利用高铝粉煤灰制备氢氧化铝的实验.pdf

第!卷#第$期!%年&月现#代#地#质()*+,(-+(./0 1!#-/1$!*2 3 1!%利用高铝粉煤灰制备氢氧化铝的实验丁宏娅!马鸿文!王蕾!李贺香!中国地质大学 矿物材料国家专业实验室北京#4 5$#收稿日期!%4 4 8#改回日期!%6 4!#责任编辑!孙义梅%#基金项目!中国地质大学矿物材料国家专业实验室开放基金项目!6 4 4$%#作者简介!丁宏娅女硕士研究生4&5 4年出生无机非金属材料专业现主要从事矿物材料的研究工作%摘要!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 3 I值为 8a%纯化含铝滤液通入+)!气体酸化等工序可制备氢氧化铝粉体%采用 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!V左右性能达到 :P 6!&6(4&7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%关键词!高铝粉煤灰#氢氧化铝#氧化铝资源中图分类号!;8 7 8#;8 7&#P O!$#文献标识码!#文章编号!4 =5 8!7!%$=6 8=6R 7/K%7%2&+6#5 C&5 CP=1 7 U 1/+7 CP -3 M%#5 C&%#=6*3*6&G U K/7 C/&2%#O 2 5 1=d,-I/M 9 A B N G U LS/X G E VK B Q W/B U 2 B S B B E i G 0 G B Q A B M 2 U U/X 2 K/V 3/S 2 U L 2 V E 0 0 G U 2 B XB 0 E V G /S G 0 G K B U 2 M 0 B S S 3 L B 9S 2 S/Y L G M L 9 B 0 E V G B Y 0 A B S LY Q/VB K/B 0 3/R 2 Q 3 0 B U G /Q U L 2 Q+L G B U L 2 B 0 E V G E VL A X Q/i G X 2 R B S 3 Q 2 3 B Q 2 XW AS G U 2 Q G MU L 2Q B RV B U 2 Q G B 0 SB U G U 2 Q V 2 X G B U 2U 2 V 3 2 Q B U E Q 2 B K G X 9 0 2 B K L G MU/S 2 3 B Q B U 2S G 0 G K BB XB 0 E V G BY Q/VU L 2S G U 2 Q 2 XV B U 2 Q G B 0 S B X F E S U G M U L 2 3 IT B 0 E 2/Y U L 2 Y G 0 U 2 Q 2 XB 0 E V G E VK L 0/Q G X 2 S/0 E U G/Q B M G M Y Q/V8U/%U/3 E Q G Y AU L 2Y G 0 U Q B U 2 B XB K G X G Y A G M W A 2 U Q B K 2/Y+)!_ d*(NB XK L 2 V G K B 0 B B 0 A S G S V 2 U L/X S R 2 Q 2 E S 2 XU/K L B Q B K 9U 2 Q G 2U L 2B 0 E V G E VL A X Q/i G X 23 Q/X E K U P L 22 i 3 2 Q G V 2 U B 0 Q 2 S E 0 U S G X G K B U 2 XU L B U U L 23 Q 2 3 B Q 2 XB 0 E V G E VL A X Q/i 9G X 2 R G U LM Q B E 0 B Q S G 2 B Q/E X!VG X G B V 2 U 2 Q R B S S 3 L 2 Q G K B 0 3 B Q U G K 0 2 S G S L B 3 2 B XS B U G S Y G 2 XR G U LU L 2+L G 9 B-B U G/B 0+L 2 V G K B 0*U B X B Q X:P 6!&6(4&7 P L 2 S 2Q 2 S E 0 U S X 2 V/S U Q B U 2U L B U U L G S U 2 K L G h E 2G S G X E S U Q G B 0 0 AY 2 B S G W 0 2U/E U G 0 G 2U L G S S/Q U/Y L G M L 9 B 0 E V G BY 0 AB S LB S B3/U 2 U G B 0 B 0 E V G BQ 2 S/E Q K 2G U L 2Y E U E Q 2 7 1*L G M L 9 B 0 E V G BY 0 AB S L#B 0 E V G E VL A X Q/i G X 2#B 0 E V G BQ 2 S/E Q K 2#引#言粉煤灰是燃煤电厂排出的工业废渣%随着中国电力工业的快速发展粉煤灰的排放量也日益增长%据报道截至!6年底中国火电机组装机总容量达$1!6亿 Z 由此估计全国电力行业排放的粉煤灰已达$亿 U B%高铝粉煤灰中含有较高的氧化铝以此类粉煤灰来制备铝化合物产品不仅有可能显著减少中国经济和社会发展对铝土矿资源的大量消耗又能高效利用这类工业固体废物达到减少储存占地)减少环境污染的良好效果+4=!,%氧化铝的制备工业属于资源型工业原材料用量)能源消耗量)三废排放量都很大导致资源利用率很低因此要实现氧化铝工业的可持续发展战略就必须实施清洁生产+$,%目前国内外利用高铝粉煤灰制备氧化铝!氢氧化铝$常用的工艺主要有石灰石烧结自粉化法+6,)酸浸法+8,)硫酸铝胺热解法+%,等%其中石灰石烧结自粉化法要求原料的烧结温度为 4$!a 46 p能耗万方数据较高且由其副产品硅酸二钙制得的水泥熟料产量是氧化铝产量的4 倍故目前中国水泥市场供大于求的现状限制了该工艺的进一步发展#酸浸法中采用-I6为助剂对粉煤灰进行活化产生的 I 气体会严重腐蚀设备#硫酸铝胺热解法则存在热分解现象产生的*)$气体也会腐蚀设备污染生产环境%本项实验采用无水碳酸钠为助剂中温分解高铝粉煤灰中的莫来石和铝硅酸盐玻璃相进而通过酸碱联合法纯化氯化铝溶液相%此法能制备符合国家标准的氢氧化铝产品且能耗低不产生有害气体整个工艺过程符合&清洁生产 的要求%4#实验部分?I?实验原料实验采用华北某热电厂排放的高铝粉煤灰!:9 6$为原料从其化学成分分析结果看出其 0!)$质量分数达$5 1!$e同时还含有 8 4 1$e的*G)!和4 1 4$e的 2!)$)+B)P G)!等氧化物%射线粉末衍射分析结果表明*其主要结晶相为莫来石和石英!图4$同时存在少量非晶态的炭%采用矿物晶胞参数计算软件+(C C*_+7,对所得数据指标化计算出该莫来石晶胞参数*.k 1 7 6!V Ik 1 7 7 V 2k 1 8 7 8 V%扫描电镜!图!$分析显示*粉煤灰中除含有大量呈针状或棒状形态的莫来石晶体外还含有较多的呈球形的铝硅酸盐玻璃体球体直径多介于!a4&V之间%图 4#粉煤灰原料!:9 6$的 射线衍射图 G M 1 4#_ d3 B U U 2 Q/Y U L 2Y 0 AB S L!:9 6$?I E 实验方法与理论分析4 1!1 4#莫来石分解高铝粉煤灰中的主要物相莫来石是一种链状结构硅酸盐具有很高的化学稳定性在酸性)碱性溶剂及玻璃熔融体中都表现出较强的抗侵蚀图!#粉煤灰原料!:9 6$的扫描电镜照片 G M 1!#*(N3 L/U/M Q B 3 L/Y U L 2Y 0 AB S L!:9 6$能力+7=4$,%要从高铝粉煤灰中提取 0!)$就必须破坏含铝元素的莫来石的结构使之转变为一种在酸性或碱性介质中易溶的物相%从粉煤灰的化学组成和-B!)(0!)$(*G)!三元体系相图+&,分析可知*此类产物有霞石)偏铝酸钠)偏硅酸钠等%由此可选择无水碳酸钠作为助剂来分解莫来石晶相%在中温烧结过程中主要发生如下化学反应+4 6,*0%*G!)4$!V E 0$g$-B!+)$k!-B 0*G)6g#6-B 0)!g$+)!,!4$0!)$!M 0 S$g-B!+)$k!-B 0)!g+)!,!$*G)!M 0 S$g-B 0)!k-B$的 射线粉末衍射图!图$上主要显示霞石的特征衍射峰并有微弱的-B!*G)$衍射峰莫来石的衍射峰已经完全消失这与上述理论分析相符+7=5,%由物质平衡原理+4 ,分析反应产物中霞石的质量分数约为5&e偏硅酸钠!-B!*G)$为 4 e钙钛矿)磁铁矿等约为 4 e%4 1!1!#硅铝分离霞石是一种易溶于酸的物质加入盐酸时将发生如下化学反应*-B 0*G)6g6 Igg5 I!)&-Bgg$的 射线粉末衍射图 G M 1$#_ d3 B U U 2 Q/Y U L 2Q/B S U 2 XV B U 2 Q G B 0 S!:9+$体形式存在铝元素则以离子形式存在+4 4,因而采用酸浸可达到分离*G)!)$反应时间为%V G 过滤除去其中的不溶物#然后将过滤得到的硅铝质溶胶微热使其中的二氧化硅转化为凝胶#最后过滤洗涤沉淀为硅酸凝胶对其进行相应的处理用于制备白炭黑)多孔氧化硅)氧化硅气凝胶等无机硅化合物%滤液为含少量杂质的氯化铝溶液用于制备氢氧化铝%4 1!1$#氯化铝溶液提纯从酸浸后滤液!:9 C$的化学成分分析结果中看出*除含 0$g外还含有少量其他杂质离子!表4$%实验利用 0!)I$的酸碱两性和各金属氢氧化物具有不同溶度积的性质通过调节 3 I值使溶液中的其他杂质离子与 0$g分离从而达到纯化氯化铝滤液相的目的%表?氯化铝溶液 4 M N#的化学成分分析结果!(:!M-C?$A%;#/?B 3/C$%#%&%#=*+2 3/%#5 C&5 C$3#7 1/*#5 M2&!4 M N$样品*G)!P G)!S 3k+J g,+)I=,和滤液中各离子的浓度可计算出!8p时不同金属氢氧化物沉淀的 3 I值范围!表!$直接查表+4!,得到 S 3值%由表!中可见当 3 I值在 8左右时 0$g)2$g等均以氢氧化物沉淀形式存在沉淀同时吸附一些含*G 杂质而 N M!g和+B!g还未开始沉淀与-Bg)+0=等可溶性离子一起存在于溶液中%由于 0!)I$具酸碱两性当继续向得到的氢氧化物沉淀中加入-B)I 至 3 I o&时 0$g即 以 0!)I$=6形式溶出由此可将 0$g与 2$g)+B!g等杂质离子分开得到纯化的-B 0!)I$6溶液%表 E E Wa时金属氢氧化物沉淀的 K P值范围A%;#/E A 3/K P7%&-/*+2 3/3=1 7 U 1/K 7/$K 2%2/%2 E Wa氢氧化物开始沉淀时的3 I值#沉淀完全时的 3 I值!金属离子浓度为 4=8V/0 C$2!)I$!1!1 5 0!)I$1 68 1 N M!)I$!&1 74 4 1!+B!)I$!4!1 84$1&#因此氢氧化铝的具体制备过程如下*先将硅铝分离后的氯化铝溶液的 3 I值调至 8a%将生成的沉淀过滤)洗涤#然后以-B)I溶液溶解该沉淀至液相的 3 Io&再次过滤)洗涤得到纯化的偏铝酸钠溶液#再向溶液相中通入+)!即生成氢氧化铝沉淀#最后在 4 4 p下干燥!6L 即制得氢氧化铝制品!:9 I$%图 6#氢氧化铝制品!:9 I$的 射线衍射图 G M 1 6#_ d3 B U U 2 Q/Y U L 2 B 0 E V G E VL A X Q/i G X 2 3 Q/X E K U!:9 I$!#实验结果与讨论由实验制品!:9 I$的 射线粉晶衍射图!图6$可见采用该工艺可制得氢氧化铝产品%采用矿物晶胞参数计算软件+(C C*_对所得数据指标化+7,计算出氢氧化铝制品的晶胞参数如下*.k 1 8 8 V#Ik 1 5%V#2k 1&6 6 V#&k&l 4%m%制备的氢氧化铝的颗粒形态呈球形粒径大都在!V左右!图 8$%对实验制备的氢氧化铝的化学成分分析表明*制品中 0!)$的质量分数大于其最大值%8 e说明其制品并不以标准的 2 32 3/J 4b A H E H?X等级牌号化学成分:e最低 0!)$含量最高杂质含量*G)!#2!)$#-B!)#灼减量一级 I 9 4%6 1 8 1 !1 !1 6$8 1 二级 I 9!%6 1 1 6 1$1 8$8 1 三级 I 9$%$1 8 1 5 1 8 1%$8 1 实验制品:9 I#7 1&6 1 7 1 4 1 4%!5 1 7&#注*氧化铝含量为 4 e减去表中杂质的含量#表中化学成分按!4 4 b 8$p温度下烘干的干基计算%图 8#氢氧化铝制品!:9 I$的扫描电镜照片 G M 1 8#*(N3 L/U/M Q B 3 L/Y U L 2B 0 E V G E VL A X Q/i G X 23 Q/X E K U!:9 I$射线粉末衍射分析结果相符%计算得氢氧化铝制品的分子式为&=0!)I$!1$%将其杂质含量与:P6!&6(4&7中的标准对比看出所得制品达到了氢氧化铝工业产品 :P6!&6(4&7规定的三级标准!表$其中 2!)$)-B!)含量的测定值均优于一级标准只有*G)!杂质的含量高于一级标准规定的 1 !e这是后续研究中应进一步改进之处%$结论以无水碳酸钠为助剂经中温!5 a&p$烧结反应可以使高铝粉煤灰中莫来石晶相的链状结构破坏形成在酸性介质中易溶的霞石相!-B 0*G)6$次要物相为偏硅酸钠!-B!*G)$%在常温条件下采用浓度为!1 8a 8 1 V/0 C的稀盐酸对高铝粉煤灰的烧结反应产物进行酸浸能使其硅铝分离得到氯化铝溶液%通过调整 3 I值除去氯化铝溶液中的其他杂质离子制备的氢氧化铝制品符合 :P 6!&6(4&7规定的氢氧化铝三级标准%理论分析和实验结果表明本项研究采用的工艺对于利用高铝粉煤灰制备氢氧化铝制品在技术上是可行的煅烧氢氧化铝制品可进一步制备不同规格的氧化铝产品+4$,%与其他方法比较该工艺过程具有能耗低)无有害气体排放)符合&清洁生产 要求等优点是高铝粉煤灰资源化利用的可行技术途径之一%参考文献!+4,#方荣利刘敏唐中华粉煤灰资源化的一种有效途径+J,环境污染治理技术与设备!6$!8$*5$=5 7+!,#I B S 2 D-/U U 2;2 U Q G 2J P L 22 T G Q/V 2 U B 0 G V 3 B K U/Y B S LV B B M 2 V 2 U G K/B 0 9 W B S 2 X3/R 2 Q M 2 2 Q B U G/+J,3 3 0 G 2 X 2/9K L 2 V G S U Q A !4 7$*4 4$4=4 4 6 4+$,#田红献氧化铝清洁生产工艺现状及展望+J,安阳师范学院学报!6!$*!=!6+6,#赵宏陆胜解晓斌用粉煤灰制备高纯超细氧化铝粉的研究+J,粉煤灰综合利用!%$*5=4 +8,#N 2 Q A 2 V*N 2 L U B 3;q Z 2*2 U B 0 K G X0 2 B K L G M/Y K/B 0 B XK/B 0 9 B S L 2 S+J,E 2 0 !$!5!$*4 7!4=4 7$6B Q ZI+;B Q ZDJ*U 2 T 2 S _*A U L 2 S G S/Y B 0 E V G B Y Q/VL G M L3 E Q G U A B 0 E VX 2 Q G T 2 XY Q/VK/B 0 Y 0 A B S L+J,N B U 2 Q G B 0 S*K G 2 K 2 B X(M G 2 2 Q G M !6!$%7$*4%=4 7 +7,#马 鸿 文结 晶 岩 热 力 学 软 件+N,北 京*地 质 出 版社4&+5,#倪文陈娜娜赵万智等莫来石的工艺矿物学特性及应用+J,地质与勘探4&6$!$*!%=$+&,#周亚栋无机材料物理化学+N,武汉*武汉工业大学出版社!+4 ,#马鸿文结晶盐热力学概论!第!版$+N,北京*高等教育出版社!4+4 4,#罗孝俊杨卫东李荣西等3 I值对长石溶解度及次生孔隙发育的影响+J,矿物岩石地球化学通报!4!$*4$=4 7+4!,#武汉大学分析化学+N,北京*高等教育出版社!4+4$,#张晓云马鸿文王军玲利用高铝粉煤灰制备氧化铝的实验研究+J,中国非金属矿工业导刊!8!6$*!7=$+4 6,#李贺香马鸿文高铝粉煤灰中莫来石及硅酸盐玻璃相的热分解过程+J,硅酸盐通报!%!8!$*$=7 56现#代#地#质!%年#万方数据利用高铝粉煤灰制备氢氧化铝的实验利用高铝粉煤灰制备氢氧化铝的实验作者：丁宏娅，马鸿文，王蕾，李贺香，DING Hong-ya，MA Hong-wen，WANG Lei，LIHe-xiang作者单位：中国地质大学,矿物材料国家专业实验室,北京,100083刊名：现代地质英文刊名：GEOSCIENCE年，卷(期)：2006,20(3)被引用次数：8次 参考文献(14条)参考文献(14条)1.方荣利;刘敏;唐中华 粉煤灰资源化的一种有效途径期刊论文-环境污染治理技术与设备 2004(05)2.李贺香;马鸿文 高铝粉煤灰中莫来石及硅酸盐玻璃相的热分解过程期刊论文-硅酸盐通报 2006(03)3.张晓云;马鸿文;王军玲 利用高铝粉煤灰制备氧化铝的实验研究期刊论文-中国非金属矿工业导刊 2005(04)4.武汉大学 分析化学 20015.罗孝俊;杨卫东;李荣西 pH值对长石溶解度及次生孔隙发育的影响期刊论文-矿物岩石地球化学通报2001(02)6.马鸿文 结晶盐热力学概论 20017.周亚栋 无机材料物理化学 20028.倪文;陈娜娜;赵万智 莫来石的工艺矿物学特性及应用 1994(03)9.马鸿文 结晶岩热力学软件 199910.Park H C;Park Y J;Stevens R Synthesis of alumina from high purity alum derived from coal flyash 2004(367)11.Meryem S;Mehtap Pke S Acid leaching of coal and coal-ashes外文期刊 2003(82)12.赵宏;陆胜;解晓斌 用粉煤灰制备高纯超细氧化铝粉的研究期刊论文-粉煤灰综合利用 2002(06)13.田红献 氧化铝清洁生产工艺现状及展望期刊论文-安阳师范学院学报 2004(02)14.Hansen Y;Notten P;Petrie J The environmental impact of ash management in coal-based powergeneration外文期刊 2002(17)引证文献(8条)引证文献(8条)1.姚文贵.马鸿文.姜晓谦.刘玉芹 白云岩酸解法制备轻质氧化镁和碳酸钙实验研究期刊论文-现代地质2011(1)2.郎吉清 粉煤灰提取氧化铝的研究进展期刊论文-辽宁化工 2010(5)3.周金华 粉煤灰制备氧化铝的研究进展期刊论文-辽宁化工 2009(2)4.杨石波.王际东.屈一新.孟浩亮 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