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粉煤灰中提取纳米二氧化硅

一、粉煤灰中提取二氧化硅

1、粉煤灰中提取氧化铝同时联产白炭黑的方法

①浓硫酸浸出法提取粉煤灰中氧化铝

工艺流程：粉煤灰→研磨活化→焙烧→干渣→溶出→硫酸铝溶液→结晶→硫酸铝晶体→重结晶除铁→高纯硫酸铝晶体→焙烧→氧化铝

②以提铝渣为硅源，采用质量百分比浓度为60%氢氧化钠溶液在极低的固液比2.2:1条件下浸出提铝渣制备硅酸钠溶液，硅酸钠溶液碳分制备二氧化硅沉淀。

工艺流程：提铝渣→碱浸→溶出→硅酸钠溶液→碳分→沉淀二氧化硅。其中碳分工艺采用的是二次碳分法，使得二氧化硅纯度较高。

浓碱浸出条件：温度110℃、时间90min、浓度60%、液固比2.2:1

溶出条件：温度80℃、加水量1000ml（100g提铝渣）、时间60min，二氧化硅提取率高达86%

二次碳分条件：温度80℃、硅酸钠浓度70g∕L、模数0.6、气体流速20ml∕min－30ml∕min。第一次碳分在PH值为11时结束，过滤得到杂质含量较少的硅酸钠溶液，对其进行二次碳分，在PH值为9.5时结束，反应率可达到90%以上，制备出的沉淀二氧化硅洗涤干燥后纯度达到99.7%以上，符合化工行业标准。

粉煤灰中直接提取二氧化硅的方法

用苟性碱液在常压（＜125）下浸去粉煤灰45min，粉煤灰中硅的提取率达到72.5%以上，而氧化铝的总溶出率＜1.2%，碳分浸取得到的硅酸钠溶液，可以生产氧化硅含量＞99%优质白炭黑，溶液中的氧化硅转化率＞98%。氧化钠浓度＞40%（mass）铝酸钠的溶解度近乎0

液固比1.1:1碱浸温度：（125±3）℃时间45min

工艺流程：粉煤灰+苟性碱液→溶出硅→稀释过滤→一次碳分→过滤→二次碳分→过滤洗涤→烘干→白炭黑

碳分：将澄清的硅酸钠溶液移入碳分釜中，于75℃左右通气搅拌30min进行一次搅拌，PH值控制在10.8-1.3。一次碳分固液分离出来的溶液再移入釜中进行二次碳分。二次碳分工艺条件：温度（80±5）℃、终点PH值8.8-9.0。一次碳分和二次碳分氧化硅的回收率＞96%。碳分后进行固液分离，洗涤，所得的白炭黑在不锈钢中烘干，烘干温度150-180℃，烘干时间4h，可制备得到氧化硅纯度＞99.5%的白炭黑产品，符合化工标准。

化学方程：

综述：通过两种方法，第一种方法是间接的制备二氧化硅，而且采用浓硫酸浸取粉煤灰，对设备的腐蚀性大，制备工艺也比较复杂，因此我选择第二种方法制备二氧化硅。

纳米二氧化硅的制备方法

纳米材料的制备主要有物理方法和化学方法，物理方法有真空冷凝法、物理粉碎法和机械球磨法等，化学方法有气相沉积法、沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法、水热合成法等

1、化学沉淀法

化学沉淀法是目前生产纳米二氧化硅最主要的方法。这种方法的基本原理是利用金属盐或碱的溶解度,调节溶液酸度、温度、溶剂,使其产生沉淀,然后对沉淀物进行洗涤、干燥、热处理制成超细粉体[2]。

可以采用硅酸钠和氯化铵为原料,以乙醇水溶液为溶剂,采用化学沉淀法制备得到纳米SiO2[3]。将去离子水与无水乙醇以一定浓度混合盛于三口瓶中,加入一定质量的硅酸钠和少量分散剂,置于恒温水浴中,凋节至40±1℃,搅拌状态下加入氯化铵溶液,即出现乳白色沉淀,洗涤,抽滤,100℃烘干,置于马弗炉450℃焙烧1h,得到白色轻质的SiO2粉末。所得SiO2颗粒为无定形结构,近似球形,粒径30～50nm,部分颗粒间通过聚集相互联结,表面有蜂窝状微孔。

以水玻璃(模数为3.3)和盐酸为原料[4],在超级恒温水浴中控制在40～50℃左右进行沉淀反应,控制终点pH值5～6,得到的沉淀物采用离心法洗涤去掉Cl-,然后在110℃下干燥12h,再于500℃进行焙烧即可得到产品。制得SiO2粒径在50～60nm,比表面积大,分散性好。

化学沉淀法具有原料来源广泛、价廉,能耗小,工艺简单,易于工业化等优点,但同时也存在产品粒径大或分布范围较宽的问题。

2、气相法

激光激活化学气相沉积（LICVD）[5]是制备纳米SiO2的有效方法之一。该方法比较容易制备出晶态和非晶态纳米粒子，具有清洁、无壁效应、粒度分布均匀，无黏结、产量高、可连续生产及应用广泛等优点。为了获得高纯超细SiO2粉末，工艺中利用SiCl4气相原料反应物激活后发生反应，基本化学反应方程式为：

SiCl4﹢O2→SiO2﹢Cl2↑

为充分利用SiCl4，O2与SiCl4一般混合比至少为4:1，在温度为1120～1200℃，氧气流量为0.5～1.0L/min，激光功率为300～350W时，15min便可生成SiO2纳米粉末。

气相法原料昂贵,设备要求高,生产流程长,能耗大。

3、溶胶-凝