这些固体废弃物不仅数量巨大,而且对生态环境及地表景观构成了严重危害。 高铝粉煤灰中氧化铝含量大于30%,以此作为生产Al_2O_3的原料,不仅能高效利用该固体废弃物,减少对铝土矿资源的消耗,而且能缓解我国对氧化铝产品的需求。 本论文采用改进酸碱联合法,以高铝粉煤灰为原料来制备Al_2O_3产品,即酸碱联合法与种分分解法结合,以种分分解法中铝酸钠溶液的循环利用来解决酸碱联合法中碱耗大的问题。
实验中,以我国华北某热电厂排放的高铝粉煤灰(BF-04)为原料,其中Al_2O_3含量为38.23%,主要物相为莫来石和铝硅酸盐玻璃体。
通过理论分析和实验证明,以Na_2CO_3为助剂,粉煤灰与Na_2CO_3质量比为10.85,在880℃下烧结90min,得到在酸性介质中易溶的霞石相(其中霞石含量为93%),该条件下高铝粉煤灰分解率达97%以上。 美国采用Ames法(石灰烧结法),年处理粉煤灰30万吨,Al2O3提取率为80%。
美国橡树岭国家实验室已完成DAL法(酸浸法)从粉煤灰中提取各种金属、残渣作填料的研究。 此外美国还将粉煤灰掺入铝中,提高铝的产量,降低成本、增加硬度、改善可加工性及提高耐磨性。 近些年来国外有关这方面的报道较少,较新的研究成果是Park等采用明矾中间体法从粉煤灰中提取了氧化铝。 我国从粉煤灰中提取氧化铝的研究同样可以追溯到 20 世纪50 年代,至1980年,安徽冶金科研所和水泥研究所提出用石灰石烧结-碳酸钠溶出工艺从粉煤灰中提取氧化铝、其硅钙渣用作水泥原料的工艺路线,于1982 年2 月通过专家鉴定。 宁夏自治区建材研究院在90 年前后展开了碱-石灰烧结法从粉煤灰中提取氧化铝的研究,其特点之一是先对粉煤灰进行脱硅处理之后再采用碱-石灰烧结法从中提取氧化铝。
内蒙古蒙西集团和中国科学院长春应用化学研究所合作,已经进行了将近10 年的研究,目前已经获得了一套石灰石烧结法提取氧化铝并联产水泥的技术路线,该项目2006 年初通过批准,现已开始投资兴建年产40 万吨氧化铝的生产线。 此外,东北大学在山西也展开了类似的研究,目前也已取得阶段性成从粉煤灰中提取氧化铝的方法按主要添加剂的酸碱性来说可分为酸法、碱法以及酸碱混合法。
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以H2SO4为介质酸溶粉煤灰烧结产物,通过理论分析和实验,确定了其优化条件,此时原粉煤灰中SiO_2的提取率约为95 %,Al_2O_3的提取率约为93%,由此达到了硅铝分离的目的。
向得到的含铝溶液中加入2mol/L的Na_2CO_3,调pH值约为6,过滤、洗涤,得到非晶态的铝铁共沉淀;继续向该沉淀中加入8mol/L的NaOH溶液使沉淀溶解,过滤、洗涤,得到基本不含Fe_2O_3的铝酸钠溶液,从而达到除铁的目的。 向该铝酸钠溶液中加入饱和石灰水除去微量SiO_2,碳酸钠除去微量CaO后,制得Al_2O_3/ SiO_2质量比(硅量指数)约为2500的纯净的铝酸钠溶液,由此达到了深度除硅的目的。
通过相图分析和热力学计算知,该铝酸钠溶液能自发析出Al(OH)_3晶体。 实验中,向铝酸钠溶液中加入Al(OH)_3晶种,采用种分分解法制备得到Al(OH)_3沉淀,同时测得该铝酸钠溶液的种分分解率约为50%。 将该Al(OH)_3沉淀于1200℃下煅烧2h后,制得α-Al_2O_3产品。