煤矸石制备活性炭-介孔硅复合材料及其过程物相转变

煤矸石是一种含碳、硅、铝的混合物,将其用于制备复合材料,可解决元素分离难、产品纯度低等问题,显示出良好的应用前景。以煤矸石为原料,通过碱熔、酸浸等过程制备活性炭-介孔硅复合材料(AC-SiO_(2)),考察了不同反应条件对煤矸石基活性炭-介孔硅复合材料孔容和比表面积的影响规律,并结合XRD、FTIR等方法研究了煤矸石基活性炭-介孔硅复合材料制备过程的物相转变。结果表明:煤矸石基活性炭-介孔硅复合材料的孔容和比表面积受到碱熔条件和酸浸条件的影响,其中尤以KOH浸渍液浓度、焙烧温度、HCl酸浸浓度的影响最为显著;当KOH浸渍液浓度大于10.7 mol/L、焙烧温度高于700°C时,煤矸石中所含的高岭石、石英将转变为钾霞石和硅酸钾物相,固相碳转变为活性炭,再经超过6.0 mol/L HCl酸浸后,可形成活性炭-介孔硅复合材料。在优化条件下,煤矸石中碳、硅转化率高达90.28%,产率可达40.2%,制得产品颗粒表面分布有层状结构堆积形成的微孔和介孔(微孔和介孔各占近1/2,比表面积可达835.1 m^(2)/g,平均孔径为2.97 nm,总孔容为0.62 cm^(3)/g),其对分子量不同的甲基橙和罗丹明B均有明显的吸附作用,吸附容量分别超过99.01 mg/g和99.87 mg/g。

哈氏合金材料在粉煤灰酸浸液中的腐蚀行为及机理

粉煤灰酸法提铝是其资源化高值利用的重要方式之一,然而浸取过程中存在设备腐蚀严重的问题,直接制约着该工艺的进一步发展和应用。本文针对耐硫酸腐蚀性能优异的哈氏合金C-276开展研究。通过正交试验,考察了反应温度、硫酸浓度和反应时间等因素对C-276耐硫酸腐蚀性能的影响。研究结果表明,时间是最大影响因素,其次是温度,最小的影响因素是硫酸浓度。在此基础上,利用扫描电镜证实了硫酸对C-276的腐蚀经过了由点蚀向面蚀的发展过程。通过在加入粉煤灰的实际条件模拟试验,发现在相同硫酸浓度下材料的损失率会大幅降低。

高铝粉煤灰碱法提铝过程镓的吸附研究

我国内蒙古中西部以及山西北部地区的高铝粉煤灰中氧化铝含量高达50%以上,伴生的镓含量可达60 mg/kg,是重要的含铝、镓二次资源。为进一步提升高铝粉煤灰资源化利用附加值,实现粉煤灰提铝过程低浓度含镓溶液的高效提取,本文基于高铝粉煤灰预脱硅拜耳-亚熔盐联合法提铝工艺中的含镓碱液体系,研究了含镓模型溶液中镓离子的静态吸附规律,系统考察了不同吸附时间、吸附温度、镓初始浓度以及碱浓度对螯合树脂吸附镓离子的影响,完成了吸附动力学与吸附等温线的考察,并采用吸附柱进行了低浓度含镓碱液动态吸附及淋洗试验验证。静态吸附试验结果表明:采用LSC-600型螯合吸附树脂可实现低浓度含镓碱液中镓离子的高效吸附,树脂的平衡吸附容量随静态吸附时间增大而增大,吸附24 h后树脂吸附容量达到平衡;镓离子初始浓度低于400 mg/L,树脂的平衡吸附容量受吸附温度影响较小,在镓离子浓度高于400 mg/L体系中,树脂的平衡吸附容量随吸附温度升高而降低,其中吸附温度为50℃时树脂对镓离子的平衡吸附容量最大;随含镓碱液碱浓度增加,螯合树脂对镓离子的吸附容量先增大后减小,螯合树脂对镓离子的平衡吸附容量随镓离子初始浓度增大而增大,镓离子初始浓度高于1 200 mg/L时树脂吸附容量达到饱和,吸附温度为50℃,镓离子初始浓度为1 200 mg/L,碱浓度为5 mol/L时树脂的最大吸附容量为36 mg/g。动力学拟合结果表明:碱体系树脂对镓离子的吸附动力学过程符合准二级动力学方程,属于化学吸附过程;吸附等温线拟合结果表明,LSC-600型螯合树脂对镓离子的吸附满足Langmuir等温方程,说明镓离子的螯合吸附过程为单层吸附。树脂的动态吸附和淋洗结果表明,液体流速越大,树脂达到吸附平衡时的穿透床层数越小,树脂对镓离子的吸附容量和吸附率均较低,镓离子初始浓度50 mg/L,吸附温度为50℃,吸附流速为2. 5 BV/h时,树脂对低浓度含镓碱液吸附效果最优,最大吸附容量为3. 13 mg/g,淋洗过程淋洗液镓离子浓度随着床层数增加先增大后降低,淋洗流出液达到0. 7 BV时镓浓度最高为1 936mg/L,高浓度段(0. 3~1. 5 BV)溶液中镓离子浓度为1 248 mg/L,富集倍数达25倍。

LX-92树脂对硫酸体系低浓度镓离子的动态吸附

研究了粉煤灰模拟硫酸浸出液中的镓在聚苯乙烯树脂(LX-92)上吸附分离的可能性,采用固定床吸附装置考察了树脂动态吸附-脱附镓的行为,利用Thomas, Yoon-Nelson和Adam-Bohart经验模型对动态吸附过程进行了分析和预测。结果表明,降低流速(F)、增加床层高度(Z)、减小镓(III)初始浓度(C0)有助于提高固定床吸附效率和平衡吸附容量;在C0为260 mg/L, Fad为5.0m L/min、吸附温度为55℃的条件下,树脂的最大动态平衡吸附容量为56.65 mg/g;用3.0 mol/L H_(2)SO4在1.0 m L/min流速的最佳洗脱条件下,洗脱率达到94.40%;树脂在硫酸体系中对低浓度镓离子的吸附-脱附具有良好的循环使用性,经过吸附-脱附镓离子可富集10倍以上;树脂吸附镓的动态行为满足Yoon-Nelson动态吸附模型,建立了动态吸附速率常数KYN和半穿透时间τ值常数与初始离子浓度、流速、床层高度的对应方程,为低浓度镓离子的吸附法提取工程化提供了理论基础。