氧化鋁生產(chǎn)若干問題的研究.pdf

1、本論文的工作包括兩個部分：(1)赤泥(氧化鋁生產(chǎn)的廢料)的綜合利用—降低赤泥鈉含量的研究；(2)高鈣煤(含鈣高的煤)灰渣提取氧化鋁可能性的物理化學(xué)基礎(chǔ)研究。其主要研究內(nèi)容如下： 1.降低赤泥的鈉含量的研究：赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過程中的廢料，我國各鋁廠每年排放赤泥一千多萬噸，迄今已堆積逾億噸，基本無法處理，污染環(huán)境嚴(yán)重。我國某鋁廠曾用其作為制造水泥的原料，但是因赤泥含鈉較高，實踐證明：若用赤泥為原料直接用于制造水泥，制得的水泥造的建筑

2、物會產(chǎn)生裂縫，成為危房。迄今為止赤泥無法大量利用以制造水泥，所以需要探索簡便、廉價的赤泥脫鈉方法。赤泥中的鈉主要包括可溶性的和不可溶性兩部分。前者主要是赤泥附液中的少量碳酸鈉；后者主要是固相中的較大量的(不溶性)硅鋁酸鈉，它是一種沸石型的化合物，具有離子交換性能。我們根據(jù)此情況探索用廉價原料和工藝處理赤泥，使赤泥的Na2O(堿)含量降低到0.8％以下(以烘干固體質(zhì)量百分比為100％計)，以符合水泥生產(chǎn)的要求的新方法。考慮到硅酸鋁鈉的離子

3、交換特性，我們試用含少量氯化鎂的水溶液處理赤泥，鎂離子與赤泥中的鈉離子交換以達到去除鈉的目的。氯化鎂是海水制鹽的廉價副產(chǎn)品—鹵水的主要成分，如果能用鹵水簡易處理赤泥脫堿，或許能得到一種降低赤泥含鈉量的切實可行的工藝(由于水泥對氯化鎂的含量限制較寬，并且近年來高鎂水泥已經(jīng)成為建造水壩、能夠預(yù)防水壩開裂的材料，而且這種高鎂水泥在水壩建造的實踐中得到了大量使用。少量的鎂離子進入赤泥應(yīng)不會防礙水泥生產(chǎn))。為此，我們探索用氯化鎂溶液使赤泥脫鈉的可

4、能性。我們的實驗初步證明：赤泥與含少量氯化鎂的溶液(氯化鎂用量約為干赤泥量的6％左右)相接觸，在不加熱、不攪拌的情況下，就能夠使含Na2O 2.0％燒結(jié)法赤泥的大部分化為可溶性堿，可以用水洗去，使赤泥含Na2O降到0.8％以下，合乎水泥制造的要求。 2.高鈣煤灰渣提取氧化鋁可能性的物理化學(xué)基礎(chǔ)研究：我國不少煤田(包括我國最大的神府煤田)的煤中含有大量氧化鈣，另外我國每年用石灰為黏結(jié)劑制成的高鈣型煤也達數(shù)千萬噸。我們用X射線衍射分

5、析和掃描電鏡考察證明：這些高鈣煤或高鈣型煤的燃燒灰渣和煤氣爐灰渣中都含有部分能用碳酸鈉稀溶液溶出的氧化鋁，形成能提取氧化鋁的鋁酸鈉溶液的鋁酸鈣相。使用神府煤的上海焦化廠的煤氣發(fā)生爐灰渣和使用高鈣型煤的浙江四明化工廠的煤氣發(fā)生爐灰渣中部分氧化鋁都能溶出，可惜溶出率都不高。我們用FACTSAGE(5.4版)相圖計算軟件計算的結(jié)果，以及上述的灰渣的化學(xué)分析，X射線衍射分析和掃描電鏡考察結(jié)果都表明：由于這兩種灰渣的含鈣量略偏低，大部分氧化鋁未能

6、形成能用碳酸鈉稀溶液溶出氧化鋁的鋁酸鈣，而是多半形成不能溶出氧化鋁的黃長石(melilite)。我們的實驗證明：如果將這些灰渣適當(dāng)?shù)匮a加石灰再焙燒，則氧化鋁的溶出率可以提高。這似乎表示：如果在煤氣發(fā)生爐原料配料中適量多加石灰，則其灰渣有可能具有較高的氧化鋁溶出率。為了探索CaO配料合適的高鈣型煤灰渣溶出氧化鋁的可能性，我們?nèi)∥覈拿禾铩轿麝柸禾锏拿簽樵?，?zhǔn)確配料制成以石灰為黏結(jié)劑的型煤，并點火燃燒。其灰渣經(jīng)過X射線衍射分析證明

7、主要成分是β-Ca2SiO4和12CaO·7Al2O3，灰渣用碳酸鈉稀溶液溶出，溶出率可以達到97％。這一結(jié)果初步展示了高鈣煤、高鈣型煤燃燒或煤氣化灰渣提取氧化鋁的可能性。和陽泉煤相比，神府煤含氧化鐵和氧化鎂比較高，因此神府煤的燃燒灰渣形成的物相更為復(fù)雜。關(guān)于氧化鐵和氧化鎂對氧化鋁溶出率的影響，國際文獻說法不一。為了探索神府煤灰渣提取氧化鋁的優(yōu)化配方和工藝條件，我們利用FACTSAGE相圖計算軟件對相關(guān)的多元相圖剖面做了計算，找出了能使

8、氧化鋁全部或者大部分能形成(能被碳酸鈉溶液溶出氧化鋁的)鋁酸鈣相的條件。但是由于鋁酸鈣形成的同時也可能形成游離的MgO和FeO，溶出時是否有副反應(yīng)以及可能的溶出副反應(yīng)對氧化鋁溶出率是否有影響，這尚待進一步研究。 上述兩方面的工作探索了在循環(huán)經(jīng)濟的原則下，解決氧化鋁生產(chǎn)的固體廢料赤泥脫鈉以制造水泥，以及利用高鈣煤或高鈣型煤燃燒灰渣(或煤氣化灰渣)提取氧化鋁的可能性。這兩方面在實驗室研究中都得到了部分滿意的結(jié)果，因此本文提出了利用赤

9、泥和煤灰渣的新思路和新的可能性。但這還需要更多的工作特別是工業(yè)化擴大實驗，才能最后確定本論文提出的新思路在工業(yè)上實施是否可行。雖然我們的實驗已經(jīng)證明少量的氯化鎂溶液常溫浸泡和水洗可以除去赤泥中大部分的鈉，并且能夠使鈉含量達到作為生產(chǎn)水泥的原料的要求，但是必須進一步改用制鹽副產(chǎn)的鹽鹵代替氯化鎂做赤泥脫鈉實驗。雖然我們用陽泉煤制成的型煤燃燒的灰渣用碳酸鈉溶液溶出得到了滿意的氧化鋁溶出率，但是仍需要進行型煤燃燒的工業(yè)規(guī)模實驗才能最后確定這一新