徐 育,徐本軍,黃彩娟
(貴州大學(xué) 材料科學(xué)與冶金工程學(xué)院,貴州 貴陽 550025)
粉煤灰是火電廠燃煤鍋爐排出的一種工業(yè)固體廢棄物。近年來,隨著我國能源工業(yè)與電力工業(yè)的大力發(fā)展,粉煤灰的排放量急劇增加。粉煤灰的大量堆放不僅占用土地,而且還加重了環(huán)境污染[1]。
粉煤灰主要是富含Al2O3和SiO2的玻璃體,二者占粉煤灰總質(zhì)量的70%~80%。利用化學(xué)方法從中提取硅、鋁或硅鋁鐵合金,可以使其得到再利用[2]。從粉煤灰中回收 Al、Si、Fe等有用資源目前已有多種方法,如石灰燒結(jié)法[3-5]、酸堿聯(lián)合法[6-7]、酸溶沉淀法[8-11]等。本試驗(yàn)是在自制的高壓反應(yīng)釜中用酸溶解粉煤灰中的鋁。
試驗(yàn)用粉煤灰取自某火電廠,其化學(xué)成分見表1。
表1 粉煤灰主要化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %
試驗(yàn)所用設(shè)備有機(jī)械攪拌器,恒溫水浴鍋,真空泵,玻璃反應(yīng)容器,馬弗爐,自制高壓反應(yīng)釜。
粉煤灰中的鋁與一定濃度的硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁,而SiO2與硫酸不反應(yīng)從而留在渣中,過濾后可實(shí)現(xiàn)硅、鋁的分離。鋁的酸溶反應(yīng)如下:
將烘干的粉煤灰與硫酸一起加入到自制的高壓反應(yīng)釜中,密封后置于烘箱內(nèi)加熱浸出。浸出一定時(shí)間后,冷卻,加水浸出并過濾。分析渣和濾液中Al的含量,計(jì)算Al2O3浸出率。
Al2O3質(zhì)量濃度采用EDTA容量法測(cè)定,SiO2質(zhì)量濃度采用硅鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定。
硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)粉煤灰中Al2O3浸出率和濾液中SiO2質(zhì)量濃度的影響如圖1所示。
從圖1看出:硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)和液固體積質(zhì)量比的增大有利于Al2O3的浸出;增大液固體積質(zhì)量比的同時(shí),濾液中SiO2質(zhì)量濃度稍有增大,但僅為0.017%~0.5%,溶出率較低。
溫度對(duì)粉煤灰中Al2O3溶出率和濾液中SiO2質(zhì)量濃度的影響如圖2所示。Al2O3浸出率隨溫度升高而增大;溫度為180℃時(shí),兩組試驗(yàn)的浸出率相當(dāng),但溫度升高會(huì)使SiO2浸出率增大,使得硫酸鋁溶液中SiO2雜質(zhì)含量增大。
圖2 溫度對(duì)粉煤灰中Al2O3浸出率及濾液中SiO2質(zhì)量濃度的影響
不同浸出時(shí)間條件下,粉煤灰中Al2O3浸出率和濾液中SiO2質(zhì)量濃度如圖3所示。Al2O3浸出率隨浸出時(shí)間的延長(zhǎng)而增大;浸出3h,Al2O3浸出率變化幅度不大,而濾液中SiO2質(zhì)量濃度開始下降,因此,確定浸出時(shí)間為5h,此時(shí)可保持較高的Al2O3浸出率,又可控制濾液中SiO2質(zhì)量濃度較低。
圖3 浸出時(shí)間對(duì)粉煤灰中Al2O3浸出率及濾液中SiO2質(zhì)量濃度的影響
酸過量系數(shù)對(duì)粉煤灰中Al2O3浸出率和濾液中SiO2質(zhì)量濃度的影響如圖4所示。當(dāng)酸過量系數(shù)為1.4~1.5時(shí),Al2O3浸出率達(dá)到峰值,而濾液中SiO2質(zhì)量濃度較低,此時(shí),硫酸初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為35%左右。
圖4 硫酸過量系數(shù)對(duì)粉煤灰中Al2O3浸出率及濾液中SiO2質(zhì)量濃度的影響
1)由于硫酸初始濃度的影響較小,而浸出時(shí)間影響較大,因此綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果,確定最佳浸出條件為:浸出溫度180℃,浸出時(shí)間5h,液固體積質(zhì)量比5∶1,酸過量系數(shù)1.45,硫酸初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%。在此條件下,酸浸后粉煤灰中Al2O3浸出率達(dá)到90%以上。
2)隨著鋁的溶出,渣中硅鋁比增大,可以將其作為硅原料制備氧化硅產(chǎn)品,這不僅解決了粉煤灰的污染問題,而且降低了生產(chǎn)氧化硅的成本。
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