一种用富硅黏土制备水玻璃联产金属盐结晶的方法
阅读说明：本技术 一种用富硅黏土制备水玻璃联产金属盐结晶的方法 (Method for preparing water glass and co-producing metal salt crystals by using silicon-rich clay ) 是由 潘爱芳 马昱昭 孙悦 马润勇 于 2021-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用富硅黏土制备水玻璃联产金属盐结晶的方法,通过酸碱联合分步溶出,可将富硅黏土中的硅分离提取,并转化为水玻璃产品,同时将铝铁等金属盐结晶。本发明方法具有工艺过程简单、对设备无特殊要求、能耗低、工艺参数可控性好、残渣剩余量小、成本低等优点,为富硅黏土的开发利用开辟了新的途径。(The invention relates to a method for preparing water glass and coproducing metal salt crystals by using silicon-rich clay, which can separate and extract silicon in the silicon-rich clay through acid-base combined step-by-step dissolution, convert the silicon into a water glass product and crystallize metal salts such as aluminum, iron and the like. The method has the advantages of simple process, no special requirement on equipment, low energy consumption, good controllability of process parameters, small residual amount of residues, low cost and the like, and opens up a new way for developing and utilizing the silicon-rich clay.)
技术领域
本发明涉及一种用富硅黏土制备水玻璃联产金属盐结晶的方法，属于冶金、矿产利用技术领域。
背景技术
硅酸钠俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃，是一种矿黏合剂。化学式为R2O·nSiO2，式中R2O为碱金属氧化物，n为二氧化硅和碱金属氧化物摩尔数的比值，称之为水玻璃模数。
水玻璃的用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。在化工系统被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、五水偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状硅酸钠、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料。在经济发达国家，以硅酸钠为原料的深加工系列产品已发展到50余种，有些已经用于高、精、尖科技领域；在轻工业中是洗衣粉、肥皂等洗涤剂中不可缺少的原料，也是水质软化剂、助沉剂；在建筑行业用于制造快干水泥、耐酸水泥防水油、土壤固化剂、耐火材料等；在农业方面可以制造硅素肥料；另外用作石油催化裂化的硅铝催化剂、金属防腐剂、食品防腐剂以及制胶粘剂等。
水玻璃通常采用石英砂加纯碱，在1300～1400℃高温下煅烧生成固体，再在高温高压水中溶解，制得溶液状水玻璃产品。但是原料石英砂的成本高，且1300～1400℃高温需要的能耗大，导致制备水玻璃的成本较高，如何能提供一种不需要高温煅烧，低成本的制备水玻璃的方法是亟需解决的技术问题。本发明是从原料费用较低的富硅黏土中制备水玻璃的新方法，为富硅黏土的利用开辟了一种新途径。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种用富硅黏土制备水玻璃联产金属盐结晶的方法，分离提取富硅黏土中的硅，并转化为水玻璃产品，从而实现从富硅黏土中提取硅的利用。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种用富硅黏土制备水玻璃联产金属盐结晶的方法，其包括以下步骤：
S1、将富硅黏土破碎粉磨至100～400目，得到富硅黏土粉末状样品；
S2、将步骤S1所得的富硅黏土粉末状样品与硫酸溶液混合，进行搅拌反应后，过滤分离，得到酸浸液和酸浸渣；
S3、将S2所得酸浸渣加入氢氧化钠溶液进行搅拌混合，搅拌后，过滤得到水玻璃；
S4、将步骤S2获得的酸浸液浓缩后得到铝铁金属盐结晶。
如上所述方法，优选地，在步骤S2中，硫酸的浓度为4～12mol/L；所述硫酸溶液与富硅黏土粉末的液固比按质量比优选为5～10：1进行。
如上所述方法，优选地，在步骤S2中，搅拌反应的温度为80～200℃，搅拌反应的时间为0.5～6h。
进一步优选地，所述搅拌反应的温度为80～180℃。
如上所述方法，优选地，在步骤S3中，氢氧化钠溶液的质量浓度优选为10％～40％。
如上所述方法，优选地，在步骤S3中，酸浸渣与氢氧化钠溶液的固液质量比为1:3.5～20。
进一步，优选地，所述酸浸渣与氢氧化钠溶液的固液质量比为1:3.5～14。
如上所述方法，优选地，在步骤S3中，搅拌的温度为60～100℃条件下，搅拌时间为0.5～3h。
如上所述方法，优选地，还包括如下步骤：
S5、铝铁金属盐结晶在进行煅烧，将煅烧后的粉末加水，搅拌后过滤分离，得到氧化铁和硫酸铝溶液；
S6、在硫酸铝溶液缓慢加入碱，调节pH值，获得的氢氧化铝胶体絮凝体。
如上所述方法，优选地，在步骤S5中，所述煅烧的温度为490～520℃，煅烧时间为15～30min。
如上所述方法，优选地，在步骤S6中，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水，当pH值为5.5～7时，停止加入碱。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种用富硅黏土制备水玻璃联产金属盐结晶的方法，通过酸碱联合分步溶出，可将富硅黏土中的硅分离提取，并转化为水玻璃产品，同时将铝铁转化为铝铁的金属盐结晶，进一步根据需要可将铝铁的金属盐结晶进行煅烧、加水溶解，过滤获得氧化铁，将滤液进行调节pH值获得絮凝体，氧化铁、絮凝体的用途有多种，从而有效提高经济效益。
本发明提供的一种用富硅黏土制备水玻璃联产金属盐结晶的方法，具有工艺过程简单、对设备无特殊要求、能耗低、工艺参数可控性好、残渣剩余量小、成本低等优点，也为富硅黏土中提取硅、副产品提高经济效益开辟了新的途径。
具体实施方式
本发明提供一种用富硅黏土制备水玻璃联产金属盐结晶的方法，包括以下步骤：
S1、将富硅黏土破碎粉磨至100～400目，得到富硅黏土粉末状样品。
S2、将S1所得富硅黏土粉末状样品按一定的液固比置于浓度为4～12mol/L的硫酸溶液中，在一定温度条件下搅拌0.5～6h，过滤分离，得到酸浸液和酸浸渣。
经大量实验研究发现，在该步骤中，硫酸溶液将富硅黏土粉末状中的氧化铝或氧化铁进行酸溶解获得硫酸铝或硫酸铁溶于溶液中，而二氧化硅不溶于酸留在酸浸渣中。优选地，硫酸的浓度为4～12mol/L，浓度过高容易造成浪费，浓度过低，如硫酸的浓度低于4mol/L时，不能将富硅黏土粉末中的铝和铁进行有效的溶出。硫酸溶液与富硅黏土粉末状样品的液固比按质量比优选为5～10：1进行。搅拌溶出的温度优选为80～200℃，温度越高，越有利于金属离子的溶出，但是当温度高于200℃后溶出效率不明显，最优选为80～180℃。搅拌时间优选为0.5～6h。搅拌时间过短，不利于金属离子的溶出，时间过长，如超过6h，将不再有离子溶出，所以优选为0.5～6h。
S3、将S2所得酸浸渣与一定浓度的氢氧化钠溶液按一定液固比混合，在温度为60～100℃条件下，搅拌0.5～3h，过滤得到水玻璃(硅酸钠溶液)。
在此步骤中，酸浸渣中的二氧化硅与氢氧化钠反应生成了硅酸钠。其中，酸浸渣与氢氧化钠溶液的固液质量比为1:3.5～20，氢氧化钠溶液的质量浓度优选为10％～40％。进一步优选地，酸浸渣与氢氧化钠溶液的固液质量比1:3.5～14。过滤将不溶于水的杂质过滤出来。
S4、将步骤S2获得的酸浸液浓缩后得到铝铁金属盐结晶。
为了进一步将铝铁金属盐结晶中的铝与铁分离开了，根据需要可进行如下步骤：
S5、铝铁金属盐结晶在进行煅烧，将煅烧后的粉末加水，搅拌后过滤分离，得到氧化铁和硫酸铝溶液。
研究发现，煅烧的温度优选为490～520℃时，煅烧时间为15～30min，能将硫酸铁热解为氧化铁，而此时硫酸铝在此温度时不发生分解，将煅烧后的粉末搅拌后，氧化铁不溶于水，过滤后，沉淀为氧化铁，滤液中含有硫酸铝，将铝与铁有效分开。获得的氧化铁可用于分析试剂、糖定量测定、铁催化剂、媒染剂、净水剂制颜料等。
S6、在硫酸铝溶液缓慢加入碱，进行调整pH值，获得的氢氧化铝胶体絮凝体。优选地，将pH值调整为5.5～7时(优选为6.0～6.5)，停止加入碱，获得氢氧化铝胶体絮凝体，该絮凝体可作为絮凝剂使用。
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例所用的富硅黏土中SiO2含量为42.85％，Fe2O3含量为5.38％，Al2O3含量为36.03％。
用富硅黏土制备水玻璃联产金属盐结晶的方法，具体步骤如下：
S1、将富硅黏土破碎粉磨至100目，得到富硅黏土粉末状样品；
S2、按照液固比为10，将步骤1所得富锂黏土矿粉末状样品置于浓度为4mol/L的硫酸溶液中，在温度为80℃条件下，搅拌溶出6h，过滤分离，得到酸浸液和酸浸渣；
S3、将S2所得酸浸渣与质量浓度10％的氢氧化钠溶液按照1:14的质量比混合后，在60℃的温度条件下搅拌3h，过滤得到水玻璃(硅酸钠溶液)，经测量计算，酸浸渣中二氧化硅利用率为98.04％。
S4、将步骤S2中获得的酸浸液浓缩后得到铝铁金属盐结晶，回收率平均为94.34％。
S5、将步骤S4获得的铝铁金属盐结晶在温度为500℃煅烧时间为20min，将煅烧后的粉末加水进行溶解，当粉末不再溶解时可停止加水，之后过滤，获得沉淀和滤液，将沉淀进行再次洗涤，过滤干燥后，测定后为氧化铁。
S6、将步骤S4获得的滤液缓慢加入氢氧化钠，不断搅拌，同时测量pH值，当pH值为6.5时，停止加氢氧化钠，经测定获得氢氧化铝胶体絮凝体。
实施例2
本实施例的富硅黏土中SiO2含量为42.85％，Fe2O3含量为5.38％，Al2O3含量为36.03％。具体步骤如下：
用富硅黏土制备水玻璃联产金属盐结晶的方法，具体步骤如下：
S1、将富硅黏土破碎粉磨至400目，得到富硅黏土粉末状样品；
S2、按照液固比为5，将步骤1所得富锂黏土矿粉末状样品置于浓度为10mol/L的硫酸溶液中，在温度为180℃条件下，搅拌溶出0.5h，过滤分离，得到酸浸液和酸浸渣；
S3、将S2所得酸浸渣与质量浓度40％的氢氧化钠溶液按照1:3.5的质量比混合后，在100℃的温度条件下搅拌0.5h，过滤得到水玻璃(硅酸钠溶液)，酸浸渣中二氧化硅利用率为96.69％。
S4、将S2所得酸浸液浓缩后得到铝铁等金属盐结晶，回收率平均为92.65％。
S5、将步骤S4获得的铝铁金属盐结晶在温度为510℃煅烧时间为15min，将煅烧后的粉末加水进行溶解，当粉末不再溶解时可停止加水，之后过滤，获得沉淀和滤液，将沉淀进行再次洗涤，过滤干燥后，测定后为氧化铁。
S6、将步骤S4获得的滤液缓慢加入氢氧化钾，不断搅拌，同时测量pH值，当pH值为6.0时，停止加氢氧化钾，经测定获得氢氧化铝胶体絮凝体。
与石英砂制备水玻璃相比，本发明的方法具有原料来源广(富硅黏土广泛分布)、低成本、综合利用率高(本发明不仅能充分回收富硅黏土中的硅组分，还可以回收铝铁等组分)、工艺过程简单(而石英砂制备水玻璃需要预先筛选)的优势。
与硅微粉制备水玻璃相比，本技术具有成本低(富硅黏土价格低廉，硅微粉价格较高)、能耗低(硅微粉制备水玻璃需要较高的压力和温度)、经济效益高(本发明所得产品多，且均为高附加值产品)的优势。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。