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        從粉煤灰中酸溶鋁的試驗(yàn)研究

        2013-10-24 03:02:32徐本軍黃彩娟
        濕法冶金 2013年1期
        關(guān)鍵詞:影響質(zhì)量

        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。

        1 試驗(yàn)部分

        1.1 原料和設(shè)備

        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。

        1.2 試驗(yàn)原理與方法

        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。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)粉煤灰中Al2O3浸出率的影響

        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。

        2.2 溫度對(duì)粉煤灰中Al2O3浸出率的影響

        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

        2.3 浸出時(shí)間對(duì)粉煤灰中Al2O3浸出率的影響

        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

        2.4 酸過量系數(shù)對(duì)Al2O3浸出率的影響

        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

        3 結(jié)論

        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。

        [1]黃明.粉煤灰資源化綜合利用應(yīng)用[J].磚瓦,2006(8):39-44.

        [2]劉亞麗.論粉煤灰的精細(xì)化利用現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào),2011(19):288.

        [3]佟志芳,鄒燕飛,李英杰.粉煤灰燒結(jié)料鹽酸浸出鋁鐵工藝研究[J].非金屬礦,2009,32(1):67-69.

        [4]Rautaray S K,Ghost B C,Mitttra B N.Effect of Fly Ash,Organic Wastes and Chemical Fertilizers on Yield,Nutrient Uptake,Heavy Metal Content and Residual Fertility in A Rich-mustard Cropping Sequence Under Acid Laterotic Soils[J].Bioresource Technology,2003,90(3):275-283.

        [5]Dastidar A G,Amyotte P R.Explosibility Boundaries for Fly Ash/pulverized Fuel Mixtures[J].Journal of Hazardous Materials,2002,92(2):115-126.

        [6]Peng F,Liang K M,Hu A M.Nano-crystal Glass-ceremics Obtained From High Alumina Coal Fly Ash[J].Fuel,2005,84(4):341-346.

        [7]丁宏婭,馬鴻文,高飛,等.改良酸堿聯(lián)合法利用高鋁粉煤灰制備氧化鋁的實(shí)驗(yàn)研究[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào),2006,25(4):348-352.

        [8]吳艷,翟玉春,李來時(shí),等.新酸堿聯(lián)合法以粉煤灰制備高純氧化鋁和超細(xì)二氧化硅[J].輕金屬,2007(9):24-27.

        [9]孫洪海,龔舒哲.以粉煤灰為原料制備鋁鹽和白炭黑[J].科教文匯,2008(4):202.

        [10]王平,李遼沙.粉煤灰制備白炭黑的探索性研究[J].中國資源綜合利用,2004(7):25-27.

        [11]董典同,張杰,郭建民,等.利用鈦白廢酸從粉煤灰中提取鋁的研究[J].青島建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2003,24(3):50-52.

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