本發(fā)明 提供一種粉煤灰的管道加停留罐脫硅方法，達到提高粉煤灰漿液的鋁硅比，降低成渣量的 目的。預(yù)脫硅+堿石灰燒結(jié)法的核心技術(shù)是采用預(yù)脫硅工藝，預(yù)脫硅的目的是使粉煤灰 和循環(huán)母液在一定溫度下反應(yīng)，生成鋁酸鈉和硅酸鈉溶液。本發(fā)明的粉煤灰的管道與停留罐脫硅方法，工藝過程如下。(1)將氧化鋁含量為40 51 %的粉煤灰加入到質(zhì)量百分比濃度為30 50% 的NaOH溶液中，調(diào)配成粉煤灰料漿，所調(diào)配的粉煤灰料漿液固質(zhì)量比為液固=(3 4) 1。通過進料泵將粉煤灰料漿送入二級多內(nèi)管套管預(yù)熱器，將料漿溫度預(yù)熱到70 75 °C。調(diào)配在粉煤灰預(yù)調(diào)配出料槽中進行，粉煤灰預(yù)調(diào)配出料槽與設(shè)有液下泵的污水槽 連接。二級多內(nèi)管套管預(yù)熱器由兩個相同的多內(nèi)管套管預(yù)熱器組成，二級多內(nèi)管套管預(yù)熱器的熱源為二級閃蒸器的蒸汽。二級閃蒸器由兩個相同的閃蒸器組成。二級閃蒸器的冷 凝水進入二次汽冷凝水罐中，通過二次汽冷凝水泵輸送去熱水站。多內(nèi)管套管預(yù)熱器內(nèi)管 輸送料漿，外管通蒸汽。(2)預(yù)熱后的粉煤灰料漿進入多內(nèi)管套管加熱器，采用壓力為0. 4 0. 6MPa、溫度 為143 158°C的新蒸汽加熱，將料漿溫度加熱到130 135°C以達到脫硅溫度。多內(nèi)管套 管加熱器產(chǎn)生的冷凝水進入新蒸汽冷凝水罐，經(jīng)新蒸汽冷凝水泵送入熱水站含堿冷凝水系 統(tǒng)或送去熱電廠清潔冷凝水系統(tǒng)。(3)溫度為130 135°C的粉煤灰料漿進入保溫停留罐，在保溫停留罐內(nèi)的反應(yīng)停 留時間為1 2小時，以保證盡可能反應(yīng)完全。主要反應(yīng)式為Al2O3 (非晶態(tài))+2Na0H+aq — 2NaA102+H20+aqSiO2 (非晶態(tài))+2Na0H+aq — Na2Si03+H20+aqNaA102+Na2Si03 —方鈉石型化合物(4)脫硅后料漿進入二級閃蒸器，料漿逐級降溫降壓。經(jīng)一級閃蒸器料漿的溫度降 至110 120°C，蒸汽壓力為該溫度下的飽和蒸汽壓。經(jīng)二級閃蒸器的料漿溫度降至100 110°c，蒸汽壓力為該溫度下的飽和蒸汽壓。然后料漿進入緩沖槽，通過緩沖泵將料漿送入 常規(guī)的粉煤灰分離及洗滌工序，采用堿石灰燒結(jié)法，進一步制備氧化鋁產(chǎn)品。緩沖槽的料漿乏汽進入水冷式乏汽回收器，此種水冷式乏汽回收器對于乏汽熱量 的回收作用顯著，熱量被進入回收器的35 37°C的低溫循環(huán)水吸收，溫度為48 52°C的 廢汽從回收器頂部進入熱水槽后排向大氣，熱水槽中的熱水經(jīng)熱水泵送去熱水站。上述工藝中涉及的設(shè)備均為生產(chǎn)上的常規(guī)設(shè)備，進料 泵、緩沖泵均選用渣漿泵，二 次汽冷凝水泵、新汽冷凝水泵選用普通的清水泵，多內(nèi)管套管預(yù)熱器和多內(nèi)管套管加熱器 均采用星型結(jié)構(gòu)的多內(nèi)管套管。本發(fā)明的粉煤灰的管道加停留罐脫硅方法中管道，即指二級多內(nèi)管套管預(yù)熱器和 多內(nèi)管套管加熱器。本發(fā)明方法具有熱利用率高、能耗低、投資和運營成本低、流程簡單、生產(chǎn)操作及 清理檢修方便等特點。(1)能提高粉煤灰料漿鋁硅比(粉煤灰脫硅前后的鋁硅比可由0. 8 1. 0提高至 1. 2 1. 5)，本發(fā)明方法能將粉煤灰中的二氧化硅脫除30 35%。(2)采用本發(fā)明的粉煤灰脫硅方法，后序工藝中每提取一噸氧化鋁所處理的物料 流量降低30%左右，煅燒溫度降低10%左右，產(chǎn)生的硅鈣渣量降低40%左右。該工藝大大 降低了提取氧化鋁的能耗，采用本發(fā)明的預(yù)脫硅技術(shù)使預(yù)脫硅+堿石灰燒結(jié)法工藝比傳統(tǒng) 的石灰石燒結(jié)法工藝節(jié)能約25%，同時生產(chǎn)流程簡化，降低了基建投資和運營成本。(3)多內(nèi)管套管預(yù)熱器和多內(nèi)管套管加熱器傳熱系數(shù)高。采用多內(nèi)管套管預(yù) 熱器和加熱器進行粉煤灰料漿的提溫，在本工序的操作溫度范圍內(nèi)，傳熱系數(shù)可達到約 1000Kcal/m2. h. °C。同時，多內(nèi)管套管套管預(yù)熱器和多內(nèi)管套管加熱器清洗簡便，運行周期 長。只需要定期的進行水力清洗即可，簡單方便。(4)采用水冷式乏汽回收器回收緩沖槽的料漿乏汽，減少了能量損失。(5)采用二級閃蒸器分離閃蒸料漿，防止閃蒸料漿帶料。且閃蒸器二次蒸汽可以全 部用于系統(tǒng)的物料提溫，沒有能量外排損失。


附圖為本發(fā)明方法的工藝流程示意圖。圖中1進料泵，2多內(nèi)管套管預(yù)熱器，3多內(nèi)管套管加熱器，4保溫停留罐，5閃蒸 器，6 二次汽冷凝水罐，7 二次汽冷凝水泵，8新蒸汽冷凝水罐，9新蒸汽冷凝水泵，10緩沖槽， 11緩沖泵，12水冷式乏汽回收器，13熱水槽，14熱水泵，15污水槽，16液下泵，17粉煤灰預(yù) 調(diào)配出料槽。
具體實施例方式實施例1工藝過程如下。(1)將氧化鋁含量為45. 6%的粉煤灰加入到質(zhì)量百分比濃度為40%的NaOH溶液 中，調(diào)配成粉煤灰料漿，所調(diào)配的粉煤灰料漿液固質(zhì)量比為液固=3. 5 1。通過進料 泵將粉煤灰料漿送入二級多內(nèi)管套管預(yù)熱器，將料漿溫度預(yù)熱到73°C。調(diào)配在粉煤灰預(yù)調(diào)配出料槽中進行，粉煤灰預(yù)調(diào)配出料槽與設(shè)有液下泵的污水槽 連接。二級多內(nèi)管套管預(yù)熱器由兩個相同的多內(nèi)管套管預(yù)熱器組成，二級多內(nèi)管套管預(yù) 熱器的熱源為二級閃蒸器的蒸汽。二級閃蒸器由兩個相同的閃蒸器組成。二級閃蒸器的冷 凝水進入二次汽冷凝水罐中，通過二次汽冷凝水泵輸送去熱水站。多內(nèi)管套管預(yù)熱器內(nèi)管 輸送料漿，外管通蒸汽。(2)預(yù)熱后的粉煤灰料漿進入多內(nèi)管套管加熱器，采用壓力為0.5MPa、溫度為 150°C的新蒸汽加熱，將料漿溫度加熱到133°C以達到脫硅溫度。多內(nèi)管套管加熱器產(chǎn)生的 冷凝水進入新蒸汽冷凝水罐，經(jīng)新蒸汽冷凝水泵送入熱水站含堿冷凝水系統(tǒng)。(3)溫度為133°C的粉煤灰料漿進入保溫停留罐，在保溫停留罐內(nèi)的反應(yīng)停留時 間為1. 5小時，以保證盡可能反應(yīng)完全。主要反應(yīng)式為Al2O3 (非晶態(tài))+2Na0H+aq — 2NaA102+H20+aqSiO2 (非晶態(tài))+2Na0H+aq — Na2Si03+H20+aqNaA102+Na2Si03 —方鈉石型化合物(4)脫硅后料漿進入二級閃蒸器，料漿逐級降溫降壓。經(jīng)一級閃蒸器料漿的溫度降 至115°C，蒸汽壓力為該溫度下的飽和蒸汽壓。經(jīng)二級閃蒸器的料漿溫度降至105°C，蒸汽 壓力為該溫度下的飽和蒸汽壓。然后料漿進入緩沖槽，通過緩沖泵將料漿送入常規(guī)的粉煤 灰分離及洗滌工序，采用堿石灰燒結(jié)法，進一步制備氧化鋁產(chǎn)品。緩沖槽的料漿乏汽進入水冷式乏汽回收器，熱量被進入回收器的36°C的低溫循環(huán) 水吸收，溫度為50°C的廢汽從回收器頂部進入熱水槽后排向大氣，熱水槽中的熱水經(jīng)熱水 泵送去熱水站。上述工藝中涉及的設(shè)備均為生產(chǎn)上的常規(guī)設(shè)備，進料泵、緩沖泵均選用渣漿泵，二 次汽冷凝水泵、新汽冷凝水泵選用普通的清水泵，多內(nèi)管套管預(yù)熱器和多內(nèi)管套管加熱器 均采用星型結(jié)構(gòu)的多內(nèi)管套管。采用本實施例工藝，粉煤灰脫硅前后的鋁硅比由0. 9提高至1. 3，粉煤灰中的二氧化硅脫除33%。實施例2工藝過程如下。(1)將氧化鋁含量為51 %的粉煤灰加入到質(zhì)量百分比濃度為50 %的NaOH溶液中， 調(diào)配成粉煤灰料漿，所調(diào)配的粉煤灰料漿液固質(zhì)量比為液固=4 1。通過進料泵將粉 煤灰料漿送入二級多內(nèi)管套管預(yù)熱器，將料漿溫度預(yù)熱到75°C。調(diào)配在粉煤灰預(yù)調(diào)配出料槽中進行，粉煤灰預(yù)調(diào)配出料槽與設(shè)有液下泵的污水槽 連接。二級多內(nèi)管套管預(yù)熱器由兩個相同的多內(nèi)管套管預(yù)熱器組成，二級多內(nèi)管套管預(yù) 熱器的熱源為二級閃蒸器的蒸汽。二級閃蒸器由兩個相同的閃蒸器組成。二級閃蒸器的冷 凝水進入二次汽冷凝水罐中，通過二次汽冷凝水泵輸送去熱水站。多內(nèi)管套管預(yù)熱器內(nèi)管 輸送料漿，外管通蒸汽。(2)預(yù)熱后的粉煤灰料漿進入多內(nèi)管套管加熱器，采用壓力為0.6MPa、溫度為 158°C的新蒸汽加熱，將料漿溫度加熱到135°C以達到脫硅溫度。多內(nèi)管套管加熱器產(chǎn)生的 冷凝水進入新蒸汽冷凝水罐，經(jīng)新蒸汽冷凝水泵送去熱電廠清潔冷凝水系統(tǒng)。(3)溫度為135°C的粉煤灰料漿進入保溫停留罐，在保溫停留罐內(nèi)的反應(yīng)停留時 間為2小時，以保證盡可能反應(yīng)完全。主要反應(yīng)式為Al2O3 (非晶態(tài))+2Na0H+aq — 2NaA102+H20+aqSiO2 (非晶態(tài))+2Na0H+aq — Na2Si03+H20+aqNaA102+Na2Si03 —方鈉石型化合物(4)脫硅后料漿進入二級閃蒸器，料漿逐級降溫降壓。經(jīng)一級閃蒸器料漿的溫度降 至120°C，蒸汽壓力為該溫度下的飽和蒸汽壓。經(jīng)二級閃蒸器的料漿溫度降至110°C，蒸汽 壓力為該溫度下的飽和蒸汽壓。然后料漿進入緩沖槽，通過緩沖泵將料漿送入常規(guī)的粉煤 灰分離及洗滌工序，采用堿石灰燒結(jié)法，進一步制備氧化鋁產(chǎn)品。緩沖槽的料漿乏汽進入水冷式乏汽回收器，熱量被進入回收器的37°C的低溫循環(huán) 水吸收，溫度為48°C的廢汽從回收器頂部進入熱水槽后排向大氣，熱水槽中的熱水經(jīng)熱水 泵送去熱水站。上述工藝中涉及的設(shè)備均為生產(chǎn)上的常規(guī)設(shè)備，進料泵、緩沖泵均選用渣漿泵，二 次汽冷凝水泵、新汽冷凝水泵選用普通的清水泵，多內(nèi)管套管預(yù)熱器和多內(nèi)管套管加熱器 均采用星型結(jié)構(gòu)的多內(nèi)管套管。采用本實施例工藝粉煤灰脫硅前后的鋁硅比可由1. 0提高至1. 5，粉煤灰中的二 氧化硅脫除35%。實施例3工藝過程如下。(1)將氧化鋁含量為40%的粉煤灰加入到質(zhì)量百分比濃度為30%的NaOH溶液中， 調(diào)配成粉煤灰料漿，所調(diào)配的粉煤灰料漿液固質(zhì)量比為液固=3 1。通過進料泵將粉 煤灰料漿送入二級多內(nèi)管套管預(yù)熱器，將料漿溫度預(yù)熱到70°C。調(diào)配在粉煤灰預(yù)調(diào)配出料槽中進行，粉煤灰預(yù)調(diào)配出料槽與設(shè)有液下泵的污水槽 連接。
二級多內(nèi)管套管預(yù)熱器由兩個相同的多內(nèi)管套管預(yù)熱器組成，二級多內(nèi)管套管預(yù) 熱器的熱源為二級閃蒸器的蒸汽。二級閃蒸器由兩個相同的閃蒸器組成。二級閃蒸器的冷 凝水進入二次汽冷凝水罐中，通過二次汽冷凝水泵輸送去熱水站。多內(nèi)管套管預(yù)熱器內(nèi)管 輸送料漿，外管通蒸汽。(2)預(yù)熱后的粉煤灰料漿進入多內(nèi)管套管加熱器，采用壓力為0.4MPa、溫度為 143°C的新蒸汽加熱，將料漿溫度加熱到130°C以達到脫硅溫度。多內(nèi)管套管加熱器產(chǎn)生的 冷凝水進入新蒸汽冷凝水罐，經(jīng)新蒸汽冷凝水泵送入熱水站含堿冷凝水系統(tǒng)。(3)溫度為130°C的粉煤灰料漿進入保溫停留罐，在保溫停留罐內(nèi)的反應(yīng)停留時 間為1小時，以保證盡可能反應(yīng)完全。主要反應(yīng)式為
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NaA102+Na2Si03 —方鈉石型化合物(4)脫硅后料漿進入二級閃蒸器，料漿逐級降溫降壓。經(jīng)一級閃蒸器料漿的溫度降 至110°c，蒸汽壓力為該溫度下的飽和蒸汽壓。經(jīng)二級閃蒸器的料漿溫度降至100°c，蒸汽 壓力為該溫度下的飽和蒸汽壓。然后料漿進入緩沖槽，通過緩沖泵將料漿送入常規(guī)的粉煤 灰分離及洗滌工序，采用堿石灰燒結(jié)法，進一步制備氧化鋁產(chǎn)品。緩沖槽的料漿乏汽進入水冷式乏汽回收器，熱量被進入回收器的35°C的低溫循環(huán) 水吸收，溫度為52°C的廢汽從回收器頂部進入熱水槽后排向大氣，熱水槽中的熱水經(jīng)熱水 泵送去熱水站。上述工藝中涉及的設(shè)備均為生產(chǎn)上的常規(guī)設(shè)備，進料泵、緩沖泵均選用渣漿泵，二 次汽冷凝水泵、新汽冷凝水泵選用普通的清水泵，多內(nèi)管套管預(yù)熱器和多內(nèi)管套管加熱器 均采用星型結(jié)構(gòu)的多內(nèi)管套管。采用本實施例工藝粉煤灰脫硅前后的鋁硅比可由0. 8提高至1. 2，粉煤灰中的二 氧化硅脫除30%。
權(quán)利要求
一種粉煤灰的管道加停留罐脫硅方法，其特征在于工藝過程為(1)將氧化鋁含量為40～51％的粉煤灰加入到質(zhì)量百分比濃度為30～50％的NaOH溶液中，調(diào)配成粉煤灰料漿，所調(diào)配的粉煤灰料漿液固質(zhì)量比為液∶固＝(3～4)∶1，通過進料泵將粉煤灰料漿送入二級多內(nèi)管套管預(yù)熱器，將料漿溫度預(yù)熱到70～75℃；(2)預(yù)熱后的粉煤灰料漿進入多內(nèi)管套管加熱器，采用新蒸汽加熱，將料漿溫度加熱到130～135℃以達到脫硅溫度；(3)溫度為130～135℃的粉煤灰料漿進入保溫停留罐，在保溫停留罐內(nèi)的反應(yīng)停留時間為1～2小時；(4)脫硅后料漿進入二級閃蒸器，料漿逐級降溫降壓，經(jīng)一級閃蒸器料漿的溫度降至110～120℃，蒸汽壓力為該溫度下的飽和蒸汽壓，經(jīng)二級閃蒸器的料漿溫度降至100～110℃，蒸汽壓力為該溫度下的飽和蒸汽壓，然后料漿進入緩沖槽，通過緩沖泵將料漿送入常規(guī)的粉煤灰分離及洗滌工序。
2.按照權(quán)利要求1所述的粉煤灰的管道與停留罐脫硅方法，其特征在于二級多內(nèi)管套 管預(yù)熱器的熱源為二級閃蒸器的蒸汽，二級閃蒸器的冷凝水進入二次汽冷凝水罐中，通過 二次汽冷凝水泵輸送去熱水站，多內(nèi)管套管預(yù)熱器內(nèi)管輸送料漿，外管通蒸汽。
3.按照權(quán)利要求1所述的粉煤灰的管道與停留罐脫硅方法，其特征在于新蒸汽壓力為 0. 4 0. 6MPa，溫度為 143 158°C。
4.按照權(quán)利要求1所述的粉煤灰的管道與停留罐脫硅方法，其特征在于多內(nèi)管套管加 熱器產(chǎn)生的冷凝水進入新蒸汽冷凝水罐，經(jīng)新蒸汽冷凝水泵送入熱水站含堿冷凝水系統(tǒng)或 送去熱電廠清潔冷凝水系統(tǒng)。
5.按照權(quán)利要求1所述的粉煤灰的管道與停留罐脫硅方法，其特征在于緩沖槽的料 漿乏汽進入水冷式乏汽回收器，熱量被進入回收器的35 37°C的低溫循環(huán)水吸收，溫度為 48 52°C的廢汽從回收器頂部進入熱水槽后排向大氣，熱水槽中的熱水經(jīng)熱水泵送去熱 水站。
全文摘要
一種粉煤灰的管道加停留罐脫硅方法，工藝過程為將粉煤灰加入到NaOH溶液中，調(diào)配成粉煤灰料漿，送入二級多內(nèi)管套管預(yù)熱器，預(yù)熱到70～75℃；預(yù)熱后的粉煤灰料漿進入多內(nèi)管套管加熱器，加熱到130～135℃；然后料漿進入保溫停留罐，在保溫停留罐內(nèi)停留1～2小時；脫硅后料漿進入二級閃蒸器，料漿逐級降溫降壓，然后料漿進入緩沖槽，通過緩沖泵將料漿送入常規(guī)的粉煤灰分離及洗滌工序，緩沖槽的料漿乏汽進入水冷式乏汽回收器，熱量被低溫循環(huán)水吸收。本發(fā)明方法具有熱利用率高、能耗低、投資和運營成本低、流程簡單、生產(chǎn)操作及清理檢修方便等特點，能提高粉煤灰料漿鋁硅比，能將粉煤灰中的二氧化硅脫除30～35％。
文檔編號C01F7/06GK101811713SQ20091001329
公開日2010年8月25日 申請日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日
發(fā)明者張戰(zhàn)軍, 楊再明, 許文強, 邢國春, 閆學(xué)良, 黎娜 申請人:東北大學(xué)設(shè)計研究院(有限公司)