粉煤灰酸法提鋁殘渣中雜質(zhì)成分的變化

粉煤灰酸法提鋁殘渣中雜質(zhì)成分的變化

1粉煤灰的提取磷酸提取殘渣是通過酸溶法、堿性法或堿性法提取的剩余粉末。根據(jù)酸溶法或堿性法獲得的殘余渣的主要化學成分為sio2，堿性法提取的剩余鋁渣主要是硅鈣渣。粉煤灰經(jīng)過提鋁后,粉煤灰中玻璃微珠結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞,以及顆粒表面受到嚴重腐蝕,使得粉煤灰殘渣顆粒呈多孔、疏松結(jié)構(gòu),從而具有粒度細、比表面積大、活性高等特點。如果能夠充分利用粉煤灰提鋁殘渣硅資源使其資源化利用,這不僅對提高粉煤灰綜合利用率具有重要的意義,而且可以緩解粉煤灰提鋁殘渣因排放堆積帶來的二次污染。2硅系列產(chǎn)品的富集粉煤灰經(jīng)過酸溶法提鋁后殘渣中的二氧化硅得到富集,從而為制備硅系列產(chǎn)品提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。堿石灰法提鋁所得殘渣中存在大量的硅酸二鈣,可直接用于生產(chǎn)水泥。2.1粉煤灰堿石灰法提鋁殘液的雜質(zhì)成分粉煤灰酸法提鋁殘渣的主要化學成分是SiO2,此外還含有少量的Fe2O3、K2O、Na2O、TiO2、Al2O3、MgO、CaO、MnO、C等雜質(zhì)成分。粉煤灰堿石灰法提鋁殘渣的主要成分為2CaO·SiO2(C2S),由粉煤灰中的SiO2與CaO在一定溫度下反應(yīng)生成。根據(jù)使用酸的不同,粉煤灰酸法提鋁后的殘渣中可能殘留一定量的Cl-或,可以通過多次洗滌的方式降低Cl-或的含量。在研發(fā)水玻璃、白炭黑、分子篩、硅微粉和碳化硅等產(chǎn)品過程中,需要充分考慮粉煤灰提鋁殘渣中的雜質(zhì)成分的影響,盡可能通過合理的處理方法降低殘渣中的雜質(zhì)含量。2.2粉煤灰-灰灰法提鋁鹽堿石灰法粉煤灰經(jīng)過提鋁后,提鋁殘渣主要包括玻璃相和晶質(zhì)相,其中玻璃相在組成中約為80%~90%,晶質(zhì)相約為10%~20%。酸法提鋁殘渣的礦物組成主要為石英、莫來石、剛玉、云母等,根據(jù)粉煤灰產(chǎn)地的不同,可能還會存在硅灰石、方解石或磁鐵礦等。其中SiO2以玻璃相、無定形和α-SiO2晶相三種形式存在。堿石灰法提鋁將粉煤灰和石灰石在高溫下進行預處理,使粉煤灰自粉化。此過程中粉煤灰里的SiO2和石灰石發(fā)生反應(yīng)生成硅酸二鈣。因此堿石灰法提鋁后殘渣中主要物相為C2S相。3粉煤灰提鋁渣作為產(chǎn)品原料的開發(fā)和利用石英廣泛的應(yīng)用于玻璃、陶瓷、水玻璃、硅微粉等制造業(yè),所使用的石英砂或石英粉結(jié)晶好、硬度大,存在粉碎困難、設(shè)備損耗大、能耗高、化學反應(yīng)緩慢等缺點。粉煤灰經(jīng)過酸侵蝕得到的粉煤灰提鋁殘渣具有顆粒細小、結(jié)構(gòu)疏松、活性高的特點,以粉煤灰提鋁殘渣替代傳統(tǒng)的石英砂原料,在用于氧化硅和硅酸鹽品生產(chǎn)時,可省略破碎工藝,節(jié)約原料粉碎能耗,提高反應(yīng)效率,提高設(shè)備使用效率,降低生產(chǎn)成本,增強產(chǎn)品的市場競爭力,具有綜合開發(fā)利用的前景。此外,可在實現(xiàn)提鋁殘渣資源化利用、保護生態(tài)環(huán)境的同時,獲得一定的經(jīng)濟效益。近年來,以粉煤灰提鋁殘渣為主要原料制備硅系列產(chǎn)品的研究比較活躍,如:以粉煤灰酸法提鋁殘渣為原料制備水玻璃、白炭黑、分子篩和硅微粉等。3.1sio3水玻璃的制備水玻璃是一種性能優(yōu)良的無機膠凝劑,被廣泛用來制備硅溶膠、分子篩、硅膠、白炭黑、耐火材料和膠粘劑等。方俊對粉煤灰提鋁殘渣制備水玻璃進行了研究,將酸浸活化后得到的高硅灰渣與濃度為15%的NaOH溶液按照1:3的配比,在60℃下堿浸3h,然后經(jīng)過濾并濃縮濾液后得到了模數(shù)為3.5的水玻璃溶液。經(jīng)測定SiO2溶出率達到98.03%,該水玻璃產(chǎn)品符合工業(yè)要求。吳艷以粉煤灰提鋁后殘渣為原料,采用濃堿浸出工藝制備了硅酸鈉溶液。先用濃度為60%的濃堿液,在溫度110℃、液固比2.2:1條件下,浸出提鋁殘渣60min,得到硅酸鈉濃漿液,然后向濃漿液中直接加入80℃的1000ml/(100g提鋁渣)的蒸餾水,以350r/min速度攪拌60min,最后過濾分離得到了濃度約為70g/L硅酸鈉溶液。蘭偉興將粉煤灰與(NH4)2SO4在400~500℃下固相反應(yīng)的產(chǎn)物與稀硫酸在低溫下強力攪拌反應(yīng)1~2h,然后過濾得到提鋁后的活性高硅殘渣。以提鋁后高硅殘渣為原料,通過用濃度為15%的NaOH或KOH堿液浸取得到了Na2SiO3溶液。研究表明:常壓下,當堿液與殘渣的配比為6、溫度為80℃、攪拌強度為900r/min、溶出時間為90min、新型硅助劑Z1添加量為5%時,可獲得理想的Na2SiO3溶液。3.2提鋁渣的制備白炭黑具有純度高、形貌規(guī)則、分散性好、比表面積大,以及電學和熱學穩(wěn)定性好等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于橡膠、有機硅材料、化妝品、造紙和農(nóng)業(yè)等眾多領(lǐng)域。武昆將粉煤灰用鹽酸充分浸取后,過濾所得的濾渣通過漂洗、熱解、干燥、粉磨等步驟制備了白炭黑。吳艷利用粉煤灰提鋁渣為硅源,利用氫氧化鈉溶液浸出提鋁渣制備硅酸鈉溶液,而后,硅酸鈉溶液采用二次碳分工藝制備了純度在99.7%以上的白炭黑。研究發(fā)現(xiàn),浸出溫度是影響二氧化硅浸出率的最主要因素,其次是浸出時間,濃度次之,液固比的影響最小,濃堿浸出工藝最佳條件為浸出溫度110℃、時間90min、氫氧化鈉溶液濃度60%、液固比為2.2:1。提鋁渣中二氧化硅浸出率可達86%。蘭偉興以提鋁后高硅殘渣制備的Na2SiO3前驅(qū)體溶液為原料,采用酸化沉淀法制備了白炭黑產(chǎn)品。先將Na2SiO3溶液在低于60℃下攪拌10~30min,其后在900r/min條件下,通過HC1和NH3·H2O調(diào)節(jié)PH至4.5~5,溫度升至75℃,靜置陳化45min。所得硅酸凝膠經(jīng)無水乙醇溶劑置換后進行真空干燥,最終制備的白炭黑產(chǎn)品最大比表面積為267m2/g,吸油值最大為4.65cm3/g。徐素娟以粉煤灰經(jīng)“一酸兩浸/兩堿聯(lián)合”法獲得的殘渣為原料,分別通過堿浸、碳酸鈉混合焙燒后二次酸浸等工藝制備了符合國家質(zhì)量標準(GB10517—89)的兩種白炭黑。王蕾將粉煤灰與Na2CO3按質(zhì)量比為1:0.8在870℃下進行燒結(jié),并用2.5~5mol/L濃度的HCl對燒結(jié)反應(yīng)產(chǎn)物進行酸浸,獲得硅鋁溶膠,再通過改變溫度使溶膠向凝膠相轉(zhuǎn)變,經(jīng)過過濾使硅鋁分離,然后將沉淀的硅膠洗滌干燥,最后獲得了白炭黑樣品。該樣品的SiO2干基含量達到98.09%,比表面積144.7m2/g,平均孔徑15.53nm。專利CN101844770A將粉煤灰提鋁殘渣與碳酸鈉按一定質(zhì)量比混合均勻,在750~900℃燒結(jié),燒結(jié)產(chǎn)物與1~8%濃度的稀鹽酸混合(溶液pH控制在3.5~4.5),室溫陳化2~10h后,過濾使得硅膠沉淀與溶液分開,并對膠體洗滌多次至中性,然后將膠體加水配制成10~40wt%的料漿,在80~100℃進行噴霧干燥。所得白炭黑中SiO2的含量大于90wt%,BET比表面積大于200m2/g,吸油值大于3.0ml/g。3.3在其他行業(yè)的合成4A分子篩是一種具有特殊孔道結(jié)構(gòu)的架狀含水硅鋁酸鹽晶體,其內(nèi)部硅(鋁)氧四面體呈三維排列,彼此連接形成規(guī)則的孔道。由于這些孔道具有篩選分子的效應(yīng),使得4A分子篩有較強的吸附性、催化性、離子交換性和良好的化學可修飾性。目前,4A分子篩廣泛的應(yīng)用在我國石油、化工、冶金、醫(yī)療等行業(yè)。白光輝利用粉煤灰酸法提取硫酸鋁的殘渣通過固相合成法合成4A分子篩。研究結(jié)果表明:合成4A分子篩較佳工藝條件為粉煤灰酸渣:氫氧化鋁:氫氧化鈉的比為10:4:15,焙燒溫度為800℃~860℃,焙燒時間2~3h,凝膠形成溫度為55℃,晶化溫度90℃~95℃。該產(chǎn)品的鈣交換量為294mg/g,達到了QB1768-93洗滌劑用4A分子篩標準。楊林以酸溶粉煤灰提取氯化鐵后的殘渣為原料,采用堿熔-水熱法制備4A分子篩,系統(tǒng)研究了反應(yīng)體系堿度、陳化時間、晶化時間及晶化溫度對4A分子篩鈣離子交換能力和物相組成的影響。研究結(jié)果表明:在堿度7.5、陳化24h、晶化溫度90℃、晶化4h的條件下,獲得了結(jié)晶度好、平均粒徑1.503m、平均孔徑0.4nm,鈣離子交換能力305.54mg/g的4A分子篩。3.4除鐵反應(yīng)條件的確定吳艷用鹽酸直接酸浸粉煤灰提鋁渣除鐵制備二氧化硅微粉。通過研究反應(yīng)溫度、鹽酸濃度、反應(yīng)時間、液固比等因素對除鐵效果的影響,結(jié)果表明,鹽酸除鐵最佳溫度為80℃、液固比為6:1、HCl濃度為6mol·L-1下,反應(yīng)2h后除鐵率達到75.5%。除鐵后產(chǎn)品符合冶金行業(yè)不定型耐火材料用二氧化硅微粉中牌號為SF88樣品的標準。4充填材料配比試驗黃少文研究了利用粉煤灰酸法提鋁渣(簡稱硅質(zhì)渣)制備硅酸鹽水泥。硫酸浸取氧化鋁后,殘渣中SiO2含量達到70%以上。試驗中將石灰石、殘渣、砂巖、鐵粉和粉煤灰按硅酸鹽水泥方案進行配料,經(jīng)磨細后,加水制成Φ30mm的薄餅,置于硅鉬棒高溫爐中在1420℃煅燒40min,急冷至室溫得到熟料,將磨細熟料(摻入石膏)用2.5cm×2.5cm×13.5cm小試模制成試體(灰砂比1:2.5,水灰比0.44),于標準條件下養(yǎng)護28d制得水泥熟料,其抗折強度為9.48MPa,抗壓強度為63.76MPa。此外,將硅質(zhì)渣、粉煤灰和高爐礦渣三種混合材與水泥熟料配摻進行對比試驗,發(fā)現(xiàn)該提鋁殘渣單摻效果優(yōu)于粉煤灰而與高爐礦渣接近,并且用殘渣配制的混合材水泥具有早期強度高的特點。朱元基將粉煤灰經(jīng)石灰石燒結(jié)—碳酸鈉法提取氧化鋁后的硅鈣渣和石灰石按9:1左右配料,在1350℃~1400℃溫度下煅燒,得到高標號的硅酸鹽水泥熟料,然后加入適量石膏,經(jīng)過粉磨,制得水泥成品。該水泥28d強度都達到并超過625#硅酸鹽水泥的國家標準。溫平嘗試利用硅鈣渣來生產(chǎn)水泥,就不同摻量的硅鈣渣作原料的水泥生料的易磨性易燒性等做了初步的探討,研究表明采用硅鈣渣配料的生料具有較好的易磨性和易燒性,且隨著硅鈣渣的摻量增加易磨性和易燒性越好。鄭永孝以硅鈣渣與電石渣為原料,按一定比例在混合機內(nèi)混合后送入濕法旋窯中緞燒,最終制得成水泥熟料。研究表明,燒成過程中硅酸二鈣與電石渣中的氧化鈣結(jié)合生成硅酸三鈣。燒成速度快,旋窯產(chǎn)量提高了25%以上。專利CN102276175A發(fā)明了一種粉煤灰提鋁殘渣水泥,將粉煤灰提鋁殘渣、熟料和石膏按一定配比混合后,經(jīng)水泥磨粉磨一定時間,所得細粉即為粉煤灰提鋁殘渣水泥。該產(chǎn)品性能滿足32.5或42.5標號要求的水泥混合材。專利CN102344258A將粉煤灰提鋁殘渣、石灰石和鐵礦石分別磨細,然后按一定配比混合均勻,最后煅燒得到水泥熟料。所得硅酸鹽水泥早期強度高,且強度漲幅較穩(wěn)定沒有太大波動。專利CN102351451A以粉煤灰堿石灰燒結(jié)法提鋁殘渣為原料,將提鋁殘渣加水攪拌一定時間,然后向提鋁殘渣漿液中加入電石渣進行脫堿反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾、洗滌得到脫堿提鋁殘渣。該產(chǎn)品氧化鈉含量在0.4%~0.6%,能夠滿足建材行業(yè)中混合材添加料和水泥熟料原料對堿含量的要求。5碳化硅的合成據(jù)周忠華報道,國外一家公司利用回收鋁后的粉煤灰殘渣通過碳熱還原制取碳化硅獲得成功。該公司的制備工藝是將殘渣和碳按3~3.5比例配料,在高溫下進行合成反應(yīng),最終制得碳化硅。周忠華以粉煤灰提鋁殘渣和石墨或炭黑為原料,按C/SiO2摩爾比2.5~4.5進行配料,混料置于石墨坩堝中放入電爐內(nèi),以氬氣作為保護氣氛,在1400℃~1700℃下保溫3h制備碳化硅。研究表明,雖然粉煤灰提鋁殘渣中殘留一定量的Al2O3,但并不影響高純度碳化硅的制取;理想的C/SiO2摩爾比為3~3.5;制備碳化硅的反應(yīng)溫度在1600℃以上;碳黑作碳分時可以制取晶須狀碳化硅。6粉煤灰蒸壓磚trt胡洪亮利用提鋁粉煤灰殘渣通過正交設(shè)計研制出新型高摻量粉煤灰蒸壓磚。通過探討以水泥、石灰、石膏、電石泥、外加劑等復摻對提鋁粉煤灰蒸壓磚各項性能的影響,獲得滿足各項性能指標的水泥—石灰—石膏激發(fā)體系和外加劑—水泥—石灰—石膏激發(fā)體系,未摻激發(fā)劑的提鋁粉煤灰蒸壓磚抗壓強度為17.29MPa,抗折強度為2.92MPa,摻激發(fā)劑的提鋁粉煤灰蒸壓磚的抗壓強度為22.06,抗折強度為3.44MPa。收縮值為0.68mm/m,凍融15次合格。該產(chǎn)品達到了JC239-2001《粉煤灰磚》中合格品、MU10.0等級各項指標要求。專利CN101863068A發(fā)明一種利用粉煤灰提鋁殘渣制備蒸壓磚,以粉煤灰酸法提取氧化鋁后剩余殘渣為主要原料,加入石灰、石膏和骨料,經(jīng)攪拌、消化、振搗模壓成型、靜停、蒸壓養(yǎng)護制得蒸壓磚。其中水泥:石灰:石膏:粉煤灰提鋁殘渣:中砂:碎石的質(zhì)量比為14~20:15~22:1:35~65:8~18:13~22;蒸壓養(yǎng)護的溫度為180℃~190℃,養(yǎng)護時間為7~8h;壓力為1.1~1.2MPa。7微晶玻璃的制備黨光耀利用氟硅酸鹽可作為微晶玻璃乳濁劑和成核劑的特性,以粉煤灰提鋁后的含氟固體殘渣為原料,與ZnO、Na2CO3、MgOKOH和B2O3按照一定比例配料,混勻后的料通過電爐加熱熔融,在1250℃時保溫2h,待溶液澄清后倒入200℃預熱的耐火模具中,室溫下急冷成型制得基礎(chǔ)玻璃,然后將基礎(chǔ)玻璃升溫至800~850℃,保溫4h后冷卻至室溫,最終制備了以鎂橄欖石為主晶相的微晶玻璃。8橡膠填料的制備專利將酸法提鋁后的粉煤灰棄渣淋洗至pH達到6~7后干燥,然后將干燥后的粉煤灰棄渣粉碎至小于300目,加入一定量的有機改性劑,高速混合、研磨混合均勻,陳化4h以上即為橡膠填料。該產(chǎn)品中未燃碳與非晶態(tài)二氧化硅均勻復合,經(jīng)過表面改性,使得其在橡膠基體中分散均勻,相容性好,性能穩(wěn)定,產(chǎn)品各項指標均達到GB3778-94標準。9粉煤灰提鋁渣的加工工藝隨著粉煤灰提取氧化鋁工業(yè)化生產(chǎn),排出的高硅尾渣問題