我國高鋁粉煤灰年排放量約2500萬噸,累積堆存超過1億噸。高鋁粉煤灰大量堆存導(dǎo)致嚴(yán)重的大氣、水體和土壤污染。與此同時,我國缺乏高品位鋁土礦,對外依存度高。開發(fā)高鋁粉煤灰提取氧化鋁技術(shù),不僅能夠有效緩解高鋁粉煤灰堆存產(chǎn)生的環(huán)境污染問題,而且能夠降低我國對高品位鋁土礦的對外依存度。高鋁粉煤灰的鋁硅比較低,傳統(tǒng)拜耳法提取氧化鋁工藝難以適用。水熱法在添加CaO條件下,使用NaOH溶液提取氧化鋁,其反應(yīng)條件溫和,但提鋁液一般存在苛性比高、氧化鋁分離回收困難等問題。基于此,本論文針對高鋁粉煤灰堿法提取氧化鋁過程,系統(tǒng)開展了高鋁粉煤灰一步水熱法提取氧化鋁過程工藝條件優(yōu)化、礦相轉(zhuǎn)化機理研究,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了兩步水熱法提取氧化鋁新工藝,可顯著降低提鋁液苛性比。之后,進(jìn)行了高鋁粉煤灰分解動力學(xué)和提鋁尾渣脫鈉等研究工作,本論文取得的進(jìn)展如下：(1)系統(tǒng)開展了高鋁粉煤灰一步水熱法提取氧化鋁過程工藝條件優(yōu)化研究,考察了反應(yīng)溫度、NaOH濃度以及鈣硅比等工藝條件對氧化鋁提取率及提鋁浸出液苛性比的影響規(guī)律,并進(jìn)一步研究了高鋁粉煤灰在水熱體系中的礦相轉(zhuǎn)化規(guī)律。結(jié)果表明,在水熱體系中高鋁粉煤灰中主要礦相變化過程為莫來石-羥基方鈉石-沸石和硅酸鈉鈣。研究發(fā)現(xiàn),提鋁殘渣中沸石物相的形成是造成高鋁粉煤灰提鋁過程中氧化鋁損失的主要原因,提高反應(yīng)溫度和液固比可有效降低沸石含量,從而提高氧化鋁的提取率。在260℃,40% NaOH,鈣硅比1.0,液固比12和反應(yīng)時間45min條件下,高鋁粉煤灰中氧化鋁的提取率達(dá)到91.3%。(2)針對高鋁粉煤灰直接水熱法提取液苛性比偏高的問題,提出形成羥基方鈉石過程和羥基方鈉石轉(zhuǎn)化過程相結(jié)合的兩步水熱新工藝,提鋁溶液的苛性比從一步水熱法的11.5降低到7.2。與一步水熱法從高鋁粉煤灰提取氧化鋁相比,氧化鋁溶出過程和鋁酸鈉晶種分解過程的NaOH循環(huán)量均顯著降低。(3)基于高鋁粉煤灰提取氧化鋁過程的礦相轉(zhuǎn)變規(guī)律,開展了高鋁粉煤灰水熱體系溶出氧化鋁過程的莫來石及羥基方鈉石分解動力學(xué)研究。結(jié)果表明,莫來石在NaOH體系下分解過程的速控步驟為表面化學(xué)反應(yīng)為主的混合控制,得到反應(yīng)的活化能為29.70 kJ/mol;使用Avrami-Erofeev方程對羥基方鈉石在Ca(OH)2存在下的分解過程進(jìn)行研究,確定速控步驟為硅酸鈉鈣晶核形成和晶體生長,得到反應(yīng)的活化能為148.90 kJ/mol。(4)為回收提鋁殘渣中的Na2O和實現(xiàn)提鋁殘渣的綜合利用,開展了低堿水熱體系下提鋁殘渣Na2O脫除的研究。結(jié)果表明,經(jīng)過低堿水熱處理,提鋁殘渣中硅酸鈉鈣主要變?yōu)殒滈L較短的托貝莫來石,其Na2O含量為2.2%。通過紅外光譜和核磁共振等分析手段,確定了Na2O在產(chǎn)物中主要以未分解的硅酸鈉鈣、平衡鋁取代硅產(chǎn)生電荷和硅羥基吸附三部分的形式存在。進(jìn)一步使用溫水洗滌處理,其Na2O含量最終降低到0.6%。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院研究生院(過程工程研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TQ133.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 ;內(nèi)蒙古大唐國際再生資源高鋁粉煤灰提取氧化鋁進(jìn)入商業(yè)化運營[J];西部資源;2014年01期

本文編號：2815857