煤矸石提鋁渣制備白炭黑工藝優(yōu)化及工程化設計.pdf

1、煤矸石是我國產(chǎn)量最大的工業(yè)固體廢棄物之一，大量的煤矸石露天堆存，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞。目前煤矸石的主要利用方式以煤矸石發(fā)電、回填、生產(chǎn)建工、建材為主，煤矸石的利用方式粗放、利用率較低。煤矸石中含有大量Al2O3、SiO2，從煤矸石中提取氧化鋁是其高值化利用的重要途徑之一，但是到目前煤矸石提鋁技術大都存在過程物耗能耗高、廢液廢渣排放量大、二次污染嚴重以及產(chǎn)品附加值低等問題，難以實現(xiàn)工業(yè)化?？紤]到煤矸石提鋁渣中的主要成分為SiO2(6

2、0～90wt.％)，因此，以煤矸石提鋁廢渣為原料制備硅系高附加值產(chǎn)品成為降低煤矸石提鋁工藝的廢物排放、減少二次污染、實現(xiàn)煤矸石高值化綜合利用的重要研究方向之一。
　　課題組前期研究了煤矸石提鋁廢渣與碳酸鈉低溫共熔結(jié)合高壓水溶技術制備高純度硅酸鈉的新方法，在實驗室制備出了高純度、高溶解度的硅酸鈉產(chǎn)品，探討了廢渣中氧化硅與碳酸鈉低溫共熔機制以及氧化鋁對共熔溫度、產(chǎn)品純度和溶解度的影響。在此基礎上，本文分析了新工藝工程化可能遇到問題，如

3、固態(tài)熔融反應過程中硅酸鈉出料難、白炭黑質(zhì)量不穩(wěn)定等。對以煤矸石提鋁渣制備白炭黑的工藝進行了優(yōu)化研究，并進行了年產(chǎn)3000噸白炭黑項目的設計。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下：
　　(1)針對工程化可能遇到的問題，提出了解決方案，優(yōu)化了工藝條件：①硅酸鈉在790～850℃下粘度大，靜態(tài)固相反應過程中，易附著于反應器內(nèi)壁，難以出料，采取回轉(zhuǎn)窯動態(tài)固相反應，解決了硅酸鈉的出料問題，且連續(xù)生產(chǎn)相較于間歇式生產(chǎn)存在操作方便、能耗低等優(yōu)點；②煤矸石提鋁

4、渣中雜質(zhì)Al2O3的含量，對SiO2的溶出率及水玻璃質(zhì)量存在著一定影響，且不同產(chǎn)地、批次的煤矸石組成以及鋁的提取率差異顯著，為了得到質(zhì)量穩(wěn)定的白炭黑，采取添加石英砂控制提鋁渣中Al2O3含量的方法來保證整個工藝路線的穩(wěn)定，石英砂的添加量按Al2O3總含量占混合物料總質(zhì)量的5%計算；③采取噴霧離心干燥的方式提高白炭黑產(chǎn)品質(zhì)量，進料固含量20%，噴霧干燥進口溫度300℃、出口溫度110℃。
　　(2)進行了年產(chǎn)3000噸白炭黑項目的設