高鋁粉煤灰制備鋁鹽混凝劑工藝研究進(jìn)展

吳佩佩，劉 捷，王 娜，王躍梅，吳 珍

（鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000）

粉煤灰是火力發(fā)電廠煤炭燃燒后排出的固體廢物，每天都會(huì)有大量的粉煤灰廢料被堆積。有這樣一類粉煤灰，它的鋁含量大于42%，氧化硅含量約43%，此外還含有鈣、鈦、鐵等元素，這樣的資源頗具有開(kāi)發(fā)意義。如果合理利用這些物質(zhì)，就能夠緩解資源浪費(fèi)的同時(shí)，發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減少資源浪費(fèi)，并保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

研究表明大量的氧化鋁存在于粉煤灰中，而且質(zhì)量分?jǐn)?shù)多為12%～40%，最高含量達(dá)到50%以上。其中西北地區(qū)是我國(guó)煤炭生產(chǎn)的主要地區(qū)，原煤產(chǎn)量超過(guò)全國(guó)產(chǎn)量的1/3以上，每年產(chǎn)生的粉煤灰產(chǎn)量超過(guò)1億t。這些粉煤灰中都含有大量氧化鋁，在40%左右，接近于中等品位鋁礬土中氧化鋁含量。我國(guó)的鋁土礦大量依靠進(jìn)口，將高鋁粉煤灰作為鋁的一種重要生產(chǎn)資源加以利用，對(duì)我國(guó)鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的戰(zhàn)略意義。

鋁鹽混凝劑被廣泛運(yùn)用于污水處理領(lǐng)域，作為強(qiáng)化固液分離的手段，加強(qiáng)污水的初次沉淀、浮選處理、活性污泥法處理之后的二次沉淀。隨著快速發(fā)展的氧化鋁提取工業(yè)，供應(yīng)鋁土礦的工廠卻在減少，高鋁粉末粉煤灰可作為鋁土資源的補(bǔ)充用于鋁鹽混凝劑的制備。粉煤灰提鋁的方法主要是酸法和堿法。

1 粉煤灰堿法制備混凝劑工藝

典型的堿法制備混凝劑工藝流程為：在燒瓶中加入粉煤灰和氫氧化鈉溶液，并加入少量的聚乙二醇或醇胺從而得到預(yù)脫硅漿液。之后在溶液中補(bǔ)充聚乙二醇或醇胺，沉降獲得剩余漿液以及上清液。將剩余漿液過(guò)濾得到脫硅粉煤灰和硅酸鈉溶液，再將脫硅粉煤灰與碳酸鈉和碳酸鈣混合制得干熟料，干熟料加氫氧化鈉會(huì)溶出漿液，漿液通過(guò)補(bǔ)充聚乙二醇或醇胺在沉淀、過(guò)濾后分為硅鈣渣以及偏鋁酸鈉溶液。這樣就分為兩個(gè)部分，一部分偏鋁酸鈉經(jīng)過(guò)深度脫硅變成偏鋁酸鈉精液，經(jīng)過(guò)碳分轉(zhuǎn)變成氫氧化鋁，氫氧化鋁焙燒最終得到氧化鋁。另一部分得到的硅鈣渣與氫氧化鈉溶液結(jié)合并補(bǔ)充聚乙二醇或醇胺就能制的硅鈣渣脫堿漿液，漿液進(jìn)一步變成脫堿硅鈣渣和脫堿液。脫堿液經(jīng)過(guò)除雜可以獲得氫氧化鈉溶液，相應(yīng)的硅酸鈉溶液經(jīng)由碳分、苛化這些步驟也可以生成氫氧化鈉溶液，從而實(shí)現(xiàn)廢料回收再利用。

2 粉煤灰酸法制備混凝劑工藝

粉煤灰酸法提鋁根據(jù)采用酸的種類不一樣可分為硫酸法和鹽酸法。

硫酸法利用濃硫酸高溫下的強(qiáng)氧化性破壞氧化鋁與氧化硅鍵的結(jié)合，使玻璃體中的氧化鋁浸出。實(shí)驗(yàn)過(guò)程，為確保反應(yīng)過(guò)程中硫酸的濃度，則使用的酸過(guò)量，即高的酸灰比例來(lái)保證。不僅反應(yīng)后酸液和廢渣的分離提高，濾出的酸還能二次利用。酸浸后將濾液過(guò)濾獲得濾渣以及溶出液，浸出液經(jīng)濃縮蒸發(fā)和結(jié)晶等工藝步驟制備得到十八水硫酸鋁。酸浸得到的廢渣經(jīng)過(guò)表面處理再干燥就能制得可利用的高硅填料。硫酸浸取法的優(yōu)點(diǎn)是酸浸出后產(chǎn)生的高硅渣可以制備白炭黑等硅產(chǎn)品，除此之外，高硅渣經(jīng)過(guò)處理后還可以作為高硅填料。制備氧化鋁過(guò)程中產(chǎn)生的高鐵渣是可用的煉鐵原料，所以從理論上講，在此方法中粉煤灰中的鋁、硅、鐵都得到了合理有效的利用。缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)用到的濃硫酸對(duì)容器的材質(zhì)有很高的要求，硫的排放量增加了環(huán)境的負(fù)擔(dān)，固硫措施增加了成本。

鹽酸浸取法：把高鋁粉煤灰與一定濃度的鹽酸混合后浸出，浸出液經(jīng)過(guò)濾和析晶等過(guò)程制備得到含雜的六水合氯化鋁結(jié)晶，被煅燒得到雜質(zhì)很高的γ-Al2O3中間物，再將其通過(guò)拜耳法溶出，在此流程中，六水合氯化鋁結(jié)晶煅燒后產(chǎn)生的氯化氫氣體可回收利用制備工業(yè)鹽酸。鹽酸浸取法中結(jié)晶氯化鋁分解溫度低，較為節(jié)能；回收氯化氫來(lái)制備鹽酸的工藝比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低；由于體系中沒(méi)有其他物質(zhì)的投入，產(chǎn)生的浸出渣少，廢渣的處理和儲(chǔ)存問(wèn)題較容易解決。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著化工行業(yè)的蓬勃發(fā)展和粉煤灰排放量的增加，越來(lái)越多的人研究粉煤灰，現(xiàn)在粉煤灰不止用于筑路、土壤改良、建筑材料的骨料等中、低技術(shù)。粉煤灰在高技術(shù)領(lǐng)域越來(lái)越多地被使用和研究，提取粉煤灰中的有用元素研制工程塑料玻璃鋼等填料，或用于制備處理污水所用的復(fù)合型高分子混凝劑等。