高铝粉煤灰碱溶脱硅过程反应机理

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1、第11卷第3期过程工程学报VbLllNo．32011年6月TheChineseJournalofProcessEngineeringJune2011高铝粉煤灰碱溶脱硅过程反应机理杜淄川1，李会泉2，包炜军2，李少鹏2，蔡卫权1(1．武汉理工大学化学工程学院，湖北武汉430070：2．中国科学院过程工程研究所湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室，北京100190)摘要：采用多种检测技术分析了高铝粉煤灰中主要矿物组成和含量，并结合热力学稳定性分析，考察了反应时间与反应温度对碱溶脱硅反应前后高铝粉煤灰的物相、形貌和表面化学成分的影响，并分析了反应机理．结果表明，高铝粉煤灰中A1203，Si02及G

2、a含量分别高达42．20％，42．28％和0．0062％，且非晶态Si02占总Si02一半以上，采用碱溶脱硅有利于提取非晶态Si02，但反应温度的影响较大，在130℃、反应2h的条件下，Si02溶出率高达42．5％，A1203溶}H率仅为1．83％，高于130℃时，莫来石和刚玉发生反应同时加剧方钠石的形成，导致脱硅效率降低．关键词：高铝粉煤灰；氧化铝；氧化硅；脱硅；碱溶；反应机理中图分类号：TD982文献标识码：A文章编号：1009—606X(2011)03_0442-061前言Si02进行选择性提取，可有效降低高铝粉煤灰提取氧化铝过程硅钙渣的产生量，也可同步实现高铝粉煤灰中硅我国鄂尔多斯

3、盆地蕴藏大量的煤炭资源，是我国未资源的有效提取和利用．关于粉煤灰碱溶脱硅机理研来相当一段时期的能源保障【11．由于其特殊的地质背究，国内外学者‘2,24125】主要通过分析不同反应条件下产景，在晚古生代煤层中赋存大量的一水软铝石和高岭石物的物相变化及溶液Si02浓度推测反应过程，缺少热力等富铝矿物，构成煤一铝共生复合矿产【21．这些煤种在火学理论依据和溶液中A1203的变化规律．基于此，本工力发电厂燃烧后形成的粉煤灰中氧化铝含量高达45％一作从高铝粉煤灰的矿相组成、碱溶脱硅反应热力学稳定50％t31，相当于我国中级品位铝土矿中氧化铝的含量，性、碱溶脱硅工艺条件等方面，结合SEM—EDS分析

4、手由此形成了我国特有的高铝粉煤灰再生含铝矿物资源．段，研究了采用低浓度(15％，劫NaOH溶液脱除高铝粉高铝粉煤灰是一种宝贵的可再生资源，富含铝、硅、煤灰中非晶态SiO：的反应机理，为从高铝粉煤灰中提取镓等有价元素【3一，利用价值极高．目前，其利用主要有A1203，Si02，Ga203等有价资源提供科学依据．两方面：一是大灰量利用，二是高附加值精细利用．前2实验者吃灰量较大，但附加值低，多用作水泥【51、混凝土【6】、结构填充物【7】和废物固化【8】等；后者主要用于回收有用2．1原料与实验设备金属[％101、制备沸石‘¨1、莫来石[121、用作废物吸附剂和实验所用原料为内蒙古地区某电厂大量

5、堆积的高改良土壤fB】等．其中，从高铝粉煤灰中提取铝和硅资源铝粉煤灰，在烘箱中105℃下干燥12h后，经冷却筛分，是近年来高铝粉煤灰综合利用研究的热点之一【14_20】．取小于300目(48pan)的部分用于碱溶脱硅实验，其主要高铝粉煤灰提取氧化铝的方法主要有碱法、酸法和酸碱化学成分和物相组成见表l和图1．从图可看出，在联合法，其中酸法和酸碱联合法均存在设备腐蚀严重、28=-16．50，25．90，26．20，35．20，40．80处XRD衍射峰较强环境污染大及难实现大规模工业应用的缺点【21

6、．碱法烈，为莫来石(A16Si2013)的衍射峰；在20=-25．60，37．80，主要有石灰石

7、烧结法(221和碱石灰烧结法【23】，这两种方法43．40，64．50处衍射峰较强，为刚玉(A1203)的衍射峰：在与目前用铝土矿烧结法生产氧化铝工艺较接近，最有可28=-220处有非晶态的隆起，与鳞石英和方石英主峰的能实现工业化，但迫切需要解决高铝粉煤灰中硅含量较2口角吻合【19】，说明高铝粉煤灰中主要含有晶态的莫来石高而导致物料流量大、产生大量硅钙渣、造成硅资源大和刚玉及非晶态的Si02．量浪费的问题．采用NaOH两段溶出法【21，通过溶解玻璃相、分解高铝粉煤灰是煤炭高温燃烧形成的产物，一般含有羟基方钠石和溶解硅酸三步分离高铝粉煤灰中的玻璃活性较高的非晶态Si02【191．在一定反应条

8、件下采用一相，测定各步溶液中Si02含量计算得玻璃相中Si02含定浓度NaOH溶液将高铝粉煤灰中活性较高的非晶态量．结果表明玻璃相中非晶态Si02占粉煤灰中总Si02收稿日期：201l—03-07。修回日期：2011-04—19基金项目：国家“十一五”科技支撑计划基金资助项目(编号：2009BAB49804)作者简介：杜淄)q(1986-)，男，山东省潍坊市人，硕士研究生，化学工艺专业，主要研究方向为工业固体废弃物资源化