下载文档原格式
2012年1月内蒙古科技与经济Januar y2012 第1期总第251期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy&Economy N o.1T o tal N o.251我国高铝粉煤灰提取氧化铝的产业化进展X高岗强,李守诚(内蒙古机电职业技术学院,内蒙古呼和浩特 010070) 摘 要:对我国高铝粉煤灰提取氧化铝的产业化进展进行简单分析,为尽快实现工业化生产提供思路。
关键词:高铝粉煤灰;氧化铝;产业化 中图分类号:T F821 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)01—0019—02 粉煤灰是燃煤锅炉随烟气排出的固体废弃物,它是煤在高温燃烧时其中杂质熔融,经过骤冷而形成的玻璃态固体微粒。
我国的能源结构主要是以煤炭为主,每年产生大量的粉煤灰,存放这些数量巨大的粉煤灰,不仅会占用大片农田耕地,产生的扬尘污染大气,而且在堆放地也会由于淋滤作用浸污地下水系,其灰浆排放到江河湖泊,污染阻塞河道,直接影响到水生物的生长,破坏生态平衡,如何合理利用粉煤灰已成为一个亟待解决的环境问题。
目前,我国对粉煤灰的利用主要有两种方式:¹利用粉煤灰的某些物理化学特性,直接用于建筑工程、基础工程和农业等领域[1],将其作为生产建筑材料的原料,例如建筑填筑材料,水泥原料、新型建筑材料,粉煤灰复合肥及土壤改良等,这些用途的吃灰量较大,但没有充分发挥粉煤灰作为二次资源的自身价值;º将粉煤灰作为一种宝贵的再生资源,针对粉煤灰的具体特点,将粉煤灰按照一定的工艺进行处理,然后从粉煤灰中提取高附加值的产品[3,4,5]。
例如,提取粉煤灰中的空心微珠、碳粒、金属及化合物等有用物质;用于废水、废气和大气治理;制备耐火材料等。
这些用途能发挥粉煤灰作为二次资源的自身价值,技术含量较高,但吃灰量较小,难以应付堆积如山,年排放量继续增长的粉煤灰。
粉煤灰的主要化学成分为Al2O3、SiO2、F e2O3以及CaO、T iO2、Mg O,Na2O,SO3,M nO2等其他多种微量元素。
２７［收稿日期］２００５－０４－０１［修回日期］２００５－０５－２３［作者简介］张晓云，女，２５岁，硕士研究生，材料学专业。
［试验研究］利用高铝粉煤灰制备氧化铝的实验研究张晓云，马鸿文，王军玲（中国地质大学矿物材料国家专业实验室，北京 １０００８３）［摘 要］ 以高铝粉煤灰为原料，以Ｎａ２ＣＯ３为配料，通过对粉煤灰焙烧，熟料中硅、铝分离，二氧化碳酸化偏铝酸钠溶液等操作制备氢氧化铝。
再经煅烧，制备得到氧化铝。
实验结果表明，以Ｎａ２ＣＯ３为配料经中温焙烧，可以将粉煤灰中的莫来石、玻璃相等分解，并转化为霞石（ＮａＡｌＳｉＯ４），粉煤灰的分解率达到９８．９６％；用６．７３ｍｏｌ／Ｌ的ＨＣｌ溶液浸取焙烧后的熟料，可以使熟料中氧化铝最大程度地分离，且分离率达９６．７３％；分离后得到的氯化铝溶液进行碱中和，向得到的偏铝酸钠溶液通入二氧化碳，得到Ａｌ（ＯＨ）３沉淀；氢氧化铝经过煅烧，即可得到氧化铝产品。
［关键词］ 粉煤灰；中温焙烧；氢氧化铝；氧化铝Abstract: The aluminum oxide was prepared from high-alumina fly ash, with Na 2CO 3 as an auxiliary agent, and the decompose degree of the fly ash was up to 98.96%, lixiviating aluminum oxide from silicon dioxide in hydrochloric acid solution, and the separation degree of the aluminum oxide was 96.73%, neutralizing aluminate sodium by CO 2 to prepare aluminum hydroxide. The experimental results indicated that the fly ash was decomposed by Na 2CO 3, silicon dioxide and aluminum oxide can be separated by hydrochloric acid,and sintering aluminum hydroxide to prepare γ-Al 2O 3.Key words: fly ash; sinter; aluminum hydroxide; aluminum oxide［中图分类号］ ＴＱ５３６．４；ＴＱ１３３．１ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］ １００７－９３８６（２００５）０４－００２７－０４ 粉煤灰是从烧煤锅炉烟气中收集的粉状灰粒，国外文献中称为“飞灰”（ｆｌｙ ａｓｈ）或者“磨细燃料灰”，是富含玻璃体的球状物料。
高铝粉煤灰提取氧化铝实施方案一、实施背景中国是一个煤炭消费大国，每年粉煤灰的产生量巨大。
粉煤灰是一种含铝量较高的废弃物，主要成分是氧化铝，具有潜在的经济价值。
为了充分利用这一资源，从产业结构改革的角度出发，本实施方案旨在提取高铝粉煤灰中的氧化铝，使其转化为具有高附加值的产品。
二、工作原理提取高铝粉煤灰中的氧化铝主要通过酸浸和碱浸两种方法。
本实施方案采用碱浸法，其工作原理如下：在一定温度和碱浓度下，利用碱溶液溶解粉煤灰中的氧化铝，使其从固相转变为液相。
经过滤、分离、洗涤等步骤，得到纯度较高的氢氧化铝。
再通过焙烧等处理，最终得到氧化铝产品。
三、实施计划步骤1. 原料准备：将粉煤灰进行破碎、筛分，得到粒度合适的原料。
2. 碱浸：将破碎筛分后的粉煤灰加入到碱溶液中，在一定温度和时间条件下进行碱浸处理。
3. 分离：将碱浸后的浆液进行固液分离，得到含氢氧化铝的溶液。
4. 洗涤：对分离后的氢氧化铝进行洗涤，去除杂质。
5. 焙烧：在一定温度下对洗涤后的氢氧化铝进行焙烧，得到氧化铝产品。
6. 产品的后续处理：对得到的氧化铝产品进行筛分、磨碎等处理，使其达到所需的粒度和纯度。
四、适用范围本实施方案适用于处理高铝含量的粉煤灰提取氧化铝。
对于不同来源和性质的粉煤灰，可能需要根据实际情况对工艺参数进行调整。
五、创新要点1. 采用碱浸法提取氧化铝，与传统的酸浸法相比，碱浸法具有对环境影响小、设备腐蚀小等优点。
2. 本实施方案结合了粉煤灰的预处理、碱浸、分离、洗涤、焙烧等多个环节，实现了高铝粉煤灰中氧化铝的高效提取和转化。
3. 通过合理的工艺设计和参数控制，提高了氧化铝产品的纯度和回收率，进而提高了产品的附加值和市场竞争力。
六、预期效果1. 提高资源利用率：通过提取高铝粉煤灰中的氧化铝，将废弃物转化为具有经济价值的资源，提高了资源利用率。
2. 减少废弃物排放：本实施方案减少了粉煤灰的排放，减轻了环境压力。
3. 创造经济效益：通过提取氧化铝，获得具有高附加值的产品，为企业带来可观的经济效益。
粉煤灰提取氧化铝现状及工艺研究进展作者：于晓东来源：《中国化工贸易·下旬刊》2020年第06期摘要：粉煤灰作为一种工业废渣，会对环境和人类生存造成严重的危害。
目前，利用高铝粉煤灰提取氧化铝是粉煤灰综合利用研究的一大热点。
本文从高铝粉煤灰的排放及利用出发，通过研究高铝粉煤灰的特点，综述了从高铝粉煤灰中提取氧化铝的技术，并分析各个技术的优缺点，最后展望从高铝粉煤灰提取氧化铝技术。
关键词：粉煤灰;氧化铝;技术粉煤灰是燃煤锅炉随烟气排出的固体废弃物，它是煤在高温燃烧时其中杂质熔融，是制备氧化铝和氢氧化铝的很好资源。
高铝粉煤灰比普通的粉煤灰中Al2O3含量近高一倍，接近于传统铝土矿（一般在55%～65%）的含量，是一种十分重要的非传统铝资源。
目前，粉煤灰主要利用于建筑生产水泥、砌砖、制作微晶玻璃、农业改良土壤、生产肥料、环保废水处理、烟气脱硫等方面。
除了以上这些粉煤灰利用的传统领域之外，我国大力积极引导企业开展高铝粉煤灰的综合利用。
科研工作者根据高铝粉煤灰的特点，提高对其资源化利用，开始着眼于粉煤灰内铝硅等主量元素和稼、锗、镍、钒等微量元素的提取，实现高铝粉煤灰的资源综合利用。
1 粉煤灰的危害从煤燃烧后的烟气中搜捕下来的细灰称为粉煤灰，是燃煤发电厂排出的主要固体废弃物。
粉煤灰是中国当前排放量较大的工业废渣之一，并且随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。
大量粉煤灰不加处理，会产生扬尘，污染大气;若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害;若建灰场堆存处理，会占用大量土地，一次性投资较高，且遇水容易使粉煤灰中的重金属元素渗透到土壤里，污染环境。
2 粉煤灰提取氧化鋁的工艺技术目前，从粉煤灰中提取氧化铝的技术主要有：碱法、酸法、酸碱联合法。
2.1 碱法碱法是目前粉煤灰提取氧化铝工艺使用最广泛的技术，具有代表性的是石灰石烧结自粉化法和碱石灰烧结法。
2.1.1 石灰石烧结自粉化法石灰石烧结自粉化法是从粉煤灰中提取氧化铝较为成熟的工艺，工艺过程主要包括：烧结、熟料自粉化、溶出、脱硅、炭化、煅烧几个工序。
高铝粉煤灰提取氧化铝的研究进展报告随着人类经济社会的快速发展与工业化进程的深入推进，人们对能源、资源的需求越来越大，矿物资源日益紧缺。
而高铝粉煤灰作为一个重要的矿产资源，在其中潜藏的氧化铝也日益受到关注与研究。
本文旨在就高铝粉煤灰提取氧化铝的研究进展进行介绍和总结。
一、高铝粉煤灰的特点高铝粉煤灰含有大量氧化铝、氧化硅、氧化钙、氧化镁等物质，其中，氧化铝质量分数一般在25%~40%之间，因此成为提取氧化铝的良好原料。
同时，高铝粉煤灰还拥有颗粒细小、硬度高、热稳定性好等特点，因此在提取氧化铝方面具有不可替代的优势。
二、高铝粉煤灰提取氧化铝技术研究进展1.熔融盐法提取氧化铝熔融盐法是指将高铝粉煤灰与碳混合物，用Na3AlF6-NaCl-AlCl3为熔融剂，在高温高压条件下进行冶炼，通过不同温度下熔融体系的物质成分变化，可实现氧化铝的分离提取。
该方法具有操作简便、提取率高等显著优点，成为目前高铝粉煤灰提取高纯氧化铝的主要技术之一。
但该方法也存在着高能耗、环境污染等问题，需要进行深入研究和改进。
2.碳酸法提取氧化铝把高铝粉煤灰与氢氧化钠反应，生成沉淀物，经过过滤、烘干、煅烧等多个步骤，即可得到高纯度的氧化铝。
该方法操作简便，工艺流程清晰，不涉及高温、高压等条件，因而成为了一种比较理想的高铝粉煤灰提取氧化铝的应用技术。
3. 高强度磁选法提取氧化铝高强度磁选法通过胶体颗粒制作、磁性材料掺杂、高强度磁场作用等综合手段，实现对高铝粉煤灰中的氧化铝颗粒的有效分离和提取，将氧化铝纳米颗粒用磁性载体分离从高铝粉煤灰中提取出来。
该方法具有分离效率高、处理量大、环保等优点。
三、未来展望高铝粉煤灰提取氧化铝技术的研究已经取得了一定的进展，但仍存在诸多难题。
例如，熔融盐法存在的环境污染问题需要寻找更加安全、环保的熔融剂代替；碳酸法相对简单，但需要对氢氧化钠反应的机理、反应条件的优化等方面进行深入研究。
此外，高强度磁选法虽然分离效果好，但技术成熟度较低，需要进一步完善和推广。
浅析粉煤灰中提取氧化铝的工艺流程粉煤灰中提取氧化铝是一种很有潜力的资源利用技术，可以将废弃的粉煤灰转化为有价值的氧化铝产品。
在浅析粉煤灰中提取氧化铝的工艺流程中，主要涉及到以下几个关键步骤：1. 原料准备粉煤灰是一种煤燃烧后产生的固体废弃物，需要经过预处理才能用于提取氧化铝。
首先将粉煤灰进行干燥处理，以去除其中的水分。
然后使用磁选技术将其中的铁矿物质去除，以提高后续氧化铝的纯度。
2. 碱法浸出粉煤灰中的氧化铝主要以氢氧化铝的形式存在。
碱法浸出是将粉煤灰与碱性溶液反应，使氢氧化铝溶解于溶液中，其他杂质则沉淀下来。
一般使用氢氧化钠或氨水作为溶液，反应后得到含氧化铝的溶液。
3. 铝盐析出将碱法浸出得到的含氧化铝溶液进行酸碱中和反应，使得氢氧化铝析出为氧化铝沉淀。
常用的酸碱中和剂有硫酸和硫酸铵等。
在反应过程中，需要注意溶液的酸碱度、温度和搅拌速度等条件，以确保氧化铝的析出效果。
4. 氧化铝的焙烧提取得到的氧化铝沉淀需要进行焙烧处理，以去除其中的水分和有机物质。
焙烧条件通常为高温、长时间、氧气氛围下进行。
焙烧过程中，需要控制温度和时间，以避免氧化铝颗粒的烧结和过度燃烧。
5. 粉碎和选粒焙烧后的氧化铝沉淀需要进行粉碎和选粒处理，以获得所需的氧化铝粉末。
可以使用机械研磨或者湿法研磨等方法进行粉碎，然后使用筛网或离心分离等方法进行粒度分选，获得所需的颗粒大小。
以上就是粉煤灰中提取氧化铝的工艺流程的主要步骤。
在实际操作中，还需要结合具体的粉煤灰性质和目标产品要求，进行工艺参数的调整和优化，以提高氧化铝的提取率和品质。
此外，还需要考虑废弃物的处理和环境保护等问题，以实现资源化利用和可持续发展。
粉煤灰回收氧化铝工艺研究现状及进展摘要：近年来，粉煤灰产量急剧增加，不仅占用大量土地资源，对生态环境也产生一定破坏。
粉煤灰中含有较为丰富的铝，在铝土矿日益减少的今天，粉煤灰无疑是一种铝土矿的潜在替代品。
从粉煤灰中提取氧化铝不仅可以实现粉煤灰的高附加值利用，还能实现铝行业的可持续发展。
综合利用高铝粉煤灰中的高价值元素，特别是成分占比较高的铝元素，不仅可以降低我国对国外优质铝土矿的依赖度，而且可以缓解我国燃煤电厂的固废处理压力。
阐述了粉煤灰的一些基本性质以及从粉煤灰中提取氧化铝的技术进展，对粉煤灰提取氧化铝的碱法工艺、酸法工艺、酸碱联合及碳热还原法、生物浸出法、气相提取法等工艺进行了介绍，并指出了不同工艺的优缺点，最后提出了未来从粉煤灰中提取氧化铝技术的发展方向。
关键词：粉煤灰；氧化铝引言粉煤灰主要是发电厂煤炭燃烧产生的残余颗粒物。
据统计，２０１７年我国粉煤灰排放量约为６．８６亿ｔ，２０１９年为７．４８亿ｔ。
尽管我国的能源结构在发生变化，但煤炭消费仍然是最大的，在未来几年内，排放的粉煤灰量将会持续增加。
粉煤灰的处置已正成为一个备受关注的问题，因为不当的处理会给环境带来负面影响。
目前，粉煤灰主要被应用在制备陶瓷、水泥、吸附剂等领域，其价值尚未得到全部开发。
山西和内蒙古地区排放的高铝粉煤灰中的氧化铝含量高达４０％～５０％，与传统铝土矿中的铝含量接近，且产量大，年产量约为５０００万ｔ，所以可以把高铝粉煤灰当成一种可替代铝土矿的重要非传统资源加以利用，从而降低我国对国外优质铝土矿的依赖度。
因此，从粉煤灰中提取Ａｌ２Ｏ３对固体废弃物的处理利用和开发新的铝源具有重要意义。
1粉煤灰的化学组成及基本性质1.1粉煤灰的化学组成粉煤灰中含有铝、铁、硅、钙等常量元素及镓、锗等微量元素，由石英、玻璃体、莫来石及残碳等组成。
粉煤灰的化学成分与所燃烧的煤的来源、煤的类型和均匀性、燃煤电厂的运行参数以及分离粉煤灰所采用的收集方法等有关。
高铝煤矸石制取氧化铝余热发电技术1、背景技术我国是一个氧化铝生产大国，2008年产量达到2537万吨。
虽然我国的氧化铝资源总量丰富，但矿石类型主要以高硅、高铁、低铝硅比和以一水硬铝石为特点，难以采用经济的拜耳法工艺生产氧化铝，具有开采、利用价值的铝土矿资源在未来6-7年内面临枯竭。
因此寻找新的氧化铝资源，开发节能降耗的氧化铝生产工艺将是中国铝工业可持续发展的关键。
中国是以煤炭为主要能源的国家，在相当长时间内这种能源结构不会发生根本改变，2008年全国火电耗煤14.2亿吨，产生粉煤灰4亿多吨，产生煤矸石在1.4～3.6亿吨以上。
由于煤矸石和粉煤灰含铝，是潜在的氧化铝资源，提取氧化铝是煤系固体废弃物合理利用的技术途径之一，但因采用传统氧化铝的烧结法工艺提铝，存在能耗高，工艺复杂，环境污染大等原因，至今未有具有竞争力的产业化项目投产的报道。
本项目把煤矸石余热发电和氧化铝提取工艺结合起来，可显著提高资源、装备的利用效率，降低成本，减少环境污染。
这对于我国电力工业和铝工业的可持续发展和总体经济效益的提高具有重要的示范带动作用。
2、技术方案本项目以高铝煤矸石为研究对象，拟采用的主要技术方法为：在煤矸石发电过程中，加入煤矸石活化剂，利用煤矸石燃烧的温度条件，把煤矸石中的氧化铝和氧化硅转化成可用水、酸、碱溶解浸出的活性矿物，在不明显影响煤矸石发电的情况下，利用经济的方法制取氧化铝、白炭黑和有关化工产品，实现煤矸石的完全资源化利用。
2.1工艺路线2.2工艺说明（1）把煤矸石磨成粉体，若煤矸石发热量不足，需要补加高铝煤，把煤矸石活化剂配成溶液，并与煤矸石充分混合，制成5—10mm颗粒，送入回转窑中煅烧，温度控制在800～900℃，在这一条件下，煤矸石中的煤质成份燃烧，硅酸盐成份发生分解和转化。
富余热量产生蒸汽采用余热锅炉发电，余热蒸汽和电能供后续氧化铝提取工艺所需；固相组成为Na2O.Al2O3.2SiO2（7.3%）、Na2O.Al2O3（28%）、Na2SiO3（50.6%）、其它14.1%。
对高铝粉煤灰生产氧化铝技术及工业化生产技术路线的思考饶拴民(中煤能源集团平朔煤业有限责任公司,山西朔州036006)摘要:提出几种高铝粉煤灰生产氧化铝技术以及工业化生产的技术路线,并进行初步的比较,同时提出优化工业化生产的思路,以供同行共同讨论。
关键词:粉煤灰;氧化铝;烧结法;工艺技术路线中图分类号:TF801.1 文献标识码:B 文章编号:100221752(2010)0121525Thinking over the alumina productiontechnology with high aluminium fly ash and its industrialized productionRAO Shuan-min(Pi ngshuo Coal Co.,L t d.,Chi na N ationalCoal Energy Group,S huoz hou036006,Chi na)Abstract:The paper puts forward a number of alumina production technologies with high aluminium fly ash its industrialized production and makes a brief comparison among them.At the same time,it clews the optimization of industrialized production as well.K ey w ords:fly ash;alumina;sintering process;process technology route 粉煤灰是煤燃烧后的固体废弃物,其主要的化学成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3以及CaO、TiO2、C和其它多种微量元素。
粉煤灰中Al2O3+SiO2的质量分数约达80%,主要是Al2O3-SiO2键结合,A I2O3质量分数可达15%～40%,特别是Al2O3质量分数大于30%的高铝粉煤灰,是制备氧化铝和氢氧化铝的很好资源。
由于我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高,我国铝工业也飞速发展。
特别是进入二十一世纪,2008年我国氧化铝产量已达2278.4万吨,同时,却带来了铝土矿资源的危机,因此,利用低品位铝矿资源也越来越受到重视,特别是近几年来,利用高铝粉煤灰制备氧化铝技术在研究院所、大学和企业中热了起来。
同时,国家在环境保护和资源化利用方面给与支持(财税〔2008〕156号———关于资源综合利用及其他产品增值税政策的通知),在国务院2009年5月发布的有色金属产业调整和振兴规划中明确提出,加强煤铝共生矿资源开发利用,到2011年形成100万吨氧化铝生产规模。
从目前的研究和试验成果来看,要实现工业化生产,理论和技术上基本上是可行的,但是,要真正实现工业化,选择合理的技术路线、工业设计和优化性的运营等,是实现工业化生产和此产业发展的关键问题。
本文就高铝粉煤灰生产氧化铝技术以及工业化生产的几种技术路线提出来,并进行初步的比较,同时提出优化工业化生产的思路,以供共同讨论。
1 粉煤灰的组成、结构、性质和存在形态1.1 我国粉煤灰的组成1.1.1 化学组成我国火电厂粉煤灰主要氧化物组成为:SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、K2O、Na2O、SO3、MnO等,此外还有P2O5等。
其中氧化硅、氧化钛来自黏土、岩页;氧化铁主要来自黄铁矿;氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。
由于煤的灰分变化范围广,而且这一变化不仅发生在同一地区不同煤层的煤中,甚至也发生在同一煤矿不同部分的煤中。
因此,构成粉煤灰的具体化学含量,也就煤的产地、煤的燃烧方式和程度等不同而有所不同。
1.1.2 矿物组成煤粉在锅炉中燃烧时,其无机矿物经历了分解、烧结、熔融和冷却等过程。
冷却后的粉煤灰基本可分为玻璃体和晶体矿物两大类。
从物相分析来看,粉煤灰物相以莫来石和石英为主。
由于经高温迅速冷却,所以,玻璃相在粉煤灰中占有很大的比例,由收稿日期:2009-07-17于非活性玻璃相的存在,增加了粉煤灰利用的难度。
表1 粉煤灰主要化学组成,%化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO SO3Na2O K2O烧失量范围34～6514～401～160～170～40～60～40～20～30均值50.8028.10 6.20 3.70 1.200.80 1.200.607.90 由于粉煤灰各颗粒间的化学成分并不完全一致,因此,燃烧过程中形成的粉煤灰在排出的冷却过程中,形成不同的物相。
一般来说,冷却速度较快时,玻璃体含量较多;反之,玻璃体容易析晶。
可见,从物相上讲,粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物,其矿物组成波动范围较大。
一般晶体矿物为石英、莫来石、赤铁矿、磁铁矿、氧化镁、生石灰及无水石膏等,非晶体矿物为玻璃体、无定形碳和次生褐铁矿,其中玻璃体含量占50%以上。
表2 粉煤灰的矿物组成,%矿物名称莫来石石英赤铁矿磁铁矿玻璃体范围2.7～34.10.9～18.50～4.70.4～13.850.2～79.0均值8.1021.20 1.10 2.8060.401.2 粉煤灰的结构粉煤灰的结构是在煤粉燃烧和排出过程中形成的,在显微镜下观察,粉煤灰是晶体、玻璃体及少量未燃炭组成的一个复合结构的混合体。
混合体中这三者的比例随着煤燃烧所选用的技术及操作手法不同而不同。
其中结晶体包括石英、莫来石、磁铁矿等;玻璃筒包括光滑的球星玻璃体粒子、形状不规则孔隙少的小颗粒、松散多孔且形状不规则的玻璃体球等;未燃炭多呈疏松多孔形式。
1.3 粉煤灰的性质1.3.1 物理性质粉煤灰的物理性质包括密度、堆积密度、细度、比表面积等这些性质是化学成分及矿物组成的宏观反映。
在粉煤灰的物理性质中,细度和粒度是比较重要的项目,见表3。
1.3.2 化学性质粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料,它本身略有或没有水硬胶凝性能,但当以粉状及水存在时,能在常温,特别是在水热处理(蒸汽养护)条件下,与氢氧化钙或其他碱土金属的氢氧化物发生化学反应,生成具有水硬胶凝性能的化合物,成为一种增加强度和耐久性材料。
表3 粉煤灰的物理性质项 目范 围均值 备注密度,g/cm3 1.9～2.9 2.1堆积密度,g/cm30.531～1.2610.78比表面积,cm2/g800～195003400氧吸附法1180～65303300透气法原灰标准稠度,%27.3～66.748需水量,%89～13010628d抗压强度比,%37～85661.4 粉煤灰的存在形式粉煤灰以颗粒形态存在,且这些颗粒的矿物组成、粒径大小、形态各不相同。
人们通常将其形状分为珠状颗粒和渣状颗粒两大类。
其中珠状颗粒包括空心玻珠(漂珠)、厚壁及实心微珠(沉珠)、铁珠(磁珠)、炭粒、不规则玻璃体和多孔玻璃体等五大品种;渣状颗粒包括海绵状玻璃渣粒、炭粒、钝角颗粒、碎屑和粘聚颗粒等五大品种。
2 高铝粉煤灰生产氧化铝技术2.1 烧结法2.1.1 石灰石烧结自粉化法石灰石烧结自粉化法是将粉煤灰与石灰石混合后进行烧结,使粉煤灰中的莫来石和石英变为硅酸二钙(2CaO・SiO2)和七铝十二钙(12CaO・7Al2O3),使粉煤灰中的氧化铝被活化。
引用2CaO・SiO2晶相转变过程中产生的体积膨胀(处于介稳的β-2CaO・SiO2向稳定的γ-2CaO・SiO2转变),使的块状的烧结产物自粉化(2CaO・SiO2晶相转化产生的体积膨胀粉化),可省去粉磨工序。
烧结后的自粉化料加入纯碱溶液将熟料中的铝溶出,再对溶出液进行脱硅处理,用CO2进行碳酸化分解,产出Al(OH)3,焙烧生产氧化铝。
此法的优点是原料丰富,炉料不需配碱,碱溶液只在湿法过程中循环,熟料可以自粉化,溶出赤泥可以经济的制取水泥等;缺点是熟料烧结温度高,熟料及溶出液中Al2O3含量低而Na2O含量高(Al2O3回收率低),物料流量大(每生产1吨氧化铝,可能产生约10吨的硅钙渣),赤泥易变性等〔1〕。
2.1.2 碱石灰烧结法碱石灰烧结法是将粉煤灰和石灰、碳酸钠经高温烧结,氧化铝和碳酸钠烧结成可溶性的铝酸钠, SiO2与石灰烧结成不溶性的2CaO・SiO2。
熟料经破碎、溶出、分离、二段脱硅、碳酸化分解等工序生产出Al(OH)3,最后被烧成Al2O3产品。
碱液循环利用,赤泥用做硅酸盐水泥原料。
用碱石灰法从粉煤灰中生产Al2O3在工艺技术上是可行的,但要求粉煤灰中Al2O3质量分数应不小于30%。
但是,碱石灰烧结法存在的问题是从粉煤灰中只提取了氧化铝,而二氧化硅没有有价值的利用,没有达到精细综合利用。
2.1.3 高温烧结微波辐射法高温烧结微波辐射工艺,是将一定配比的粉煤灰、石灰石、纯碱高温烧结成熟料;将熟料粉碎与碳酸钠水溶液配成一定液固质量比的料浆,放在微波场中进行溶出反应;过滤,生产的NaAlO2进入液相,而硅酸二钙和碳酸钙等不溶物留在残渣中;向NaAlO2粗液中加入少量石灰乳进行脱硅,调节p H,去除Fa、Ca、Mg等杂质;精制液通入CO2气,得到Al(OH)3沉淀,经焙烧得到Al2O3产品。
与碱石灰烧结法相比,该工艺加快了Al2O3的溶出速度,缩短了反应历程,提高了溶出率,具有潜在的应用前景。
2.1.4 硫酸铵烧结法硫酸铵烧结法是将粉煤灰磨细活化,与硫酸铵按一定配比混合煅烧,煅烧后产物加入H2SO3浸出,调节p H,重结晶得N H4Al(SO4)2・12H2O中间体,煅烧后得Al2O3产品。
但是利用重结晶方法提纯存在能耗大、提纯率不高等问题,所以,关于N H4Al(SO4)2・12H2O的提纯有待进一步研究。
2.1.5 钙熔法钙熔法是将粉煤灰与生石灰按一定比例烧结,生产可被盐酸溶解的钙长石(2CaO・Al2O3・SiO2)和钙黄长石(CaO・Al2O3・2SiO2);钙溶块用稀盐酸分解,过滤,Al+、Fa+等离子进入溶液;用乙醚萃取除去Fa+,用浓硫酸除钙,再以铝铵钒的形式将铝沉淀析出,经煅烧得到Al2O3产品。
该法工艺简单,回收效果好,但必须保证粉煤灰足够大的CaO与Al2O3质量比,且粉煤灰中所含的杂质铁必须除去。
2.2 酸浸法2.2.1 氟氨助溶法由于粉煤灰的特殊结构,其Al-O-Si在玻璃相中结合的相当紧密,其中的氧化铝为非活性体,普通的酸浸法很难浸出其中的氧化铝,要提高氧化铝的浸出率,必须从提高氧化铝的活性入手。
因此,用硫酸浸出生成硫酸铝和用盐酸浸出生成聚合氯化铝时,用氟氨助溶来提高氧化铝的浸出率;其产品硫酸铝和聚合氯化铝可以作为净水剂,也可以作为制备其他铝产品的原料。
此法的不足处是酸浸提取氧化铝需要添加氟化物做助溶剂,在助溶过程中产生HF等有害气体,不但污染环境,而且会造成对操作人员的安全隐患;酸法浸出氧化铝液体中杂质较大,需要复杂的除杂工艺;酸法工业化设备有待解决。
