粉煤灰活化法提取高純硅、鋁的工藝研究

1、2 0 1 0NO． 4粉 煤 灰 綜 合 利 用F LY AS H COM PREHENS Ⅳ E UTI L I ZATI oN 粉 煤 灰 活 化 法 提 取 高 純 硅、 鋁的 工 藝 研究木E x p e r i me n t a ls t u d yo ne x t r a c t i o no fa l u mi n u m s i l i c a t ef r o m o a lf lya s hb ya

2、c t iv a t i n gme t h o d袁春華 ( 內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院 ， 包頭 0 1 4 0 1 0 )摘 要 ： 以粉煤灰 為原料 ， 探 討了粉煤 灰中硅鋁 同提 的提取工藝 ， 通過 試驗(yàn)得 出了焙燒活化和 酸浸 的最佳 工藝條件 。試驗(yàn)結(jié)果表明 ， 最佳焙燒時(shí) 間 2 h ， 焙燒溫度為 9 0 0 ~ C， 酸浸時(shí)浸 出溫度為 2 0 0 ~ C， 硫酸濃度 1 6 m o l ／ L ， 液 固比為

3、 0 。 9 ： 1 ， 粉煤 灰硅鋁平均提取率可達(dá)到 8 2 ． 3 8 ％ 以上 ， 表 明該工藝從粉煤灰提取硅鋁具有較好 的效果 ， 為粉煤灰綜合 提取多種元素設(shè) 計(jì) 了一套切實(shí)可行 的工藝路線 。關(guān)鍵詞 ： 粉煤灰 ； 活化法 ； 提取工藝 中圖分類號(hào) ： X 7 7 3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： B文章編號(hào) ： 1 0 0 5 — 8 2 4 9 ( 2 0 1 0 ) 0 5 ． - 0 0 2 6 - 0 3研究發(fā)現(xiàn) ， 粉煤灰 中含

4、有 固定碳 、 活性氧化硅 、 活 性氧化鋁 、 空心玻璃微珠 、 鐵 、 錳 等成 分， 其含量約 為 S i O2 ： 3 8 ％ ～5 4 ％ ； A 1 2 O 3 ： 2 3 ％ ～3 8 ％ ； S i O2+ A 1 2 O 3≥ 7 0 ％。是開發(fā)鋁鹽、 多種硅系等產(chǎn)品的極好原料。試驗(yàn)表明， 粉煤 灰 中的 S i O 2 、 A IO主要 以 s i — A l鍵形式存在 ¨， 要使它們完全被溶 出， 必須打

5、開此鍵 ，使其轉(zhuǎn)變成活性較大 的無定形體 ， 日前主要利用活化 法對(duì)粉煤灰進(jìn)行 了前期活化 ， 使 s i 、 A 1 的溶 出率大大 提高。打開 s i — A l 的基 本方法 包括 用 C a O 、 N a ： C O、N a O H等強(qiáng)堿 ， 同時(shí) 也有人 提 出用 氟化 物助 溶 j ， 用 N a C 1 作助溶劑等。本文擬以 N a 2 C O為助劑對(duì)粉煤灰 焙燒活化條件以及焙燒產(chǎn)物酸浸條件進(jìn)行研究 ， 以期得 到有利

6、于提取粉煤灰中硅、 鋁等資源的有效的新方法。1 試 驗(yàn) 1 ． 1原材料 試驗(yàn)用原材料為包頭一電廠 的粉煤灰 ， 化學(xué)成分 見表 1 ?；瘜W(xué)原料 ： N a 2 C O 。 ， H C 1 、 N a O H、 硫 酸、 E D T A、 醋 酸鋅 、 二甲酚橙、 六次鉀基四胺等 ， 均為分析純?；痦?xiàng) 目： 包頭市科技計(jì)劃支持項(xiàng) 目( 2 0 1 0 Z 1 0 0 2 )作者簡(jiǎn)介： 袁春華( 1 9 7 9 一) 女， 碩士， 講師

7、。 主要從事應(yīng)用化學(xué)教學(xué) 與研 究工作． E—ma i l ： y u a n c h u n h u a @i m u s t ． c a收稿 日 期 ： 2 0 1 0 - 0 3 - 0 5· 2 6 ·表 I粉煤灰的化學(xué)組成 ／ ％ S i O2A1 2 03F e 2 03TiK S5 4． 63 3 ． 70． 70 ． 3 9O。 2 70 ． 9 61 ． 2試 驗(yàn) 工 藝 流 程 加入活化劑

8、9 0 0 ℃煅燒 已 _ 去跌碳 的灰 —_ I 1 1 體 鐵 磁 性 物 羼 ～臻 f 研 磨 、 混 勻／l。灰 硅 硫酸 酸 老￡ 炙 —’ I‘ 取暖 腿茂 溶于酸的其它離 過濾． 加 入 ]ll 過 濾子 形 成 的 氫 氧 化 ． - — T — — — —濾 波回 喪 其 它A l q 溶 液有 用 元 素J加 硫 酸 至過濾 { _ ’ 濾 液 一 濃 縮 一 結(jié) 晶3A 1( 0 H ) 。 沉淀一

9、- +濃縮 結(jié)晶 _ 越2c s o o ) 8圖 i 粉煤灰中硅 、 鋁元素 的提取工藝流程 試驗(yàn)工藝流程見圖 l ， 在粉煤灰 回收鋁元 素中最 大的困難之一是鐵 、 鋁分離問題 ， 試驗(yàn)中采用對(duì)原料灰 進(jìn)行電選 、 磁選等一 系列預(yù)處理過程 ， 解決 了鐵 、 碳對(duì) 2 0 1 0NO． 4粉 煤 灰 綜 合 利 用 FL Y AS H CoM[ P REHENS I VEUTI LI ZATI ON 應(yīng)所需的最低溫度 ，

10、所以反應(yīng)速度很慢 ， 只有加壓反應(yīng) 才能 進(jìn) 行。試 驗(yàn) 結(jié) 果 表 明， 硫 酸 的摩 爾 濃 度 在 1 6t o o l · d m 。 較好 。粉煤灰的浸出率 與產(chǎn) 品收率有直接 的影響， 鋁浸 出率 越 大， 產(chǎn) 品硫 酸 鋁 的收率越 大。由圖5 可知 ： 當(dāng)硫酸摩爾濃 童度為 1 6m o l · d m 。 時(shí) ，鋁的浸出率有最大值。2 ． 2 ． 2酸鋁 比對(duì)鋁 浸出率的影響 控制 酸溶溫 度為

11、 HS 0 4 的 靡 爾 濃 度t o o l ’n r 32 0 0 ~ C、 酸 溶 時(shí) 間 為 圖5 硫 酸 濃 度 與 鋁浸 出 率的 關(guān) 系3 0 m i n 、 硫酸的摩爾濃度為 1 6時(shí)， 實(shí)驗(yàn)硫酸用量對(duì) 酸溶 效果 的影 響。當(dāng) 酸鋁 比為 3 ． 9時(shí) ， 鋁 浸 出率 可 達(dá) 8 8 ． 7 ％ 結(jié)果如圖 6 所示 ：隨著硫酸用量的增大 ，氧化鋁的浸出率增加； 《當(dāng)酸鋁比 > 1 ． 2 時(shí)， 氧嘉化鋁的浸

12、出率反 而下 降。說明硫 酸用量 超 過一定值時(shí)， 與氧化鋁 反應(yīng) 后多余 的硫酸 與 1 ． 52 ． 02 ． S3 , 03 ． s4 ． 04 鼻酸 鍶 比如 鼢／粉煤灰其他元素反應(yīng)，圖 6 酸 鋁比 與 鋁 浸 出 率 的 關(guān) 系生成物降低 了鋁的浸出率。由 試驗(yàn)現(xiàn)象可知 ， 多余 的硫 酸可能與粉煤灰中的 S i O反 應(yīng)， 生成硅酸膠體。在水浸的過程 中， 硅酸膠體吸附溶 液中的鋁離子 ， 從而使鋁的浸出率降低。3 結(jié) 論

13、 ( 1 ) 為解決粉煤灰中的主要元素硅 、 鋁提取時(shí)， 雜 質(zhì)元素分離 困難 以及碳元素對(duì)其元素提取過程 的干 擾 ， 設(shè)計(jì)了特殊工藝路線 ， 首先利用電選和磁選分別有 效分離碳 、 鐵元素 ， 對(duì)粉煤灰進(jìn)行 了預(yù)處理 ；( 2 ) 將預(yù)處理的粉煤灰作為原料 ， 加入一定量 的碳酸鈉作為活化劑來提高提取率， 在粉煤灰煅燒活化 過程 中， 最優(yōu)煅燒條件為 ： 溫度在 9 0 0 ' 1 2 ， 時(shí)間是 2 h ， 灰 堿 比為

14、1 ： 0 ． 8 ， 此種條件下 的其硅鋁元素 的平均提取 率最高可以達(dá)到 8 2 ． 3 8 ％ ；( 3 ) 經(jīng)過大量試驗(yàn) 的探討研究 ， 掌握 了硫酸法浸 取粉煤灰提鋁的控制 因素以及溶 出規(guī)律 ， 通過一系列 研究確定了各影響因素的最佳工藝條件 為： 酸溶硫酸 濃度 1 6t o o l· d m 。 ， 酸溶 酸鋁 比 0 ． 9 ：1 ， 酸溶溫 度 2 0 0 c 【 = 等 。參 考 文 獻(xiàn) [ 1 ] 鐘白

15、茜 ， 張 少 明． 粉煤 灰 的活性 與激 活措 施 ， 粉 煤灰 綜合利 用 ，1 9 9 5． 4： 41～4 3[ 2 ]趙劍宇 ， 田凱． 氟銨 助溶法 從粉煤 灰提 取氧化 鋁新工 藝的研 究 ( J ] ． 無機(jī)鹽工業(yè) ， 2 0 0 3 ， 3 5 ( 4 ) ： 4 o一 4 2 ．[ 3 ]李來時(shí) ， 翟玉春． 硫酸 浸取法提取 粉煤灰 中氧化鋁 [ J ] ． 輕金 屬 ，2 0 0 6( 1 2 ) ： 9～1

16、2 ．( 上接第 2 5頁)的分布特征是十分有效 的， 它可以對(duì)裂縫 的復(fù)雜程度 [ 33鄭 翥 鵬， 鄭 建 嵐 · 平 板 法 試 驗(yàn) 研 究 高 強(qiáng) 與 高 性 能 混 凝土 抗 裂 性能進(jìn)行量化的精細(xì)描述 ， 分形維數(shù)愈高 ， 開裂程度愈大 ，[ J ] ． 廈 f 1 ] 大 學(xué) 學(xué) 報(bào), 2 o o 6 () , 2 1 1 ～4 ·裂縫復(fù)雜程度愈高。4 。，偉 ’ 廉 慧珍· 高性 能混凝

17、士 Ⅲ · 北 京 ‘ 中國(guó)鐵 道 出版社 ，參 考 文 獻(xiàn) [ 5 ]李 悅， 談慕華， 張 雄， 吳科如- 混凝土的白收縮及其研究進(jìn)展[ J ] ． 建筑材料學(xué)報(bào) ， 2 0 0 0 ( 9 ) ： 2 5 2 — 2 5 6 ．[ 1 ] 馮乃謙 ， 顧晴霞 ， 郝挺宇． 混凝土結(jié)構(gòu) 的裂縫與對(duì)策[ M] ． 北京 ： 機(jī) [ 6 ]唐 明 ， 傅柏權(quán) ． 混凝土早期隨機(jī) 塑性 開裂特征及分 形評(píng)價(jià) [ J ]