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。

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。

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。

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。

二次铝灰基多孔莫来石陶瓷制备研究

二次铝灰富含大量的铝元素,可在制备莫来石陶瓷材料中作为铝源。为综合利用二次铝灰,将水洗焙烧后的二次铝灰、活性硅粉、玉米淀粉和聚乙烯醇(PVA)结合剂采用固相烧结法制备多孔莫来石陶瓷,探讨Al_(2)O_(3)与SiO_(2)摩尔比、烧成温度、保温时间对试样性能的影响,并进行X射线衍射(XRD)与扫描电镜(SEM)分析。结果表明,在Al_(2)O_(3)与SiO_(2)摩尔比为1.8,温度为1200℃,保温时间为4 h的条件下,制备的多孔莫来石陶瓷体积密度为1.83 g/cm^(3),吸水率为18.05%,显气孔率为32.94%,抗压强度为18.46 MPa,且有柱状莫来石晶体生成,试样综合性能较优。

水解处理后二次铝灰对混凝土基础性能的影响

本文以二次铝灰的无害化处理及其在水泥基材料中的资源化利用为目的展开了系列试验探究,通过测试胶凝材料的水化热,混凝土工作性能、力学性能和体积稳定性,系统地评价了水解后二次铝灰对混凝土性能的影响。结果表明:水解处理8 h的二次铝灰对铝灰-水泥复合胶凝材料的早期水化放热具有抑制作用,使诱导期后的放热峰后移,降低了混凝土36 h以内的温升;水解后二次铝灰对混凝土抗压强度有一定程度的不利影响,一方面,当掺量超过10%时,混凝土的56 d抗压强度会下降约8.2%;另一方面,水解后二次铝灰的加入会产生早期微膨胀,对混凝土早期干燥收缩具有一定的补偿作用,当掺量达到10%时,混凝土的7 d干燥收缩降低约38%,对混凝土的体积稳定性具有积极作用。

石膏/偏高岭土对二次铝灰中氟离子的固化研究

二次铝灰中含有氟化物、氮化物、碳化物等有毒有害成分,对其安全处置具有重要的环境意义。本研究结合钙盐沉淀法,提出了以工业固废脱硫石膏固化二次铝灰中氟离子的技术思路,并结合偏高岭土的高火山灰活性,进一步改善了脱硫石膏-二次铝灰组成的气硬性胶凝体系的耐水性能。试验对比研究了不同脱硫石膏/二次铝灰、脱硫石膏/偏高岭土/二次铝灰比例所组成的复合胶凝体系中氟离子的溶出特性及耐水性能。利用XRD、SEM及热力学参数分析了脱硫石膏、偏高岭土对二次铝灰中氟离子的固化机理。研究结果表明:脱硫石膏可以与二次铝灰中的可溶性氟离子生成氟化钙,对氟离子具有良好的固化效果,但脱硫石膏-二次铝灰组成的固化体系的耐水性较差;以适量偏高岭土替代脱硫石膏形成的脱硫石膏-偏高岭土-二次铝灰复合体系对二次铝灰中氟离子的固化效果无不良影响,且可显著改善复合固化体系的耐水性。此研究结果为二次铝灰的安全处置及资源化应用提供了理论指导。

二次铝灰制备高强度陶粒及其性能研究

作为再回收铝过程中产生的废渣,二次铝灰具有明显的化学反应性和有毒、有害物质浸出等危险性特征。为了解决制铝行业中产生的二次铝灰堆存处置问题,以二次铝灰为原料,通过水洗、圆盘造粒,再经1 200~1 400℃热处理,制备了高强度陶粒。运用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对不同热处理温度下陶粒试样的物相组成和微观形貌进行分析,并对材料堆积密度、表观密度、孔隙率以及筒压强度进行了测试。结果表明:随着热处理温度升高,陶粒内部结构逐渐致密化,堆积密度、表观密度及筒压强度均随之增大;其中,1 400℃热处理后,陶粒的主要物相为刚玉和镁铝尖晶石,其表观密度和体积密度分别为1.82 g/cm3和1.81 g/cm3,筒压强度可达25.7 MPa,属于高强度陶粒。

二次铝灰两步高温法焙烧工艺试验研究

二次铝灰资源化利用的主要方式之一是脱除二次铝灰中的氮、氟和盐,在进行无害化处理的同时,得到杂质成分较低的耐火材料。本文采用回转窑煅烧、电炉熔炼制备刚玉的两步高温法焙烧技术,分析不同煅烧条件下二次铝灰中氮化铝、氟化物以及盐熔剂的脱除率,以及电熔试验制备高值耐火材料的可行性,为实现二次铝灰制备耐火材料的工业化应用提供依据。结果表明,在焙烧温度为1100℃、焙烧时间为90min的条件下,煅烧后的高铝产品不具备反应性,可溶出氟离子浓度低于国家危险废物限值,实现二次铝灰的无害化;采用10%的焦炭掺加量进行试验,产品氧化铝含量大于95%,杂质含量较低,满足刚玉材料的使用要求。

二次铝灰酸浸——微量加碱法制备聚合氯化铝

二次铝灰是再生铝工业生产中的主要副产物之一,已被列为危险废物,长期堆放或随意处置会引发许多环境问题。采用武汉某再生铝公司的二次铝灰,通过控制加碱改进的酸浸工艺制备聚合氯化铝。研究了酸浸物料投加比、酸浸温度、酸浸时间对铝灰中铝浸出率的影响及碱化度B值、加碱速率、加碱时温度对铝离子水解聚合形态的影响。结果表明,二次铝灰最优浸出条件为物料投加比m铝灰∶mHCl∶m水=1∶4∶4、酸浸温度85℃、酸浸时间2.0 h,此时铝的浸出率达60.30%;向优化条件下制得的酸浸液中缓慢滴加15%Na_(2)CO_(3)溶液制备聚合氯化铝,当碱化度B值为2.4、加碱速率为3.6 mL/min、加碱时温度为80℃时,聚合氯化铝中Alb含量最高,达57.49%。该工艺成功制备了聚合氯化铝,实现了二次铝灰的资源化和无害化处理。

二次铝灰除氮制备聚合氯化铝的研究

铝灰是铝冶金生产过程中的一种有害固体废弃物,目前我国铝灰年排放量已达到300万吨,大多数铝灰采用堆存及填埋的方式处理,引发了严峻的生态挑战,因此推动我国铝灰资源化利用已迫在眉睫。本文以二次铝灰为原料,通过超声、减压、弱碱水洗等方法进行脱氮预处理,然后通过酸浸聚合制备聚合氯化铝产品,研究了浓度、时间等因素对二次铝灰水洗和酸浸的影响。结果表明,二次铝灰在1 mol/L NaOH溶液条件下水洗1 h时,氮、氟、氯的脱除率分别为77.7%、90.4%和86.8%。弱碱水洗后在HCl浓度为4 mol/L条件下酸浸2 h时,酸浸渣的主要物相为镁铝尖晶石、刚玉和氟化钙。水洗渣酸浸液在温度85℃、时间2 h、pH值3.0等优化条件下聚合,所制产品指标达到国家标准。

利用二次铝灰钙化焙烧合成铝酸钙过程基础研究

为了使二次铝灰中铝资源得到有效利用,实现铝灰的回收,探究了利用二次铝灰制备铝酸钙过程中氮和氟的脱除率、酸不溶率以及氧化铝含量的变化规律。采用X射线荧光光谱(XRF)法、X射线衍射(XRD)法对制备得到的铝酸钙中氧化铝的含量及物相组成进行了检测。首先确定二次铝灰中有害杂质的含量和赋存形式,并且设置单因素实验,探究铝灰和氧化钙的配比、焙烧温度和焙烧时间,对焙烧后铝灰中N、F脱除率的影响以及得到的铝酸钙产品指标的影响。结果表明,以二次铝灰和氧化钙为原料,通过探究不同条件下铝酸钙酸不溶率变化规律,得出较优的焙烧工艺为焙烧温度为1450℃、焙烧时间为2 h、m_(铝灰)/m_(CaO)=1.1的条件下,铝灰中N、F的脱除率分别为96.47%和82.61%,得到的铝酸钙产品酸不溶物的质量分数达到6.9%,氧化铝含量为56.2%,均符合国家标准规范;根据XRD图可知,在1450℃,2.5 h烧结制备得到的铝酸钙的物相组成主要为CA 2。

二次铝灰碱性熔炼提取多晶型氧化铝的试验研究

探讨二次铝灰与碱性煅烧及酸沉二次煅烧溶出氧化铝及回收二次铝灰的有效方法。文章中的试验以二次铝灰、氢氧化钠、硝酸钠、盐酸为原料,对二次铝灰碱性熔炼取及多晶型氧化铝进行了研究,并分析二次铝灰元素及物相;多晶型Al_(2)O_(3)晶胞结构、物相转变及微观形貌进行了分析。结果显示,二次铝灰元素有Al、N、O、F、Cl、Na、Mg、Si、Ca、K;物相为Al、α-Al_(2)O_(3)(刚玉)、AlN、MgAl_(2)O_(4)、NaAl_(11)O_(7)、CaF_(2)。二次煅烧为550℃时Al(OH)_(3)转化为γ-Al_(2)O_(3),形状不规则有团聚现象;温度为750℃转化为δ-Al_(2)O_(3),形状规则,结晶度提高,团聚现象减少;温度为950℃转化为θ-Al_(2)O_(3),尺寸均匀,形成致密块体;温度为1100℃转化为α-Al_(2)O_(3),不规则絮状体且最稳定,相变过程中二次煅烧温度越高,晶胞中铝离子四周迁移。

二氧化硅对二次铝灰烧结制备镁铝尖晶石材料性能的影响

国内二次铝灰产量大,且总铝含量不低,堆放过程中受到雨水淋溶,导致自然水体被污染和土壤盐碱化等危害。在前期研究的基础上,以再生铝行业产生的二次铝灰为主要原料,采用固相烧结法开展二氧化硅含量对二次铝灰烧结制备镁铝尖晶石材料性能影响的研究,并采用XRD、SEM及红外谱图等手段分析烧结产物。研究结果表明,二次铝灰和氧化镁质量分数比为1∶0.2时,在1400℃条件下烧结,保温3 h,二次铝灰可以烧结制备镁铝尖晶石材料;二氧化硅对二次铝灰烧结制备镁铝尖晶石材料性能有影响,添加5%二氧化硅时,所得镁铝尖晶石材料性能最佳,体积密度为2.03 g/cm^(3),线变化率为0.42,抗压强度为91.1 MPa;含5%~20%二氧化硅的原料样品在1400℃烧结,烧结材料主要物相为MgAl_(2)O_(4),随二氧化硅含量增加,MgAl_(2)O_(4)衍射峰强度减弱,烧结体中出现较厚纤维状组织,材料致密性提高,适量二氧化硅的存在对二次铝灰烧结制备镁铝尖晶石材料起到促进作用;在烧结过程中,产物的晶胞常数和晶胞体积都经历先变大后减小的过程,也是离子溶进和溶出的过程。该研究中,二次铝灰能得到经济、高效的治理,既减少环境污染,又解决含铝资源紧张问题,对实现二次铝灰综合利用具有一定意义。

二次铝灰烧结渣料磨细粉对快硬高强硫铝酸盐水泥注浆料性能的影响

研究了不同掺量二次铝灰烧结渣料磨细粉(AP)对快硬高强硫铝酸盐水泥(SAC)注浆料工作性能、力学性能、体积稳定性及环境友好性的影响,并采用微观测试技术对其机理进行深入分析。结果表明:随AP掺量的增加,注浆料的凝结时间先延长后缩短,早期抗压强度先提高后降低,后期强度呈降低趋势,各掺量AP注浆料体积稳定性均满足GB/T 504488—2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》要求。掺AP的注浆料对Ni、Cr、Zn、Cu有固结作用。微观分析表明:随AP掺量的增加,早期注浆料中铝胶(AH3)和钙矾石(AFt)先增多后减少;而后期注浆料中的AFt数量增加。

二次铝灰资源化利用现状及展望

目前,在我们国家每一年都会产生大量的铝灰,铝灰被国家纳入到危险废物类别之后,再运用过去粗放化的处理方法已完全行不通。现如今,我们国家对铝灰的处理还只是以回收金属铝为主要方法,对比国外,始终处在初级起步阶段,尤其是针对二次铝灰,到现在依然缺少高效成熟的处理技术。二次铝灰当中金属铝的铝含量不高,存在较为复杂的杂质成分,处理过程需要消耗大把的资金,综合运用难度非常高。当前所使用的处理方法会给环境带来较大的威胁,急需规范化的处理方法。因此,文章从二次铝灰的概述入手,分析二次铝灰资源化利用现状,提出二次铝灰的利用技术,探究二次铝灰资源化利用的未来展望。

二次铝灰低温碱性熔炼研究

研究利用低温碱性熔炼法提取二次铝灰中铝的过程。探讨碱灰质量比、盐灰质量比、熔炼温度、熔炼时间、不同添加剂和不同混料方式等因素对铝浸出率的影响。研究结果表明:优化条件为:碱灰质量比1.3、盐灰质量比0.7(NaNO3)或0.4(Na2O2)、熔炼温度500℃、熔炼时间60min。湿混料可以提高铝浸出率,以NaNO3为添加剂干混料铝浸出率最高可达87.52%,以NaNO3为添加剂湿混料铝浸出率最高可达92.71%,以Na2O2为添加剂湿混料铝浸出率最高可达92.76%。

基于二次铝灰的地聚反应稳固化垃圾飞灰

基于工业生产铝过程中回收的二次铝灰(SAD)的地质聚合反应,提出了一种稳固化城市生活垃圾焚烧飞灰(MSWIFA)的新方法,分析硅铝物质的量之比对飞灰中重金属浸出浓度及地聚物固化体力学性能的影响规律.结果表明,当硅铝物质的量之比小于2.5时,二次铝灰-SiO2基固化体与偏高岭土-SiO2基固化体中的重金属浸出浓度均随着硅铝物质的量之比的增加而逐渐降低,2种固化体的抗压强度随着硅铝物质的量之比的增加而增加;硅铝物质的量之比达到2.5时,重金属的浸出浓度与固化体的抗压强度均趋于稳定.XRD分析结果显示,偏高岭土-SiO2基固化体中聚合物的种类与数量均略高于二次铝灰-SiO2基固化体.但从重金属的浸出浓度与固化体的抗压强度来看,2类固化体对飞灰中重金属的稳固化效果的差别很小,二次铝灰加上部分硅基材料可以作为偏高岭土的替代品,用于稳固化飞灰重金属的地质聚合反应中.二次铝灰-SiO2基固化体的抗压强度达到13.65MPa,具备一定的力学性能,可用于部分特定的建筑材料.

二次铝灰中氧化铝碱溶研究

通过碱溶法从二次铝灰中提取氧化铝,探讨了固液比、碱液浓度、反应温度和反应时间等因素对氧化铝溶出率的影响。结果显示,在固液质量体积比为0.08 g/mL、碱液质量浓度为248 g/L、反应温度为250℃、反应时间为3 h和反应搅拌转速为400 r/min的实验条件下,氧化铝溶出率为98.6%;通过对二次铝灰中氧化铝溶出率、溶液苛性比和标准氧化铝-氧化钠-水系平衡图等指标进行分析,表明二次铝灰具有良好的碱溶性能。