[发明专利]一种利用催化气化灰渣制备水玻璃的方法

说明书

本发明涉及一种利用催化气化灰渣制备水玻璃的方法，该方法以催化气化灰渣为原料，经酸溶解，除去其中大部分Al₂O₃、Fe₂O₃杂质，并对粘稠状SiO₂产物进行固液分离，再经洗涤、干燥后得到纯净的SiO₂，最后将其与NaOH在常压低温条件下反应制备水玻璃溶液。本发明通过利用催化气化灰制备水玻璃，缓解了气化灰长期堆积带来的环境问题，同时，利用催化气化灰反应活性较高的特点，省略了焙烧活化和加压提取等能耗较大的步骤，在较温和条件下完成了水玻璃的制备，降低了水玻璃的制备成本，提高了经济效益。

技术领域

本发明属于煤炭利用过程中固体废弃物资源化利用领域，涉及的是一种利用催化气化灰渣制备水玻璃的方法。

背景技术

随着煤化工行业的蓬勃发展，煤气化作为煤化工的龙头技术，受到了广泛关注。气化灰渣作为煤炭气化的固体废弃物，其产量逐年增加。气化灰渣是煤炭在高温弱还原气氛下充分反应后剩下的固态物质，占气化原料煤炭的20%左右，其主要成分是SiO₂、Al₂O₃。此外，还含有部分Fe₂O₃、TiO₂、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、SO₃、P₂O₅等。

长期以来，露天堆放是处理气化灰渣的主要方式。该法占用大量耕地，而且灰渣中含有重金属及酸性物质，经长期日晒、风吹、雨淋，易形成酸性水溢出和重金属离子渗透，造成了土壤、水体的严重污染。

目前，灰渣的综合利用主要集中在建筑材料、路基材料等方面，但这些仍属于粗放型的利用方式且同样存在重金属渗透，从而对土壤、水体造成二次污染的风险。

水玻璃俗称泡花碱，其分子式为Na₂O·mSiO₂，其中，m为水玻璃的模数，是一种可溶性的硅酸盐，由不同比例的氧化硅和碱金属组成。工业中为了制备模数较高的水玻璃多采用石英粉与纯碱在1300-1400℃的高温下煅烧，再在高温高压水中溶解制取水玻璃。水玻璃模数值越大，粘度越高，在水中的溶解能力越低。当模数大于3.0时，只能溶于热水中，给使用带来麻烦；模数为2.6-2.8的水玻璃溶于水又有较高的强度，在建筑中用于制造快干水泥、速凝防水剂、耐酸混凝土、耐热胶凝等；而模数2.0左右的水玻璃在反应过程中易于控制，在化学生产中用于制造白炭黑、沸石分子筛、洗衣粉、肥皂、助染剂、漂白剂等。

催化气化灰渣作为气化灰渣的一种。由于煤中加入了催化剂，催化气化过程中，催化剂会与煤中含硅矿物质反应而活化，导致催化气化灰渣中含有大量高活性、易于回收的SiO₂，将其高效提取并在温和条件下制备工业原料水玻璃，既能缓解环境问题，充分利用资源，又能降低水玻璃的制备成本，提高经济效益。因此，以催化气化灰渣为原料制备水玻璃具有重要的现实意义。经检索未发现使用催化气化灰渣为原料制备工业原料水玻璃的现有技术。

发明内容

本发明提供一种利用催化气化灰渣为原料，常压低温条件下制备水玻璃的方法。

本发明的技术方案包括酸与催化气化灰在低温下反应，使煤中大部分矿物质Al₂O₃、Fe₂O₃等溶出，再利用苛性碱在常压低温条件下与酸浸渣中SiO₂反应，从而制备水玻璃。由于催化气化灰相对于煤矸石或者燃烧灰，具有更高反应活性的特点，可以省去焙烧活化和加压提取等能耗较大的步骤，大大降低了水玻璃的制备成本，为水玻璃的生产提供了新的方法。

本发明采用的技术方案为：

(1)将煤的催化气化灰渣加入浓度为0.2-8 mol/L的酸中搅拌，在30-90℃溶解0.2-4h，使其充分反应；