第11卷第3期 2011年6月
过程工程学报
The Chinese Joumal of Process Engineering
高铝粉煤灰碱溶脱硅过程反应机理杜淄川，李会泉‘，包炜军，李少鹏，蔡卫权“
Vol.11 No.3 June2011
(1.武汉理工大学化学工程学院，湖北武汉430070：2.中国科学院过程工程研究所湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室，北京100190）摘要：采用多种检测技术分析了高铝粉煤灰中主要矿物组成和含量，并结合热力学稳定性分析，考察了反应时间与反应温度对碳溶脱硅反应前后高铝粉煤灰的物相、形貌和表面化学成分的影响，并分析了反应机理，结果表明，高铝粉煤灰中Al,O，SiOz及Ga含量分别高达42.20%，42.28%和0.0062%，且非晶态SiOz占总SiOz一半以上，采用碱落脱硅有利于提取非晶态SiOz，但反应温度的影响较大，在130C、反应2h的条件下，SiO2溶出率高达42.5%，Al,O; 溶出率仅为1.83%，高于130℃时，莫来石和刚玉发生反应同时加剧方钠石的形成，导致脱硅效率降低
关键词：高铝粉煤灰：氧化铝；氧化硅；脱硅；碱溶；反应机理中图分类号：TD982
文献标识码：A
1前言
文章编号：1009-606X(2011)03-0442-06
SiO，进行选择性提取，可有效降低高铝粉煤灰提取氧化
我国鄂尔多斯盆地蕴藏大量的煤炭资源，是我国未来相当一段时期的能源保障，由于其特殊的地质背景，在晚古生代煤层中赋存大量的一水软铝石和高岭石等富铝矿物，构成煤-铝共生复合矿产[2]，这些煤种在火力发电厂燃烧后形成的粉煤灰中氧化铝含量高达45%~ 50%[3]，相当于我国中级品位铝土矿中氧化铝的含量，由此形成了我国特有的高铝粉煤灰再生含铝矿物资源。
高铝粉煤灰是一种宝贵的可再生资源，富含铝、硅、等有价元素(34)，利用价值极高目前，其利用主要有两方面：一是大灰量利用，二是高附加值精细利用前者吃灰量较大，但附加值低，多用作水泥[5]、混凝土]、结构填充物(7)和废物固化(8)]等；后者主要用于回收有用金属[9,10]、制备沸石[]、莫来石[12]、用作废物吸附剂和改良土壤3等.其中，从高铝粉煤灰中提取铝和硅资源是近年来高铝粉煤灰综合利用研究的热点之一[14-20], 高铝粉煤灰提取氧化铝的方法主要有碱法、酸法和酸碱联合法，其中酸法和酸碱联合法均存在设备腐蚀严重、环境污染大及难实现大规模工业应用的缺点(21)，碱法主要有石灰石烧结法[22]和碱石灰烧结法/23]，这两种方法与目前用铝土矿烧结法生产氧化铝工艺较接近，最有可能实现工业化，但追切需要解决高铝粉煤灰中硅含量较高而导致物料流量大、产生大量硅钙渣、造成硅资源大量浪费的问题
高铝粉煤灰是煤炭高温燃烧形成的产物，一般含有活性较高的非晶态SiO,19],在一定反应条件下采用一定浓度NaOH溶液将高铝粉煤灰中活性较高的非晶态
铝过程硅钙渣的产生量，也可同步实现高铝粉煤灰中硅资源的有效提取和利用.关于粉煤灰碱溶脱硅机理研究，国内外学者12.24,25主要通过分析不同反应条件下产物的物相变化及溶液SiO2浓度推测反应过程，缺少热力学理论依据和溶液中AlO,的变化规律.基于此，本工作从高铝粉煤灰的矿相组成、碱溶脱硅反应热力学稳定性、碱溶脱硅工艺条件等方面，结合SEM-EDS分析手段，研究了采用低浓度(15%，@)NaOH溶液脱除高铝粉煤灰中非晶态SiOz的反应机理，为从高铝粉煤灰中提取
Al,Os，SiO2，Ga:O，等有价资源提供科学依据， 2实验
2.1原料与实验设备
实验所用原料为内蒙古地区某电厂大量堆积的高铝粉煤灰，在烘箱中105℃下干燥12h后，经冷却筛分，取小于300目(48μm)的部分用于碱溶脱硅实验，其主要化学成分和物相组成见表1和图1.从图可看出，在 26=16.5°，25.9°，26.2°，35.2°，40.8°处XRD衍射峰较强烈，为莫来石(AlSizO)的衍射峰；在26=25.6，37.8 43.4°，64.5°处衍射峰较强，为刚玉(Al,O,)的衍射峰：在 26=22°处有非晶态的隆起，与鳞石英和方石英主峰的 26角吻合[19]，说明高铝粉煤灰中主要含有晶态的莫来石和刚玉及非晶态的SiO2
采用NaOH两段溶出法[2)，通过溶解玻璃相、分解羟基方钠石和溶解硅酸三步分离高铝粉煤灰中的玻璃相，测定各步溶液中SiOz含量计算得玻璃相中SiO,含量.结果表明玻璃相中非晶态SiO2占粉煤灰中总SiO
收稿日期：2011-03-07，修回日期，2011-04-19
基金项目：国家“十一五”科技支撑计划基金资助项目(编号：2009BAB49B04)
作者简介：杜福川(1986-)，男，山东省滩坊市人，硕士研究生，化学工艺专业，主要研究方向为工业固体度康弃物资源化利用；事会泉，通讯联系人，
E-mail: bqli@bome.ipe.ac.cn
万方数据