粉煤灰“一步酸溶法”提取氧化鋁殘渣資源化利用研究

＊鈔曉光

（神華準能資源綜合開發(fā)有限公司研發(fā)中心 內(nèi)蒙古 010300）

粉煤灰“一步酸溶法”提取氧化鋁殘渣資源化利用研究

＊鈔曉光

（神華準能資源綜合開發(fā)有限公司研發(fā)中心 內(nèi)蒙古 010300）

粉煤灰“一步酸溶法”提取氧化鋁工藝中產(chǎn)生的主要固體副產(chǎn)物為高硅尾渣，也稱白泥，其主要成分為二氧化硅，是一種利用價值極高的資源。本文著重介紹幾種資源化再利用的工藝，為工業(yè)化研究提供參考和借鑒。

粉煤灰；一步酸溶法；白泥；資源化

1.白泥資源化利用的必要性

粉煤灰“一步酸溶法”提取氧化鋁工藝中，每使用1噸粉煤灰，就產(chǎn)生約0．4噸的干白泥，粉煤灰的化學組成見表1。伴隨著粉煤灰“一步酸溶法”工藝逐漸走向工業(yè)化，以100萬噸氧化鋁/年規(guī)模為例，按氧化鋁溶出率為85%計算，忽略氧化鋁在其他中間工序的損失，所需粉煤灰約235萬噸（以粉煤灰中氧化鋁含量為50%計算），則產(chǎn)生干白泥約94萬噸，故生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)品的同時也產(chǎn)生大量白泥。而大量白泥的推存不僅占用土地，而且會造成環(huán)境污染，因此，以“減量化、資源化、再利用”為出發(fā)點，研究白泥的資源化利用，意義重大。

表1 粉煤灰、白泥化學組成

2.白泥資源化利用的幾種工藝

圖1 白泥物相測試圖

(1)白泥特性及前處理

在研究以白泥為原料制備產(chǎn)品時，首先應從白泥的物性和化學組成出發(fā)去考慮工藝的經(jīng)濟性。通過XRD測得白泥中的二氧化硅大部分為無定型，見圖1。通過SEM觀察，可知經(jīng)酸浸后，白泥表面疏松多孔，見圖2。白泥的化學組成見表1，從表1可以看出，白泥中約77%是二氧化硅，8%是在溶出工序中未被反應的氧化鋁，燒失量為11%，大部分由未燃炭組成。因此，在研究白泥資源化利用時，通常都需對白泥進行前處理，根據(jù)制備不同產(chǎn)品的工藝要求，大致從三方面進行處理：一是去除未反應的氧化鋁；二是去除未燃炭；三是去除其他金屬離子雜質(zhì)。

圖2 白泥掃描電鏡圖

(2)白泥生產(chǎn)建筑玻璃

玻璃已成為21世紀最具時代特點的建筑材料，它賦予建筑的最大特點是將建筑美學、建筑功能和建筑結(jié)構(gòu)等因數(shù)有機統(tǒng)一起來，隨著國家建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，玻璃作為建筑材料也越來越受到重視。因此，研究白泥制備建筑玻璃的工藝并能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，將有力促進煤炭資源的循環(huán)高效利用。

有關利用高硅含量原料制備玻璃工藝有很多，如使用粉煤灰酸溶后的高硅尾渣經(jīng)水洗、煅燒后加入MgO、CaO及B2O3，制備鋁硅酸鹽玻璃，制備的鋁硅酸鹽玻璃機械性能較強，化學穩(wěn)定性較好。繆松蘭報道了使用三種工業(yè)廢渣（粉煤灰、高嶺土尾砂、瓷石尾砂）制備工藝玻璃，該工藝中，通過加入石英砂、螢石和純堿等輔助原料，成功制備出具有一定效用的工藝品玻璃，其中工業(yè)廢渣用量達60～65%。使用高硅原料制備微晶玻璃的報道也很多。

(3)白泥生產(chǎn)白炭黑

白炭黑是白色粉末狀X-射線無定形硅酸和硅酸鹽產(chǎn)品的總稱，主要是指沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅、超細二氧化硅凝膠和氣凝膠，也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣等。白炭黑因其具有質(zhì)輕、多孔、耐高溫、不燃、無味、無嗅、電絕緣性好等優(yōu)點，被廣泛應用于橡膠制品、農(nóng)業(yè)化學品、日用化工制品、膠結(jié)劑和造紙?zhí)盍系犬a(chǎn)品中，是一種重要的化工原料。

關于制備白炭黑的報道很多，如宋恩玉使用鹽酸與煅燒后的高嶺土反應，得到的濾渣在加入助劑KCl的條件下與硫酸反應后，濾渣經(jīng)水洗、干燥和研磨后制得白炭黑。還有采用堿溶液進行白炭黑制備，如伍澤廣等人報道了采用NaOH溶液與煅燒后的高嶺石中無定型的SiO2反應生成硅酸鈉溶液，后經(jīng)碳化制得白炭黑。采用堿法從煤矸石中制備白炭黑的工藝也有很多。利用粉煤灰制備白炭黑的報道也很多，大致都是利用堿液與粉煤灰中的無定型二氧化硅反應，生成硅酸鈉或鋁硅酸鈉溶液，然后再與鹽酸反應并過濾，Al以離子形式留在溶液中，沉淀經(jīng)進一步處理制得白炭黑。

由于白泥與高嶺土、煤矸石和粉煤灰在成份中都有鋁和硅，而且白泥中的硅含量遠遠大于其他三種礦物，因此在制備白炭黑時完全可以參考以上工藝，而且由于白泥的高硅鋁比，制備工藝會相對簡單。

3.結(jié)語

白泥的高硅含量特性決定了其特有的利用價值，研究白泥資源化利用，不僅解決了粉煤灰“一步酸溶法”工藝中的白泥綜合利用，還為我國其他含硅礦物資源化利用提供重要的參考作用。此外，白泥還可生產(chǎn)分子篩、防火保溫材料、底之聚合物等。

[1]韓建國等．白泥在制備鋁硅酸鹽玻璃中的用途、鋁硅酸鹽玻璃及其制備方法[P]．CN 201210589783．2,2012-12-28．

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[3]成岳等．高嶺土尾砂微晶玻璃的試驗研究[J]．陶瓷學報．1997, 18(1),41-45．

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[6]孔德順等．煤系固體廢棄物制備白炭黑研究進展[J]．云南化工,2013,40(3),32-34．

[7]宋恩玉．硬質(zhì)高嶺土生產(chǎn)聚合氯化鋁和白炭黑[J]．非金屬礦,1999,22(3),28-31．

[8]伍澤廣等．煤系高嶺土制備氧化鋁聯(lián)產(chǎn)白炭黑工藝[J]．湖南科技大學學報,2011,26(4),107-111．

[9]鞠馥陽．用煤矸石生產(chǎn)活性白炭黑的方法[P]．CN1174168,1998-02-25．

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(責任編輯：牛玉娟)

Study of the Resourcezation Utilization of Aluminium Oxide Residue Extracted by Flyash‘One-step Acid Dissolution Method’

Chao Xiaoguang

（Research and Development Center, Shenhua Energy and Resources Comprehensive Development co., ltd, Inner Mongolia, 010300）

The solid by-product produced from aluminium oxide extraction by fash ‘one-step acid dissolution method’ is high silicon residue, also called white mud, which main component is silicon dioxide, one resource of high utilization value. In this paper, it focuses on introducing the reutilization technologies for several resources so that to provide reference for the industrial study.

fyash；one-step acid dissolution method；white mud；resourcezation

T

A

鈔曉光（1984～)，男，神華準能資源綜合開發(fā)有限公司研發(fā)中心；研究方向：固體廢棄物資源化利用。