碱烧结法回收二次铝灰中氧化铝

二次铝灰中蕴含大量的氧化铝、铝和氮化铝等,还有部分氟化物和氯化物盐类,属于危险废弃物。目前常用的铝回收技术有酸浸法和碱浸法,均存在工艺条件苛刻、回收率低、能耗高、物耗大和产品附加值较低等问题。本研究采用碱烧结法从二次铝灰中回收氧化铝,考察烧结温度对氮化铝转化率的影响,碱铝比、烧结时间和成型方式对氧化铝回收率的影响,得到以下主要结论:在烧结温度1423 K、烧结时间40 min、碱铝比1.1、干压成型的试验条件下,氧化铝溶出率最大为94.23%;通过对二次铝灰铝酸钠熟料浸出渣成分以及物相进行分析,得到二次铝灰经过碱烧结法焙烧后熟料主要成分为Al_(2)O_(3)和Na_(2)O,分别占到49.70%和28.06%,熟料标准浸出后残渣主要成分为CaO、Al_(2)O_(3)和MgO,含量分别为25.46%、20.27%和15.80%;二次铝灰中AlN分解率较高,可达到95%以上,最终浸出渣中氟离子浸出毒性在30 mg/L以下。综上所述,本文采用碱烧结法资源化利用二次铝灰,实现了二次铝灰脱氮固氟的无害化处置,具有环境友好、资源利用率高的优势,为后续大规模工业化推广奠定了理论基础。

铝灰水解制氢过程动力学研究

研究设计了一套铝灰水解制氢装置,考察了反应温度、液固体积质量比、搅拌速度及铝灰粒径对铝灰水解制氢过程的影响,并探讨了铝灰水解制氢过程的动力学。结果表明:铝灰水解制氢的最佳工艺条件为反应温度85℃,液固体积质量比10 mL/1 g,搅拌速度130 r/min,铝灰粒径>80目;最佳条件下所得水解渣的主要物相为MgAl_(2)O_(4)、Al(OH)_(3)及Al_(2)O_(3);铝灰水解制氢过程受化学反应控制,化学表观活化能为67.01 kJ/mol,浸出过程符合Avrami-Erofeyev模型。该法可为铝灰水解制氢工艺过程的设计提供一定技术参考。

铝灰碱法烧结熟料溶出过程及超声协同作用研究

二次铝灰碱法烧结熟料溶出过程是回收氧化铝的重要环节,当溶出过程关键参数控制不当,会造成氧化铝溶出率低、能耗较高。为了提高氧化铝溶出率,了解氧化铝溶出机制,降低溶出过程能耗,探究了二次铝灰碱法焙烧熟料常压溶出过程中温度、时间、液固比与熟料中氧化铝溶出率的关系及熟料中NaAlO_(2)溶出过程动力学,考察了施加超声对氧化铝溶出率的影响。结果表明:熟料溶出过程优化参数为溶出温度为80℃、溶出时间为15 min、液固比(体积质量比,mL/g)为15,氧化铝溶出率可达92.3%;溶出动力学表明,NaAlO_(2)溶出过程受内扩散控制,表观活化能为13.45 kJ/mol;发现施加超声可在相同氧化铝溶出率下降低溶出温度至70℃并缩短溶出时间至9 min。该研究结果可为二次铝灰碱性焙烧熟料溶出过程降低能耗和提高效率提供新的理论参考和基础数据。

二次铝灰产品化方案及评价

综述了近年来以二次铝灰为原料制备氧化铝、净水剂、耐火材料、冰晶石、分子筛和陶瓷材料的现状,同时分析其产品及技术特点,对二次铝灰产品化利用给出评价和建议。

铝工业危废铝灰的高效处置新技术

针对当前铝工业中危废铝灰处置所面临的能耗高、效率低等突出问题,通过工艺和技术创新,在热力学分析的基础上提出采用磨细、微波场、惰性大颗粒辅助强化等新型处置技术,分别以氯气、氯化硅、氯气-氯化硅为氯化剂,研发了5条铝灰高效氯化加工新工艺(以氯气为氯化剂的铝灰高效利用方法,以氯气为氯化剂的二次铝灰高值化利用方法,以氯气为氯化剂的铝灰高效制备氮化铝方法,以氯化硅为氯化剂的铝灰高效制备氟化铝方法,以氯气-氯化硅为氯化剂的铝灰制备氟化铝方法)。这5种工艺可有效提升了铝灰的资源利用率、处置效率,实现铝灰深度高值化利用(制备氮化铝、氟化铝),具有显著的经济效益和社会效益。

二次铝灰无害化处理和资源化利用研究进展

二次铝灰是铝熔渣经提取金属铝后得到的固体废弃物,含有氮化铝以及盐类精炼剂,二次铝灰具有污染和资源的双重属性,长期堆存会对环境构成威胁,而夹杂其中的铝化合物可用于二次回收利用,缓解环境危机。目前,二次铝灰的回收利用方法主要包括湿法冶金和火法冶金,湿法冶金主要是将二次铝灰进行溶解,提取里面的铝元素制备氧化铝、聚合氯化铝等;火法冶金主要是在高温条件下煅烧,制备微晶玻璃、耐火材料等。本文总结了二次铝灰的危害,概述了二次铝灰的无害化处理和资源化利用的现状,以期提高二次铝灰的资源化利用效率,降低二次铝灰对环境的污染。

铝灰综合利用技术及应用研究

文章简要介绍了铝灰的来源和分类,概述了一次铝灰提铝的不同方法和应用,综述了二次铝灰湿法处理、火法处理、湿法火法联合处理及其他技术的研究和应用现状。针对铝灰综合利用目前存在的问题,提出了分质梯级利用技术,详细介绍了其工艺流程及优势,展望了铝灰综合利用的未来发展趋势。

二次铝灰湿法除氟工艺及氟化物的转化行为研究

为了研究湿法除氟因素(液固比、时间、温度、溶液种类、溶液浓度)对二次铝灰湿法处理过程中氟化物浸出效率及底渣氟化物浸出的影响规律,分别采用单因素实验测定湿法浸出前后底渣及其浸出液氟化物含量,同时对二次铝灰原样及湿法处理后的底渣进行XRD、SEM-EDS表征。结果表明,两种浸出介质条件下,以上5种因素均对氟化物浸出效率产生影响,常温湿法浸出条件下,NaOH溶液碱浸去除氟化物效果优于去离子水。去离子水浸出氟化物的最佳工艺参数:液固比(体积质量比,mL/g,下同)为30、水解时间为4 h、水解温度为90℃,此时氟化物浸出率为12.98%。常温条件下NaOH溶液浸出氟化物的最佳工艺参数:液固比为10、NaOH溶液浓度为1.5 mol/L、水解时间为30 min,此时氟化物浸出率为65.85%。XRD表征结果反映出湿法处理后二次铝灰中AlN含量有不同程度的减少,SEM-EDS表征结果反映出湿法处理后底渣中氟化物含量均相应减少,上述研究结果为二次铝灰湿法处理过程中氟化物去除提供科学依据。

热处理强化铝灰-磷石膏-钢渣粉稳定钢渣-碎石互配骨料力学性能

高速发展的规模型路基建设可消纳大宗工业固废,为此,试验利用大宗工业固废磷石膏(PG)、热闷钢渣(HBSS)、铝灰(AD)、硅酸盐水泥(PC)、天然碎石(NA)开发制备了复合水稳层材料。将PG和AD进行热处理改性,同时除去环境危害。再用改性后的PG-HBSS-AD-PC复合胶凝灰浆经过优化的HBSS-NA互配骨料。结果表明,用细粒HBSS部分代替碎石,可通过增加试件密实度优化水稳层的骨料架构。160℃处理后的PG与900℃处理后的AD加入PC后,通过CaSO_(4)·0.5H_(2)O硬化、水化铝酸钙(C-A-H)及钙矾石(AFt)的生成能进一步增强水稳层力学性能,固废利用率高。

混掺垃圾飞灰和二次铝灰活性粉末混凝土性能研究

将二次铝灰(SAD)与焚烧垃圾飞灰(WFA)混掺制备成活性粉末混凝土(RPC),研究二次铝灰在两种混合料中的掺量对RPC流变性能参数(扩展度和塑性黏度)、抗折强度、抗压强度以及干燥收缩率的影响,并测定RPC在水中的重金属元素(Cr和Zn)渗出量;观察RPC的微观形貌,揭示RPC性能的机理。结果表明:当二次铝灰的掺量为60%时,RPC的扩展度、抗折强度与抗压强度以及干燥收缩率达到最高,此时RPC的塑性黏度值最小;RPC中Cr与Zn的渗出量与其渗出时间成正相关,与RPC中二次铝灰的掺量成反相关;当二次铝灰掺入60%时,RPC的微观结构最密实。

二次铝灰部分替代矾土制备铝酸盐水泥

针对铝酸盐水泥原料矾土资源稀缺、价格昂贵的问题,本文探究了二次铝灰部分替代矾土作为原料制备铝酸盐水泥的可行性。煅烧实验结果表明,Al_(2)O_(3)含量60%、煅烧温度1350℃、保温时间1 h为较优的制备条件,掺入标准砂进行自然养护,对水化3 d和28 d的铝酸盐水泥进行SEM和EDS表征,在此条件下获得的铝酸盐水泥熟料矿物相为二铝酸钙、钙铝黄长石及少量铝酸一钙。水化28 d的铝酸盐水泥抗压强度达到85.5 MPa,抗折强度达到11.5 MPa,表明二次铝灰可部分替代矾土用于制备铝酸盐水泥。

水解去除二次铝灰中的氮化铝及其机制研究

氮化铝的去除是二次铝灰无害化处理的关键工序之一。研究了在氧化钙-葡萄糖水解体系中去除二次铝灰中的氮化铝,考察了氧化钙添加量、葡萄糖添加量、水解温度、水解时间、液固体积质量比对氮化铝去除率的影响,并探究了添加剂促进氮化铝水解去除的机制。结果表明:在水解温度90℃、水解时间2 h、液固体积质量比10 mL/1 g、氧化钙添加量10%、葡萄糖添加量0.75%最佳试验条件下,氮化铝去除率达95.42%。通过分析表征确定,在氧化钙-葡萄糖水解体系中,葡萄糖起缓凝剂作用,可抑制氮化铝颗粒表面铝酸钙包覆层的形成,使氮化铝水解反应彻底进行,从而提高其去除率。

不明来源工业固废鉴别及溯源技术研究——以疑似铝灰鉴别为例

铝灰渣是在原铝冶炼、铝合金加工、铝再生利用过程中产生的固体废物,属于危险废物。本案例为疑似铝灰非法倾倒物的危废鉴别,通过对疑似铝灰的表观特征及物相组成分析,发现与铝灰匹配度较高,判断鉴别物料为铝灰。通过对各类铝灰产生工艺分析及浸出氟化物浓度、铝含量等指纹特征分析,推断倾倒物来源为再生铝生产和加工过程中产生的二次铝灰。因此,得出倾倒物属于危险废物的鉴别结论,为其他同类型鉴别提供指导和参考。

含铝灰聚氨酯导热结构胶的制备与性能

以蓖麻油、IPDI、聚天门冬氨酸酯树脂以及聚四氢呋喃二醇为主要原料,制备了双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂。以铝灰作为填料加入聚氨酯胶粘剂中,实现了铝灰的资源化回收利用。对产物进行红外表征,证明了蓖麻油成功引入聚氨酯长链上。研究结果表明:随着铝灰含量的增加,导热系数逐渐提高;拉伸强度整体呈现先下降再上升的趋势;当铝灰填料添加量在50%时,钢材剪切强度为6.43 MPa,拉伸强度为7.71 MPa,断裂伸长率为27.2%,导热系数可达到0.41W/(m·K),为空白对照组的228%。

铝灰中氟及其浸出毒性的高通量测定方法研究

为解决铝灰中氟的现有检测标准操作繁琐、耗时长等问题,建立了粉末压片X射线荧光光谱法(XRF)测定铝灰中氟的含量,同时利用响应面法优化浸提液固比、浸出时间和浸提温度,提出快速浸提铝灰中氟的方法。结果表明,粉末压片XRF法测定铝灰中氟的检出限值为0.84 g/kg,样品平行测定相对偏差小于5%,测定结果与参考值的相对误差在±5%之内。采用SPSS 25.0中t检验法分析可知,粉末压片XRF法与标准方法的测定结果在统计学上无显著差异。通过加强固液界面传质过程,在液固比为20∶1(体积质量比,L/kg)、温度为(25±5)℃条件下,搅拌浸提40 min后测定铝灰中可溶性氟的相对偏差小于5%,测定结果与标准浸提法有显著相关性,两种浸提方法的相对误差绝对值范围为2.25%~6.29%,接近响应面模型预测值。粉末压片XRF法和快速浸提方法测定结果稳定可靠,简化了前处理过程,有望实现铝灰中氟及其浸出毒性的高通量检测。

碱高温熔融-乙二胺四乙酸滴定法测定铝灰中的总铝量

为了加强对铝灰中铝资源的回收利用,提出了碱高温熔融-乙二胺四乙酸(EDTA)滴定法测定铝灰中总铝量的方法。针对铝灰基质复杂以及钙、镁、氩含量高的特点,优化了前处理和滴定条件。0.1 g样品经干燥、乙醇润湿后,加入3 g氢氧化钠和2 g磷酸钠(与钙、镁形成沉淀分离除去,避免钙、镁氢氧化物吸附Al^(3+)),于400℃预熔融20 min。加入1 g过氧化钠,于750℃熔融15 min。加入沸水煮沸,使熔块全部溶解,再加入3 mL 6 mol·L^(-1)盐酸溶液煮沸除去过氧化氢。用水定容至100 mL,过滤,取滤液25 mL,加入10 mL 6 mol·L^(-1)盐酸溶液和5 mL高氯酸,加热至近干,以消除样品中高含量F^(-)对Al^(3+)的络合干扰。残渣用10 mL 6 mol·L^(-1)盐酸溶液溶解,再加入10 mL水、8 mL 40 g·L^(-1)EDTA溶液和二甲酚橙指示剂,用6 mol·L^(-1)盐酸溶液将溶液调至亮黄色,煮沸5 min,使EDTA充分络合Al^(3+)。加入15 mL乙酸-乙酸钠缓冲溶液(pH 5.8)和二甲酚橙指示剂,用1.00 mg·L^(-1)锌标准溶液将溶液滴定至橙红色。加入5 mL氟化钾溶液(100 g·L^(-1)),煮沸5 min,将Al^(3+)从EDTA络合物中完全置换出来。加入10 mL乙酸-乙酸钠缓冲溶液(pH 5.8)和二甲酚橙指示剂,用1.00 mg·L^(-1)锌标准溶液将溶液滴定至橙红色,记录滴定液消耗体积,并通过滴定度计算总铝量。结果显示:总铝回收率为96.8%~103%,测定值的相对标准偏差(n=6)小于1.0%,方法适用于试验条件有限的实验室进行矿山冶炼铝灰中总铝量的测定。

预处理二次铝灰制备炼钢用铝酸钙

二次铝灰是铝工业产生的危险废物,同时也是一种富铝资源。以二次铝灰湿法预处理高铝料和石灰石为原料,通过混合、球磨、成型、烧结工艺制备炼钢用铝酸钙。优选了铝酸钙的最佳制备工艺条件为:高铝料与石灰石质量比0.50、烧结温度1350℃、成型压力10 MPa,制备的铝酸钙样品Al_(2)O_(3)和CaO含量符合《炼钢用预熔型铝酸钙》(YB/T 4265—2011)CA-40牌号成分要求,主要物相为12CaO·7Al_(2)O_(3),同时具有低硅、低镁、低氧化铁、低磷、低硫、低氟和低碳的性能,熔点为1378℃,符合炼钢用预熔型铝酸钙产品质量标准要求。

利用低压电瓷废料和二次铝灰制备莫来石陶瓷基多孔骨料

为找到一种有效且低成本的多孔骨料制备新工艺,同时缓解工业固废对社会、环境和经济产生的压力,以低压电瓷废料和二次铝灰为主要原料,活性炭粉为造孔剂,采用低温烧结法制备了莫来石陶瓷基多孔骨料,研究了二次铝灰加入量(加入质量分数为5%~40%)对试样性能的影响。结果表明:1)随着二次铝灰加入量的增加,试样的容重逐渐降低,而显气孔率逐渐增加,最终两者均趋于稳定,线收缩率先略微增加后降低,室温压缩强度逐渐降低。2)二次铝灰的加入一方面促进了莫来石晶核的形成,并降低了铝硅液相的黏度,从而使内部气体更容易通过液相扩散到材料表面,形成较大的孔隙;另一方面莫来石晶体线生长速率增加伴随的体积膨胀进一步抑制了液相的烧结收缩。室温压缩强度下降与液相黏度降低有关,冷却到室温后骨料表面形成一层铝硅玻璃相涂层,微孔数目降低,大孔隙数目增加,导致孔隙周围应力集中增加。3)当二次铝灰加入量为25%(w)时,试样的综合性能最优。

陶粒窑协同利用二次铝灰过程的氟化物转化规律研究

陶粒窑以重金属类污泥原料,协同利用铝灰,通过高温烧结制备高性能陶粒,这是实现二次铝灰无害化与资源化的重要途径。二次铝灰中的氟具有毒性,因此有必要深入研究氟化物的转化规律。试验借助离子色谱、X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)和X射线荧光(X-Ray Fluorescence,XRF),研究陶粒窑重金属类污泥协同利用铝灰制备高性能陶粒时氟的转化规律。研究发现,提高焙烧时间、含重金属污泥与二次铝灰配比及焙烧温度,可以使二次铝灰中的氟更多地转移到尾气中;延长浸出时间,提高浸出温度,增大液固比,有助于减少陶粒的氟含量。最优烧结条件为物料配比20%、烧结温度1100℃、烧结时间20 min,最优浸出条件为烧结成品陶粒液固比5∶1、浸出温度35℃、浸出时间60 min。在最优条件下烧结及浸出后,二次铝灰中,43.94%的氟转化为气态,23.69%的氟转移至浸出液,32.37%的氟则残留在浸出渣中。因此,适当调控焙烧参数和浸出条件可以影响高温下氟的迁移和转化行为,这对于提高二次铝灰处理效率和降低氟元素对环境的影响具有重要意义。

铝灰协同多源城市固废制备超轻陶粒的可行性研究

铝灰存在遇水释放有毒有害气体的危害,为解决铝灰处置难题,将铝灰利用水相介质预处理后,掺配洗沙底泥、工程渣土、生活污泥,研究铝灰协同多源城市固废制备超轻陶粒的可行性。结果表明,按照m(工程渣土)∶m(洗沙底泥)∶m(生活污泥)∶m(水解铝灰)=24∶57∶10∶9的比例,在1125~1225℃的烧成温度范围内,可烧制平均堆积密度为405 kg/m^(3)、平均吸水率为6.47%、密度等级为500级的超轻陶粒,陶粒性能符合GB/T 17431.1—2010要求,表明该配比采用粉磨成球-回转窑工艺生产铝灰陶粒是可行的。