鋁灰除雜試驗研究

劉慶生,徐 鵬

(江西理工大學材料與化學工程學院,江西贛州 341000)

鋁灰除雜試驗研究

劉慶生,徐 鵬

(江西理工大學材料與化學工程學院,江西贛州 341000)

研究了鋁灰酸浸、焙燒除雜工藝。試驗結果表明:在鹽酸質量濃度150 g/L、礦漿粒度小于325目、浸出溫度80℃、液固體積質量比4∶1、攪拌時間120 min條件下,鋁灰的除雜效果較好。酸浸后的鋁灰經焙燒,不僅可脫除雜質,而且還轉變了晶型,改變了結構和性質,為其綜合利用創造了條件。

鋁灰;酸浸;焙燒;除雜;資源化

鋁灰是鋁熔煉過程中產生的溶渣和浮皮,每生產1 000 t鋁,產生25 t左右的鋁灰。大量鋁灰的堆積,不僅造成資源浪費,同時也嚴重污染環境。因此,開展對鋁灰的綜合利用研究已勢在必行[1-2]。

鋁灰組成復雜且種類繁多,直接限制了鋁灰的再利用。如何去除鋁灰中的雜質是鋁灰綜合利用的關鍵問題之一。鋁灰的主要成分是Al2O3,其次是 SiO2、MgO、CaO、Fe2O3、TiO2等[3-4]。鋁灰中含有大量鋁,因此,在許多情況下,鋁灰比鋁土礦更具優勢[5-11]。但實現鋁灰資源化的關鍵在于脫除其中的雜質,而除雜方法因鋁灰成分不同而不同。針對某鋁灰,研究了浸出脫雜及焙燒進一步除雜,考察了影響鋁灰脫雜的各因素,為鋁灰的資源化探索新途徑。

1 試驗部分

1.1 原料性質

某工業廢棄物鋁灰是一種銀灰色粉狀物,外觀類似粉煤灰,其主要成分分析結果見表1。

表1 某鋁灰的化學成分分析結果 %

1.2 儀器設備

XMB-70型三輥四筒棒磨機;DL-103型電熱鼓風干燥箱;78-1型磁力加熱攪拌器;RJ X-4-13型箱式電阻爐。

1.3 試驗方法

采用單一因素試驗法確定酸浸最佳條件。酸浸反應在磁力加熱攪拌器中進行,攪拌器上置一個帶有表面皿的反應燒杯。反應一段時間后,將反應物迅速冷卻,過濾,洗滌成中性后烘干。烘干后的浸渣在馬弗爐中與1 200℃焙燒2 h。

2 結果與討論

2.1 鹽酸質量濃度對鋁灰除雜的影響

室溫下攪拌浸出120 min,礦漿液固體積質量比4∶1,鋁灰粒度-325目占80%,鹽酸質量濃度對鋁灰除雜的影響試驗結果見表2。

表2 鹽酸質量濃度對雜質浸出的影響

由表2可知:不同鹽酸質量濃度下,CaO,Na2O脫除較徹底;Al2O3基本穩定,損失較少;Fe2O3質量分數隨鹽酸質量濃度的提高而逐漸減少,鹽酸質量濃度大于150 g/L后也趨于穩定。因此,鹽酸質量濃度以150 g/L為佳。

2.2 浸出溫度對鋁灰除雜的影響

礦漿溫度對加速試劑與試料的反應速度、縮短浸出時間具有重要影響。鹽酸質量濃度150 g/L,其他條件同前,溫度對鋁灰中雜質浸出的影響試驗結果見表3。

表3 溫度對鋁灰中雜質浸出的影響結果

由表3可知:鈣的浸出在不同溫度下基本相同;鋁灰中,Fe2O3,Na2O質量分數隨溫度升高逐漸降低,50℃時,Na2O已脫除得較徹底;80℃以后,Fe2O3質量分數小于1%。為了盡可能多地脫除鋁灰中的雜質,同時避免鋁的大量損失,浸出溫度以80℃較為適宜。

2.3 浸出時間對鋁灰除雜的影響

浸出溫度80℃,其他條件同上,浸出時間對鋁灰除雜的影響試驗結果見表4。

表4 浸出時間對鋁灰除雜的影響試驗結果

由表 4可見,隨浸出時間延長,鋁灰中Fe2O3、CaO、Na2O質量分數均下降,Al2O3質量分數略有升高。綜合考慮,浸出時間以120 min為好。

2.4 液固體積質量比對鋁灰浸出的影響

恒溫80℃,攪拌浸出120 min,其他條件不變,液固體積質量比對鋁灰中雜質的浸出影響結果見表5。

表5 液固體積質量比對鋁灰中雜質浸出的影響

由表5可知,隨液固體積質量比的提高,鋁灰中Fe2O3、CaO質量分數減少,Al2O3略有增加。綜合考慮各因素的影響,選定礦漿液固體積質量比選擇為4∶1。

2.5 鋁灰XRD物相分析

對浸出后的鋁灰焙燒后用X-射線衍射法測定器物相,并與水洗和酸浸后的鋁灰XRD衍射圖比較,結果如圖1所示。對 XRD圖譜而言,特征峰越多,代表含雜質越多。從圖1可以看出,水洗、酸浸、焙燒后的鋁灰,其雜峰數量依次減少,說明水洗可以除去水溶性雜質;而酸浸能使易溶于酸的氧化物基本脫除;焙燒可進一步脫除雜質,而且還使鋁灰的晶型發生轉變,改變了鋁灰的性能[12]。

圖1 水洗、酸浸和焙燒后的鋁灰及氧化鋁的XRD譜圖

3 結論

1)采用酸浸法可去除鋁灰中的雜質,脫雜最佳條件為:浸出溫度80℃,鹽酸質量濃度150g/L,浸出時間120 min。

2)酸浸后的鋁灰再經焙燒,不僅可使鋁灰中的雜質進一步脫除,而且還使鋁灰的晶型發生轉變,改變了鋁灰的結構和性質,從而使鋁灰作為化工及冶金原料成為可能。

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Abstract:The process for removing impurities from aluminum ash is studied.The results show that at the conditions of hydrochloric acid mass concentration of 150 g/L,pulp particle size of-325 mesh,leaching temperature of 80℃,V(liquid)/V(solid)of 4∶1 and leaching time of 120 min,preferable impurity cleaning effect is obtained.The impurities in aluminum ash leached by hydrochloric acid can be further removed by roasting,and the structure and nature of aluminum ash are changed.It gives a good foundation for comprehensive utilization of aluminum ash.

Key words:aluminum ash;acid leaching;roasting;removal impurity

Study on Removing of Impurities From Aluminum Ash

LIU Qing-sheng,XU Peng
(Falculty of Material and Chemical Engineering,J iangxi University of Science and Technology,Ganzhou,Jiangxi 341000,China)

X753

A

1009-2617(2010)02-0117-03

2009-12-08

江西省教育廳產學研合作項目(GJJ10152)。

劉慶生(1975-),男,江西贛州人,博士,講師,主要研究方向為有色金屬資源循環利用。