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。

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。

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。

钙固化碱焙烧−水浸法从二次铝渣中分离氟和铝

设计一种钙固化碱焙烧−水浸出联合工艺处置二次铝渣,研究CaO用量、NaOH用量、焙烧温度和时间对铝溶出和氟固化行为的影响。在最佳实验条件(焙烧温度1000℃、Al与NaOH摩尔比1꞉0.6、F与CaO摩尔比1꞉2.5、焙烧时间2.0 h)下,氟和铝被分离,其中氟固化率为99.98%,铝溶出率为52.97%。水浸液经蒸发结晶,可得到符合中国工业标准的NaAlO_(2)产品;水浸渣可作为速凝水泥原料。总体而言,此研究为处置二次铝渣提供了一个有效、环保的解决方案。

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。

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。

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。

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。

二次铝灰脱氮制备铝酸钙的实验研究

铝及铝材熔铸过程产生的铝灰中含有大量氧化铝,是重要的二次含铝资源。作为铝工业的危险固体废弃物,铝灰可以转化为价值较高的铝酸钙、氢氧化铝等产品。本文以二次铝灰为原料、碳酸钙为药剂制备铝酸钙,探讨了钙铝比、保温时间及焙烧温度对铝酸钙制备工艺的影响,结果表明:在钙铝比1.1~1.2,保温时间1.25~1.5 h,焙烧温度1150~1200℃的条件下,产物中C_(12)A_7的质量分数较高。各因素影响的次序是:钙铝比的影响显著,保温时间次之,焙烧温度最弱。在钙铝比1.2、保温时间1.5 h、焙烧温度1150℃的条件下制备了铝酸钙,产品中C_(12)A_7的质量分数为75.1%,含少量镁铝尖晶石和硅酸盐。初步探讨了二次铝灰中氧化铝和碳酸钙的固-固反应机理。

电解铝行业二次铝灰综合利用与聚铝净水剂生产对水环境的影响研究

我国电解铝行业的生产过程中产生大量二次铝灰。目前大部分企业将其按照危废处置,但也有部分企业开始尝试利用铝灰中的铝和三氧化二铝生产液态聚铝净水剂。本文简述了利用二次铝灰生产聚铝的工艺,分析并检测了液态聚铝中可能残留的氟化物、重金属等,并对以上污染物是否会对水体产生二次污染进行了评价,最后对二次铝灰是否适用于生产聚铝提出了结论及建议。

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。