粉煤灰中铝硅资源化利用研究进展

这是一篇矿业工程领域的论文。粉煤灰不仅是燃煤电厂排放的大宗固体废弃物,同时又是一种潜在的二次资源。目前,粉煤灰的资源化利用虽然涉及领域比较广泛,但高值化利用率偏低。粉煤灰的主要化学成分为二氧化硅和氧化铝,充分利用其中的铝硅资源是提高其资源化利用率的重要途径之一。本文针对粉煤灰在提取冶金级氧化铝、制备非冶金级氧化铝、白炭黑、二氧化硅气凝胶以及硅铝复合材料等高附加值产品的应用情况进行了综述,对高值化利用目前存在的问题进行了分析,并指出了未来发展趋势。

水溶液隔膜电解除铁

在用高铝粉煤灰盐酸法制备氧化铝的过程中,粉煤灰中的铁会随酸性浸出液进入氯化铝溶液.为了低成本降低氯化铝溶液中铁杂质的质量分数,提出了在水溶液中电解除铁的方法.除铁实验中使用双室隔膜电解槽,对初始条件为pH值2.0,Fe^(2+)质量分数0.25%的FeCl_(2)溶液进行循环电解,研究了几种常见金属阴极板上单质铁的析出效果.结果表明:使用钛、铁、锡、铜、铅5种金属电极均可在5 h电解后达到90%的除铁率,溶液中亚铁离子的质量分数降低至小于0.03%.

宁夏红墩子矿区高铝煤炭资源特征初探

在收集了红墩子矿区勘探时期的大量钻孔资料基础上,对煤层、煤质化验数据进行整理分析,发现各可采煤层煤灰成分中氧化铝含量较高,平均含量达到35%~40%,其中5号煤层含量最高,并且其含量分布在平面和垂向上均具有一定的规律性。同时研究发现,成煤地质条件是高铝煤炭形成的关键因素。

粉煤灰制备聚合氯化铝铁及其对高岭土絮凝性能

以粉煤灰为原料,碳酸钠为助剂,经高温焙烧、盐酸酸浸、氢氧化钠聚合熟化,制备无机高分子聚合氯化铝铁(PAFC)絮凝剂,优化粉煤灰焙烧条件和PAFC絮凝剂的制备条件,将制备的PAFC絮凝剂产品用于处理高岭土废水。结果表明,活化剂碳酸钠与粉煤灰的质量配比为10:7,焙烧温度为800℃,焙烧时间为2 h,铝和铁离子的浸出率最高,分别为88.31%、53.66%。铝铁摩尔比为5.7:1,反应时间为1.5 h,制备的PAFC对高岭土废水浊度去除率最高,液体产品为黄褐色,烘干后所得固体产品为黄色粉末。对高岭土废水处理条件为p H值为7,PAFC液体絮凝剂投加量为1 mL/100 mL水样,慢速搅拌和静置沉降时间分别为45 min和60 min,形成的絮体粗大,沉降快,高岭土的浊度去除率为96.55%。

改良酸碱联合法利用高铝粉煤灰制备氧化铝的实验研究

本实验以高铝粉煤灰为原料、Na2CO3为助剂,经中温烧结,酸溶除硅,碱溶除铁,加入铝酸钡除微量硅后,制得较纯净的铝酸钠溶液;向该溶液中加入Al(OH)3晶种,采用种分分解法制备得到Al(OH)3沉淀,于1200℃下煅烧2 h后,制得α-Al2O3。分析结果表明,制备的-αAl2O3粉体形态不规则,粒径在10μm以下,性能达到国标GB8178-87三级标准。本项技术符合国家发展循环经济的要求,是高铝粉煤灰资源化高效利用的有效途径之一。

高铝粉煤灰提取氧化铝的研究进展

高铝粉煤灰是近年来在我国北方地区发现的一种新的粉煤灰类型,其主要特点是粉煤灰中氧化铝的含量高达40%左右。高铝粉煤灰作为一种区别于铝土矿的非传统氧化铝资源,其利用方式一直备受关注。高铝粉煤灰提取氧化铝既能有效降低粉煤灰环境污染,又能缓解我国铝土矿资源短缺问题。实现了粉煤灰的高附加值利用,同时符合国家循环经济的发展要求,相关研究近年来已成为一个研究热点。本文对国内某高铝粉煤灰化学组成、物相组成、粒度组成、形貌等基本特性进行了分析。在此基础上对国内外粉煤灰提铝技术,包括石灰石烧结法、碱石灰烧结法、酸溶法、酸碱联合法等从研究现状、反应原理和技术优缺点等几个方面进行了分析和比较。指出了制约各种方法工业化发展的关键因素。最后结合近年来的研究进展,探讨了今后应解决的关键问题和主要研究方向。

利用高铝粉煤灰制备氢氧化铝的实验

以无水碳酸钠为助剂，分解高铝粉煤灰中的莫来石和铝硅酸盐玻璃相。经中温烧结、酸浸使硅铝分离，调节pH值为5～6纯化含铝滤液，通入CO2气体酸化等工序，可制备氢氧化铝粉体。采用X射线粉末衍射、扫描电镜、化学分析方法对制品进行表征，结果表明：制备的氢氧化铝为球形颗粒，其粒径为200nm左右，性能达到GB／T4294-1997的三级标准。实验所采用的工艺路线是高铝粉煤灰资源化高效利用的有效途径之一。

Na_2O对高铝粉煤灰合成莫来石的影响

本文研究了Na2O添加量和烧结温度对粉煤灰合成莫来石材料性能、晶体结构和显微形貌的影响。结果表明,Na2O可较大辐度降低粉煤灰合成莫来石的温度。在1300℃,Na2O添加至2%时,生成的莫来石细小,含量较高,但试样强度不高;Na2O添至4%时,莫来石发育为长柱状,长径比约8～12,并且相互交错成网状,材料的机械强度较高,抗折强度为97.71MPa,莫来石相对含量为76.1%;Na2O添加至8%时,莫来石含量明显减少,晶形变为不规则状。在一定范围内,材料的体积密度、烧成线收缩率和抗折强度均随温度的升高而增大,莫来石含量也相应增多。

NaF对高铝粉煤灰合成刚玉-莫来石材料的影响

采用XRD、SEM手段研究了NaF添加量和烧结温度对高铝粉煤灰合成刚玉-莫来石材料的性能、晶体结构和显微形态的影响。实验结果表明，NaF可以有效降低合成刚玉-莫来石材料的烧结温度，在1200℃、NaF添加量为2％时，生成的莫来石颗粒较细小，且均匀分布在玻璃相中，材料的综合性能良好，体积密度为3．08g／cm^3，抗折强度为62．11MPa，莫来石与刚玉的含量比约为2：1；当NaF添加至4％时，莫来石发育为长柱状，长径比约6～10，并且相互交错成网状，但其含量减少，材料强度降低；NaF添加至8％时，莫来石相消失，材料主晶相为刚玉，同时生成较多的玉米状呈十字交叉形的钠长石晶簇。

高铝粉煤灰碱溶法制备氢氧化铝的研究

实验研究了采用两步碱溶法从高铝粉煤灰中提取氢氧化铝的可行性。首先采用浓度为8 mol/L的NaOH溶液,在95℃的条件下溶出高铝粉煤灰中部分非晶态SiO2;所得脱硅粉煤灰再与适量CaO混合均匀,在260~280℃下以浓度18~20 mol/L的NaOH溶液溶出Al2O3,得到高苛性比的铝酸钠溶液;经降低苛性比、脱硅和碳酸化分解,制得氢氧化铝制品。化学成分分析结果表明,该氢氧化铝制品符合GB/T 4294-1997规定的一级标准。与其他从高铝粉煤灰中提取氧化铝的工艺相比,该方法避免了粉煤灰原料的高温烧结过程,生产能耗显著降低,加工过程的环境相容性良好。

P204从高铝粉煤灰硫酸浸液中萃取除铁

主要针对高铝粉煤灰酸浸液中铁铝萃取分离性能进行研究,通过模拟高铝粉煤灰酸浸液(C(Al^(3+))=37.1 g/L,C(Fe^(3+))=5.1 g/L),采用P204+260^(#)溶剂油萃取体系,对组成液中铁铝进行萃取分离,系统研究了P204体积分数、温度、反应时间、溶液初始pH值、相比V_((O))∶V_((A))等因素对萃取和反萃的影响,得出以下结论:在有机相为40%P204+60%260^(#)溶剂油,温度为60℃,反应时间为20 min,水相pH值为0.4,相比V_((O)):V_((A))为1∶1的条件下,模拟酸浸液中铁的萃取率可达93.24%,铝的萃取率为2.3%。当反萃采用5 mol/L的盐酸溶液,相比V_((O))∶V_((A))为1∶3时,经过10 min的反应,铁的反萃率可达92.96%。

高铝粉煤灰制备的高白氢氧化铝的物性分析

以高铝粉煤灰烧结熟料为原料,经溶出、深度脱硅和分解(碳酸化分解或晶种分解)得到高白氢氧化铝,利用XRD、SEM和低温氮气吸附法等手段,对比了两种分解方法制得的高白氢氧化铝的物性。结果表明:种分氢氧化铝的结晶度比碳分氢氧化铝好,其晶体结构致密,晶型结构完善。氢氧化铝的等温吸附曲线属于III型,氢氧化铝以微孔为主,碳分氢氧化铝还存在一定数目的介孔和大孔。关联了碳分铝酸钠精液硅指数与高白氢氧化铝白度的关系,氢氧化铝的平均孔径和氢氧化铝吸油值的关系。

高铝煤混燃飞灰电除尘特性的试验研究

我国部分地区的煤燃烧后飞灰的铝含量高达45%以上,严重影响了飞灰的电除尘性能,实际测定其飞灰比电阻达到了1012Ω.cm以上,使电除尘器效率明显下降。采用高铝煤与其它煤种按不同比例混配后在高温炉中燃烧,并测定燃烧后飞灰的粒径、比电阻等特性;对电除尘效率进行建模计算,在保证对锅炉燃烧热效率影响不大的情况下,找出最佳混配比例,使混燃后高铝煤灰的物化特性得到改善,从而提高电除尘效率。

球形粉煤灰基高温定形复合相变蓄热材料的制备与性能

研究了干压成型法制备球形高温定形复合相变蓄热材料的工艺.采用粉煤灰为陶瓷基体材料、金属铝为相变介质,以PVA作黏合剂,通过球形模具干压成型后,在室温至1 000℃程序控温及无保护气的条件下进行无压烧结,得到直径D为7.5mm的近球形高温定形相变材料,有望在高温球形堆积床蓄热器中加以应用.研究表明:相变介质含量、坯料量和素坯成型压力对材料的球形度及烧结稳定性有明显影响,烧结后相变介质由最初的单质铝转变为Al-Si共晶合金.当坯料量为0.35g、成型压力为0.6 MPa时,制备的D7.5mm球形材料铝含量可达57%(质量分数),球形度为0.92,密度为1.60g/cm^3,经20次热震后相变潜热为62.49J/g,相变温度峰值为577.33℃.

聚硅酸铝铁絮凝剂的制备及其性能研究

以高铝粉煤灰、硫酸烧渣、工业废酸为原料制备聚硅酸铝铁。根据所用高铝粉煤灰的化学与物相组成特点,确立了采用以天然碱为助溶剂的固相热解活性激活法联合酸溶提取硅铝铁的工艺路线,并利用正交试验确定了聚硅酸铝铁最佳合成工艺条件:硅铝摩尔比1∶0.7,硅铁摩尔比1∶0.5,pH值为2,聚合温度为60℃;然后借助XRD、IR、SEM对产品进行了表征,表明制备出了聚合度好、聚体单元大的聚硅酸铝铁;同时进行产品絮凝性能检测,显示出较传统絮凝剂具有更为突出的絮凝性能。

煤粉炉高铝粉煤灰碱溶脱硅反应动力学

以内蒙古中西部地区某电厂煤粉炉高铝粉煤灰为对象,研究NaOH溶液脱除粉煤灰非晶态SiO2过程中搅拌速度、反应温度、NaOH溶液初始浓度对粉煤灰非晶态SiO2浸出率的影响,通过实验数据与液固多相反应缩芯模型拟合的方法确定动力学规律及动力学方程。结果表明:SiO2的浸出过程分为2个阶段,反应前期为表面反应控制,表观活化能为80.15 kJ/mol;反应后期为固膜扩散控制,表观活化能为29.93 kJ/mol。结合动力学实验结果及扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)分析可知,随着反应的进行,固相产物逐渐附着于粉煤灰表面形成固膜导致控制步骤转变。

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。

工艺条件对高铝粉煤灰制备莫来石性能的影响

以内蒙古中西部地区某电厂煤粉炉高铝粉煤灰为原料,经碱液预脱硅、酸洗除杂活化处理,烧结得到莫来石。研究了不同工艺条件对烧结莫来石产品性能的影响及不同烧结条件下的莫来石产品物相及显微形貌转变规律。实验结果表明,经过预处理后,粉煤灰中的Al2O3含量由47.58wt%提高至65.35wt%,当原料平均粒径为2.89μm,烧结温度为1600℃,恒温时间为2 h时,经预处理后的粉煤灰烧结得到莫来石相含量高、长约10μm左右的棒状晶体,且理化性能良好,满足相关行业标准要求。

高铝粉煤灰提取氧化铝工艺研究进展

根据粉煤灰提取氧化铝核心反应特性将现有工艺总体分为酸法和碱法,并从氧化铝提取率、反应条件、产渣量及设备可靠性等方面分别进行了论述,总结了现有工艺的优缺点,并提出了粉煤灰提取氧化铝技术未来研发方向。

粉煤灰基聚硅酸铝铁絮凝剂处理高浊度废水实验研究

为了解决目前高浊度矿井水处理中浊度变化幅度大、大量粉煤灰废弃物资源化利用等问题,用模拟高浊度废水和高浊度矿井水,采用正交试验和SPSS统计分析法相结合,研究自制粉煤灰聚硅酸铝铁絮凝剂对高浊度废水去浊效果的影响,确定了最佳铝、铁、硅物质的量配比、絮凝剂用量、沉降时间等.结果表明,n(Al+Fe)/n(Si)为2~4、n(Al)/n(Fe)为8、絮凝剂用量为50 mg/L时,自制絮凝剂对高浊度模拟废水中的浊度去除效果最好;用量为30 mg/L,沉降时间为30 min时,自制絮凝剂对高浊度矿井水中的浊度去除效果最好,且优于聚合氯化铝和聚合硫酸铁.