粉煤灰高附加值綠色化綜合利用的研究.pdf

1、粉煤灰是煤燃燒后產(chǎn)生的細(xì)灰。預(yù)計(jì)2020年，我國(guó)粉煤灰總堆存量將達(dá)到30多億t。粉煤灰的主要成分是氧化鋁和二氧化硅，目前，我國(guó)粉煤灰的利用主要集中在建筑、建材和筑路等方面，這造成了大量鋁資源的浪費(fèi)。因此，發(fā)展粉煤灰高附加值的利用是很有必要的。
　　本文提出了一種從粉煤灰中回收氧化鋁和二氧化硅的新方法——硫酸氫銨焙燒法。建立了硫酸氫銨焙燒粉煤灰提鋁制備氧化鋁產(chǎn)品，提鋁渣堿浸提硅制備沉淀二氧化硅及硅酸鈣產(chǎn)品的工藝。研究的主要內(nèi)容及結(jié)論

2、如下：
　　1.通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算，確定了硫酸氫銨焙燒法從粉煤灰中提取氧化鋁的可行性。
　　2.研究了硫酸氫銨焙燒法從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝，該工藝過(guò)程主要包括:硫酸氫銨焙燒、沉鋁、堿溶、碳分及煅燒5個(gè)工序。
　　1)考察了硫酸氫銨焙燒過(guò)程中焙燒溫度、粉煤灰中氧化鋁與硫酸氫銨的摩爾比及焙燒時(shí)間對(duì)鋁提取率的影響。最佳工藝條件為:焙燒溫度400℃，粉煤灰中氧化鋁與硫酸氫銨的摩爾比1∶8，焙燒時(shí)間60min。在此條件下，鋁提取

3、率為90.95％。硅元素富集于提鋁渣中，二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)由45.41％提高到90.00％。
　　2)考察了沉鋁過(guò)程中溫度、pH值及時(shí)間對(duì)鋁和鐵沉淀率的影響。最佳工藝條件為:溫度80℃，pH值6，時(shí)間40min。在此條件下，鋁和鐵的沉淀率分別可達(dá)99％和98％。
　　3)考察了堿溶過(guò)程中堿溶溫度、加堿量（氫氧化鋁與氫氧化鈉的質(zhì)量比）及堿溶時(shí)間對(duì)鋁溶出率和除鐵率的影響。最佳工藝條件為:堿溶溫度80℃，加堿量1∶4，堿溶時(shí)間30m

4、in。在此條件下，鋁溶出率可達(dá)99％，除鐵率為96％。
　　4)考察了碳分過(guò)程中碳分溫度、CO2通氣速率及碳分時(shí)間對(duì)鋁沉淀率的影響。最佳工藝條件為:碳分溫度25℃，CO2通氣速率40mL/min，碳分時(shí)間25min。在此條件下，鋁沉淀率可達(dá)98％。
　　5)煅燒工序條件:煅燒溫度1200℃，煅燒時(shí)間2h。制備出了α-Al2O3產(chǎn)品，并對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行了表征。
　　3.研究了粉煤灰與硫酸氫銨焙燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，該焙燒過(guò)程符合收縮

5、未反應(yīng)核模型，且受有固體產(chǎn)物層生成的內(nèi)擴(kuò)散控制，反應(yīng)活化能為16.627kJ/mol，動(dòng)力學(xué)方程可描述為:1-2/3x-（1-x）2/3=0.0374×exp(-16627/RT)t
　　4.研究了粉煤灰與硫酸氫銨焙燒熟料溶出動(dòng)力學(xué)。該溶出過(guò)程最佳工藝條件為:溶出溫度90℃，攪拌強(qiáng)度300r/min，溶出液固比(mL/g)9∶1，溶出時(shí)間60min。粉煤灰與硫酸氫銨焙燒熟料溶出過(guò)程分為兩個(gè)階段:0～20min為第一階段;20～60

6、min為第二階段。第一階段鋁的溶出速率比第二階段的大。溶出過(guò)程的兩個(gè)階段均受無(wú)固體產(chǎn)物層生成的外擴(kuò)散控制，第一階段和第二階段的反應(yīng)活化能分別為8.013k J/mol和4.973kJ/mol，動(dòng)力學(xué)方程可描述為:
　　第一階段:1-(1-x)2/3=2.3672×exp(-8013/RT)t
　　第二階段:1-(1-x)2/3=0.0381×exp(-4973/RT)t
　　5.對(duì)硫酸氫銨焙燒粉煤灰提取氧化鋁工藝進(jìn)行了

7、推廣，選取了粉煤灰F2。從粉煤灰F2中提取氧化鋁的工藝流程主要包括:硫酸氫銨焙燒、氫氧化鐵沉淀法除鐵、沉鋁、煅燒4個(gè)工序。
　　1)考察了硫酸氫銨焙燒過(guò)程中焙燒溫度、粉煤灰F2中氧化鋁與硫酸氫銨的摩爾比及焙燒時(shí)間對(duì)鋁提取率的影響。最佳工藝條件為:焙燒溫度400℃，粉煤灰中氧化鋁與硫酸氫銨摩爾比1∶8，焙燒時(shí)間120min。在此條件下，鋁提取率為73.96％。
　　2)采用氫氧化鐵沉淀法去除熟料溶出液中的鐵，考察了30％雙氧水

8、加入量、pH值、溫度、時(shí)間、晶種加入量及加水量對(duì)除鐵率和鋁損失率的影響。最佳工藝條件為:加水量100mL，30％雙氧水加入量3.6mL，氫氧化鐵晶種（濕晶種，含水率為67％）加入量129，溫度90℃，pH值3.3，維持該pH值1.5h條件下，除鐵率可達(dá)98％以上，而鋁損失率約為10％。
　　3)沉鋁工序考察了pH值、溫度及時(shí)間對(duì)鋁和鐵沉淀率的影響。最佳工藝條件為:在90℃條件下，當(dāng)反應(yīng)溶液pH值至5后即過(guò)濾，鋁和鐵的沉淀率分別可達(dá)

9、99.23％及35.2％。
　　4)煅燒工序條件:煅燒溫度1200℃，煅燒時(shí)間2h。制備出了α-Al2O3產(chǎn)品，并對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行了表征。
　　6.研究了4個(gè)電廠6種不同粉煤灰的基本性質(zhì)，如化學(xué)成分、物相組成、細(xì)度及微觀形貌對(duì)其焙燒提鋁效果的影響。氧化鋁含量高，玻璃體含量大且易被解聚，灰中細(xì)粉占的比重大，則粉煤灰提鋁效果好。
　　7.研究了粉煤灰提鋁渣堿浸提硅動(dòng)力學(xué)?？疾炝藟A浸溫度、堿硅比（氫氧化鈉與二氧化硅質(zhì)量比）及攪拌

10、強(qiáng)度對(duì)二氧化硅浸出率的影響。堿浸提硅過(guò)程最佳工藝條件為:堿浸溫度90℃，堿硅比2∶1，攪拌強(qiáng)度300r/min，浸出時(shí)間30min。在此條件下，二氧化硅浸出率可達(dá)95.66％。該過(guò)程分為兩個(gè)階段:1～5min為第一階段;5～30min為第二階段。第一階段二氧化硅的浸出速率較第二階段的大。整個(gè)浸出過(guò)程符合收縮未反應(yīng)核模型，且受無(wú)固體產(chǎn)物層生成的外擴(kuò)散控制。第一階段和第二階段的反應(yīng)活化能分別為8.492kJ/mol和8.668k J/mol