本發(fā)明屬于溶液深度凈化，具體涉及高堿、低鋁、低硅溶液中鋁和/或硅的深度去除。

背景技術：

1、在煤炭化學脫灰工藝中，采用直接堿浸方式可以大幅度脫除煤中灰分，獲得灰分小于1%的高純煤。但堿浸后的堿液中含有鋁、硅組分，al2o3、sio2濃度約為3～10g/l，苛性比很高（ak>80~100），若直接返回用于循環(huán)脫灰將會嚴重影響后續(xù)堿浸脫灰效果。因此，在堿液進入循環(huán)脫灰之前，需要先將堿液中的硅、鋁組分深度脫除。另外，在粉煤灰堿浸預脫硅以及鋁土礦化學選礦過程中均產生大量高苛性比堿液，其中硅、鋁離子濃度均較低，堿液的循環(huán)均需要經深度凈化脫除其中的硅、鋁組分。

2、國內外在強堿性的鋁酸鈉溶液脫硅方面開展了大量研究，主要的方法有稀釋保溫脫硅、添加鈉硅渣脫硅和添加石灰深度脫硅等方法。但這些脫硅方法所處理的鋁酸鈉溶液中堿、鋁濃度較高，通常na2ok、al2o3濃度均在100g/l以上，甚至超過200g/l，苛性比值ak通常在1.4~1.8，而sio2濃度為2~5g/l。

3、稀釋保溫脫硅是指向高溫溶出后的鋁酸鈉漿液中加入赤泥洗液調節(jié)na2ok至中等濃度水平（<150g/l），由于稀釋后的溶液中sio2平衡濃度下降，在一定溫度下保溫攪拌一段時間將析出鈉硅渣。此方法雖成本較低，但脫硅效率較低，且受鈉硅渣平衡濃度限制，稀釋脫硅后溶液sio2濃度通常約下降至0.5~1g/l。

4、添加鈉硅渣脫硅的原理是可以避免水合鋁硅酸鈉（鈉硅渣）晶核難于生成的困難，并增加結晶表面積，從而能提高脫硅速度和深度。不同形態(tài)的水合鋁硅酸鈉（na2o?al2o3?xsio2?nh2o）及其在鋁酸鈉溶液中的穩(wěn)定性順序依次是:無定型<a型沸石<方鈉石（嵌氯化物）<黝方石（嵌硫酸鹽）<鈣霞石（嵌碳酸鹽）。關于晶種的作用機理，一般認為是基于結晶學上的原理，同時晶種提供活性點，促使過飽和二氧化硅溶液中硅酸根離子析出，從而使溶液中的硅從液相轉移到固相中去除。采用此方法可以實現(xiàn)常壓下的鋁酸鈉溶液中硅的去除，成本較低。

5、專利cn101397604a公開了一種使用高濃度堿液浸取鋁土礦預脫硅后的堿液凈化方法，該方法通過對堿液中加入鈉硅渣或赤泥廢渣晶種，攪拌結晶1～20小時，可以脫去堿液中的大部分二氧化硅，從而使堿液可以循環(huán)使用。其中，晶種與堿溶液的重量配比為1~3:10，脫硅前溶液中的al2o3含量為22.6g/l，sio2含量為21.5g/l，脫硅后可降低至7.5g/l和6.5g/l。該方法用于鋁土礦化學選礦脫硅可以使堿液得以循環(huán)使用，但該方法僅對含高濃度硅、鋁的堿液有一定的脫除效果。

6、在鋁酸鈉溶液中添加石灰（石灰乳）的脫硅過程中，首先會生成水合鋁酸鈣，同時固溶溶液中的硅酸根，生成水化石榴石（3cao?al2o3?xsio2?(6-2x)h2o）。水化石榴石相比于鈉硅渣而言，在鋁酸鈉溶液中的平衡溶解度更低，有著更好的穩(wěn)定性，可以實現(xiàn)鋁酸鈉溶液深度脫硅，在85~95℃深度脫硅條件下鋁酸鈉溶液中sio2濃度可以降低到0.1g/l以下，硅量指數(shù)可以提高到1000以上。水化石榴石的生成，使得溶液中的硅濃度降低，達到了鋁酸鈉溶液深度脫硅的目的。溶液中的sio32-進入水合鋁酸鈣中并替換其中oh-離子的速度取決于水合鋁酸鈣的微觀結構、溶液中的二氧化硅的濃度以及脫硅溫度、石灰添加量等工藝條件。隨著石灰添加量的增加，脫硅精液的硅量指數(shù)可以達到一個很高數(shù)值（甚至10000），sio2濃度甚至可以降低到0.01g/l以下。

7、專利cn1907857a公開了一種拜耳法生產中循環(huán)母液脫硅的方法，該方法通過在循環(huán)母液（苛性比值約為3）中添加石灰乳進行脫硅處理，使溶液中的硅與石灰乳生成鈣硅渣沉淀，然后進行固液分離，分離后的堿液通過蒸發(fā)濃縮可以進入循環(huán)母液系統(tǒng)，適用的溶液sio2濃度為0.8～1.6g/l，而al2o3含量約為90g/l，石灰乳有效鈣的添加量為1～20g/l，脫硅后產物為水化石榴石。該方法對氧化鋁工藝中的堿液脫硅效果較好，但因形成水化石榴石過程中對溫度、時間和溶液中硅鋁濃度均有要求，并不適用于含低濃度硅、鋁的堿液的凈化。

8、專利cn117865195a公開了一種涉及鈣化溶出及堿液苛化循環(huán)的生產氧化鋁的方法，該方法主要包括高壓堿浸、堿浸液碳酸化分解和熟石灰苛化步驟，通過對溶出堿液進行碳酸化分解，得到氫氧化鋁和碳酸化分解液，氫氧化鋁經焙燒得到氧化鋁，碳酸化分解液中加入熟石灰苛化，添加量以熟石灰中氧化鈣與碳酸化分解液相中碳酸根的摩爾比1.1:1計算，苛化后得到可循環(huán)的氫氧化鈉溶液。但該工藝涉及高壓、碳酸化、焙燒等流程，步驟繁瑣、能耗較高。

9、徐穎鵬等人（文獻:硅渣與石灰對含硅堿液的協(xié)同脫硅作用[j].貴州大學學報(自然科學版)，2020，37(03):36-41.）將硅渣在600°c焙燒后，以25g/l添加量對堿液進行脫硅，含硅堿液濃度為106g/l，溶液中初始sio2濃度為8g/l，脫硅率為66.67%。當混合添加25g/l焙燒硅渣和鈣硅比為1的cao后，脫硅率達到93%，并發(fā)現(xiàn)了在脫硅過程中cao與硅渣存在協(xié)同脫硅作用。脫硅后的堿液可進入循環(huán)使用，但該工藝只是凈化含硅堿液中的硅，而且存在石灰添加量大，能耗高以及工藝效益較低等問題。

10、王仲明等人（文獻:從含堿硅酸鈉溶液中水熱合成硅灰石[j].硅酸鹽通報，2017，36(10):3446-3451.）采用水熱合成法，在常壓下從含硅高苛性比堿液中制備硅灰石，當控制含硅堿液中sio2濃度40g/l，al2o3濃度0.98g/l時，在鈣硅比為1.0、溫度98℃、反應時間5h的條件下，沉硅率為95%以上，焙燒產物為硅灰石。但此工藝仍只涉及堿液中硅的脫除，并未考慮到硅鋁的同步脫除，無法用于煤炭脫灰堿液的凈化再生循環(huán)。

11、綜上所述，在已有的堿液凈化工藝中存在著諸多不同的溶液體系。其中氧化鋁生產中的鋁酸鈉溶液凈化遵循只脫硅的原則，只涉及以鈉硅渣脫硅和以鈣硅渣深度脫硅；而高堿濃度的含硅堿液可以通過加石灰進行再生循環(huán)，由于生成硅灰石而凈化含硅堿液中的硅，并且對溶液中的硅鋁濃度均有要求。而對于煤炭工業(yè)堿浸脫灰深度提純生產超純碳材料、粉煤灰堿浸預脫硅以及鋁土礦化學選礦等工藝中所得的堿液均具有高堿、低鋁、低硅的溶液特征，苛性比高，溶液體系不同，組成結構差別大，受鈉硅渣和鈣硅渣在堿液中平衡濃度的影響，則只能脫除溶液中的部分sio2，不能同步凈化脫除溶液中的al2o3，故二次堿液（含硅、鋁）無法再生循環(huán)。因此，如何脫除高濃度堿液中低含量的硅和鋁，以實現(xiàn)堿液的凈化再生，是目前堿液凈化技術領域中迫切需要解決的技術難題。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的第一目的是提供一種高堿、低鋁、低硅溶液中鋁的深度去除工藝；本發(fā)明的第二目的是提供一種高堿、低鋁、低硅溶液中硅的深度去除工藝；本發(fā)明的第三目的是提供一種高堿、低鋁、低硅溶液中鋁和硅的深度去除工藝。

2、本發(fā)明所述的高堿、低鋁、低硅溶液是指al2o3的濃度為3~10g/l、sio2的濃度約為3~10g/l、na2ok的濃度為100~200g/l的溶液。

3、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下具體的技術方案。

4、首先，本發(fā)明提供一種高堿、低鋁、低硅溶液中鋁的深度去除工藝，包括:

5、步驟s1，將鎂的化合物與部分高堿、低鋁、低硅溶液混合調漿，加熱，反應，得到除鋁添加劑；

6、步驟s2，將除鋁添加劑加入到高堿、低鋁、低硅溶液中，加熱，反應。

7、在進一步的優(yōu)選方案中，所述鎂的化合物為氧化鎂、氫氧化鎂中的至少一種。

8、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s1中，所述鎂的化合物與高堿、低鋁、低硅溶液的固液比為1g:1~3ml。

9、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s1中，所述加熱至的溫度為20~100℃；所述反應的時間為0.5~3h。進一步優(yōu)選所述加熱至的溫度為40~80℃；所述反應的時間為1~2h。

10、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s1中，反應結束后，進行固液分離。

11、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s2中，每l高堿、低鋁、低硅溶液中加入所述除鋁添加劑10~20g，優(yōu)選為12~18g。

12、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s2中，所述加熱至的溫度為50~150℃，優(yōu)選為70~110℃；所述反應的時間為2~5h，優(yōu)選為2~4h。

13、在進一步的優(yōu)選方案中，還包括對步驟s2反應后的漿料進行固液分離的步驟。固液分離后，得到除鋁渣和除鋁后的凈化液。除鋁渣經酸洗后可作為除鋁添加劑。

14、其次，本發(fā)明提供一種高堿、低鋁、低硅溶液中硅的深度去除工藝，包括:

15、步驟s1，將鈣的化合物與部分高堿、低鋁、低硅溶液混合調漿，加熱，反應，得到除硅添加劑；

16、步驟s2，將除硅添加劑加入到高堿、低鋁、低硅溶液中，加熱，反應。

17、在進一步的優(yōu)選方案中，所述鈣的化合物為氧化鈣、氫氧化鈣中的至少一種。

18、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s1中，所述鈣的化合物與高堿、低鋁、低硅溶液的固液比為1g:1~3ml。

19、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s1中，所述加熱至的溫度為20~100℃；所述反應的時間為0.5~3h。進一步優(yōu)選所述加熱至的溫度為40~80℃；所述反應的時間為1~2h。

20、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s1中，反應結束后，進行固液分離。

21、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s2中，每l高堿、低鋁、低硅溶液中加入除硅添加劑5~20g。

22、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s2中，所述加熱至的溫度為50~150℃，優(yōu)選為70~110℃；所述反應的時間為2~5h，優(yōu)選為2~4h。

23、在進一步的優(yōu)選方案中，還包括對步驟s2反應后的漿料進行固液分離的步驟。固液分離后，得到除硅渣和除硅后的凈化液。除硅渣經酸洗后可作為除硅添加劑。

24、基于同樣的發(fā)明構思，本發(fā)明提供一種高堿、低鋁、低硅溶液中鋁和硅的深度去除工藝，包括:

25、步驟s1，將鈣的化合物、鎂的化合物與部分高堿、低鋁、低硅溶液混合調漿，加熱，反應，得到除硅鋁添加劑；

26、步驟s2，將除硅鋁添加劑加入到高堿、低鋁、低硅溶液中，加熱，反應。

27、在進一步的優(yōu)選方案中，所述鎂的化合物為氧化鎂、氫氧化鎂中的至少一種；所述鈣的化合物為氧化鈣、氫氧化鈣中的至少一種。

28、在進一步的優(yōu)選方案中，所述鈣的化合物、鎂的化合物的用量質量比為1:1~1:3。

29、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s1中，所述鈣的化合物、鎂的化合物與高堿、低鋁、低硅溶液的固液比為1g:1~3ml。

30、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s1中，所述加熱至的溫度為20~100℃；所述反應的時間為0.5~3h。進一步優(yōu)選所述加熱至的溫度為40~80℃；所述反應的時間為1~2h。

31、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s1中，反應結束后，進行固液分離。

32、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s2中，所述除硅鋁添加劑與每l高堿、低鋁、低硅溶液中加入除硅鋁添加劑10~20g。

33、在進一步的優(yōu)選方案中，步驟s2中，所述加熱至的溫度為50~150℃，優(yōu)選為70~110℃；所述反應的時間為2~5h，優(yōu)選為2~4h。

34、在進一步的優(yōu)選方案中，還包括對步驟s2反應后的漿料進行固液分離的步驟。固液分離后，得到除硅鋁渣和除硅鋁后的凈化液。除硅鋁渣可作為除硅鋁添加劑。

35、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的上述一個或多個技術方案能至少實現(xiàn)以下有益效果之一：

36、本發(fā)明提供的鋁和/或硅的深度凈化工藝適用范圍廣，可用于煤炭堿浸脫灰后的堿液、粉煤灰預脫硅堿液以及低品位鋁土礦化學選礦所得堿液的凈化再生等。

37、本發(fā)明可實現(xiàn)高堿、低鋁、低硅溶液中鋁或硅的深度脫除，或硅、鋁組分的一次性同步脫除，實現(xiàn)堿液的深度凈化，凈化后的堿液可循環(huán)使用。

38、本發(fā)明為煤炭堿浸脫灰制備高純碳、粉煤灰預脫硅堿液以及低品位鋁土礦化學選礦等提供了完整的堿液再生和循環(huán)利用技術路線，同時克服了現(xiàn)有堿液凈化方法的不足，為低鋁、低硅、高苛性比的堿液體系提供了新的凈化方法，實現(xiàn)了綠色、經濟、可持續(xù)的技術路線。