国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

粉煤灰提鋁渣提取氧化硅研究

2022-06-16 00:44張麗云
輕金屬 2022年2期
關鍵詞:碳酸鈉二氧化硅氧化鋁

張麗云

(石家莊職業(yè)技術學院,河北 石家莊 050011)

粉煤灰作為我國目前排放量十分龐大的工業(yè)固體廢棄物之一,它的存在不僅占用大量土地資源,污染周邊生態(tài)環(huán)境,甚至還會威脅到公眾健康。因此,如何妥善安置堆積如山的粉煤灰已成為亟待解決的問題。高鋁粉煤灰是高鋁煤炭的燃燒產(chǎn)物,主要產(chǎn)生于我國內(nèi)蒙古中西部地區(qū)[1]。目前,就該地區(qū)而言,高鋁粉煤灰的年排放量已超過3000萬噸,且累積量已達數(shù)億噸[2]。這些高鋁粉煤灰中氧化鋁的含量較高,一般可達40%以上,接近于我國中低品位鋁土礦中的氧化鋁含量,同時還含有約40%左右的二氧化硅以及鐵、鈣、鋰、鎵等金屬元素,可見高鋁粉煤灰是一種極具利用價值的潛在資源。若能將高鋁粉煤灰中的有價元素有效提取出來并加以利用,不僅能降低高鋁粉煤灰對環(huán)境造成的影響,同時也實現(xiàn)了高鋁粉煤灰高值化和資源化利用,此舉具有較大的社會意義,也將會產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。

從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁的方法主要有酸法、堿法和氨法等,其中酸法和氨法提取粉煤灰中氧化鋁后的尾渣二氧化硅含量高,可以稱之為高硅渣。高硅渣的二氧化硅含量可達60%~80%,是生產(chǎn)硅系無機材料的優(yōu)質(zhì)硅源,可制備的產(chǎn)品有硅酸鹽水泥、4A分子篩、沸石、水玻璃、白炭黑、二氧化硅氣凝膠等。黃少文等[3]將高硅渣、石灰石、砂巖和鐵粉按一定配比混合,物料經(jīng)高溫燒結、急冷、細磨后摻入石膏,再將混合料在標準條件下養(yǎng)護28 h,即可制備出水泥熟料。白光輝等[4]以高硅渣為原料,采用固相合成法成功合成4A分子篩。Panu等[5]以鹽酸浸出粉煤后獲得的高硅渣為原料,通過熔融反應成功合成沸石,并在實驗中發(fā)現(xiàn),當Si/Al摩爾比小于1時合成的產(chǎn)品為A型沸石,當Si/Al摩爾比大于1時合成的產(chǎn)品為水玻璃。方俊[6]以淮南粉煤灰提鋁渣為原料,采用堿溶法制備出模數(shù)為3.5的水玻璃。馬釗[7]以鹽酸浸出火電廠粉煤灰后獲得的高硅渣為原料,采用堿溶法制得硅酸鈉母液,之后向母液中加入鹽酸促使二氧化硅沉淀析出,沉淀經(jīng)過濾、洗滌、煅燒制得比表面積為24~115 m2/g,粒徑為178.8~380.9 nm的白炭黑產(chǎn)品。隨著粉煤灰提取氧化鋁技術的不斷成熟,高硅渣的利用也成為該領域熱點之一。

本文根據(jù)硫酸氫銨法[8-9]浸出高鋁粉煤灰后高硅渣的特點,采用碳酸鈉和高硅渣混合燒結法提取其中的氧化硅,燒結后通過熟料溶出得到硅酸鈉溶液,溶出液經(jīng)過碳分制備白炭黑。

1 實 驗

1.1 實驗原料

本文所用原料為硫酸氫銨溶液浸出粉煤灰后產(chǎn)生的高硅渣,其主要化學成分見表1。

表1 高硅渣的主要化學成分

由表1可以看出,高硅渣的主要成分為SiO2和Al2O3,其中SiO2的質(zhì)量分數(shù)為78.05%,Al2O3的質(zhì)量分數(shù)為4.33%,而其它成分的質(zhì)量分數(shù)均未超過1%,原料屬于低鋁高硅渣。

高硅渣的XRD衍射譜見圖1。

圖1 高硅渣的XRD衍射譜

由圖1可以看出,高硅渣中的主要結晶相為斯石英、硅線石和未浸出的氧化鋁。此外,在衍射角15°~30°區(qū)間內(nèi)存在較寬的玻璃相衍射峰,根據(jù)衍射峰所處位置及寬度判斷此峰為非晶態(tài)二氧化硅的衍射峰。

碳酸鈉、氫氧化鈉及分析試劑為分析純化學試劑,實驗用水為去離子水。

1.2 實驗方法

取一定質(zhì)量的高硅渣與一定化學計量比的無水碳酸鈉混合并壓制成片狀,用100 mL剛玉坩堝裝載待燒生料并置于箱式電阻爐(KSL-1400X-A2合肥科晶材料技術有限公司)中,升溫到預定溫度后保溫一定時間,反應結束后隨爐冷卻。按固液比1∶4的比例將破碎后的燒結熟料和去離子水置于200 mL燒杯中,再置于水浴鍋加熱溶出,溶出溫度為90 ℃,溶出時間為40 min,轉子旋轉速率為200 r/min,溶出結束后將反應產(chǎn)物固液分離,所得濾液用于成分分析,計算二氧化硅提取率。

二氧化硅提取率計算公式見公式(1)

(1)

式中:R硅——二氧化硅提取率,%;

C硅——液相中二氧化硅的質(zhì)量濃度,g/L;

V液——溶液的體積,L;

M渣——稱取的高硅渣質(zhì)量,g;

W硅——高硅渣中二氧化硅的質(zhì)量分數(shù),%。

本文研究了燒結溫度、燒結時間、碳酸鈉過量率對氧化硅提取了的影響,碳酸鈉過量率是指碳酸鈉和氧化硅配料摩爾比超過1部分的百分比,按公式(2)計算。

(2)

式中:MNa2CO3——實驗中碳酸鈉加入量,g;

M渣——稱取的高硅渣質(zhì)量,g;

W硅——高硅渣中二氧化硅的質(zhì)量分數(shù),%;

106——碳酸鈉分子量;

60——氧化硅分子量。

2 結果與討論

2.1 燒結過程主要化學反應

由高硅渣的化學組成和物相組成可知,高硅渣的主要成分為非晶態(tài)二氧化硅(SiO2)、斯石英(SiO2)、硅線石(SiO2·Al2O3)以及氧化鋁(Al2O3),此外,還有少量三氧化二鐵(Fe2O3)。因此,在碳酸鈉和高硅渣混合燒結過程中可能發(fā)生的反應如下所示:

SiO2·Al2O3+SiO2+Na2CO3→2NaAlSiO4+CO2

(3)

SiO2+Na2CO3→Na2SiO3+CO2

(4)

Al2O3+Na2CO3→2NaAlO2+CO2

(5)

2SiO2+Al2O3+Na2CO3→2NaAlSiO4+CO2

(6)

Fe2O3+Na2CO3→Na2Fe2O4+CO2

(7)

由于在高硅渣的化學組成中,二氧化硅的含量遠超其它成分,故式(4)代表的反應在燒結過程中占主導地位,生成物為易溶于水的硅酸鈉。其次,含量相對較高的成分為氧化鋁,由于在燒結過程中二氧化硅始終過量,故氧化鋁參與的化學反應主要為式(6)式而非式(5),獲得的涉及鋁元素的產(chǎn)物大多為難溶于水的鋁硅酸鈉。當燒結反應結束后,通過溶出燒結產(chǎn)物和固液分離即可初步實現(xiàn)了鋁、硅元素的分離。

2.2 燒結溫度的影響

在燒結時間為100 min,碳酸鈉過量率為7.5%的條件下,考察不同燒結溫度對二氧化硅提取率的影響,燒結溫度分別選取1023 K、1073 K、1123 K、1173 K和1223 K,實驗結果見圖2。

圖2為不同燒結溫度條件下二氧化硅提取率的變化規(guī)律圖,分析實驗結果可知,隨著反應體系的燒結溫度持續(xù)升高,二氧化硅提取率呈現(xiàn)先上升后穩(wěn)定的變化趨勢,由此表明燒結溫度對二氧化硅提取率有顯著影響。當燒結溫度較低時,體系中反應物質(zhì)的分子動能較低,反應速率較慢,燒結反應進行程度較低,因而溶出率較低。隨著溫度的提升,反應物質(zhì)的分子熱運動加快,反應物間碰撞的頻率增大,促使反應速率加快,二氧化硅提取率得以迅速提升。當燒結溫度超過1173 K后,燒結反應基本達到平衡狀態(tài),故二氧化硅的溶出率不再發(fā)生明顯變化。從實驗效果來看,過高的反應溫度對二氧化硅提取率的影響不大,但是能耗卻很高,因此,認為較適宜的燒結溫度范圍為1173~1223 K。

圖2 燒結溫度對二氧化硅提取率的影響

2.3 燒結時間的影響

在碳酸鈉過量率為7.5%,燒結溫度為1173 K的實驗條件下,考察不同燒結時間對二氧化硅提取率的影響,時間分別選取20 min、40 min、60 min、80 min、100 min和120 min,實驗結果見圖3。

由圖3可知,二氧化硅提取率隨燒結時間的延長而不斷提升。當燒結時間由20 min延長至80 min時,二氧化硅的溶出率從65.91%提升至83.32%,相對增加了17.41%,提升效果較為明顯,這是因為在燒結反應初期,反應進行程度相對較低,延長反應時間有利于燒結產(chǎn)物不斷生成和積累,故二氧化硅的溶出率得以快速提升。當燒結時間超過80 min后,二氧化硅提取率的增長速率明顯降低,這是由于反應進行到中期時,反應物被大量消耗而生成物持續(xù)生成,厚度不斷增加的產(chǎn)物層降低了高硅渣與碳酸鈉之間接觸的概率,燒結反應正向進行的難度較大,因而溶出率提升緩慢。當燒結時間超過100 min后,燒結反應基本結束,因此,二氧化硅提取率達到最大值后不再發(fā)生明顯變化。

圖3 燒結時間對二氧化硅提取率的影響

2.4 碳酸鈉過量率的影響

在燒結溫度為1173 K,燒結時間為100 min的實驗條件下,考察不同碳酸鈉過量率對二氧化硅提取率的影響,過量率分別選取0%、2.5%、5%、7.5%和10%,實驗結果見圖4。

圖4 碳酸鈉過量率對二氧化硅提取率的影響

由圖4可知,隨著碳酸鈉過量率逐漸提高,二氧化硅的溶出率呈現(xiàn)先快速上升后逐漸趨于平緩的變化趨勢,說明碳酸鈉過量率對二氧化硅提取率的影響較為顯著。當碳酸鈉過量率處于較低水平時,碳酸鈉未能與高硅渣充分接觸,燒結反應進行程度相對較低,故二氧化硅提取率較低。隨著碳酸鈉過量率逐漸增大,單位體積內(nèi)碳酸鈉與高硅渣的接觸面積也相應增大,燒結反應速率加快,二氧化硅提取率得以迅速提升。當碳酸鈉過量率超過一定值后,碳酸鈉與高硅渣已充分接觸反應,即使繼續(xù)提高碳酸鈉過量率,燒結反應也難以正向移動,故二氧化硅提取率基本保持不變。考慮到過多加入碳酸鈉將增加生產(chǎn)成本,造成資源浪費,因此,碳酸鈉過量率控制在7.5%~10%之間較為合適。

2.5 綜合實驗

根據(jù)上述實驗結果,采用燒結溫度1173 K、燒結時間100 min、碳酸鈉過量率10%進行綜合驗證實驗,二氧化硅提取率達到87.8%。

3 結 論

(1)針對粉煤灰提取氧化鋁后的高硅渣,采用碳酸鈉燒結法可以有效提取其中氧化硅;

(2)燒結溫度、燒結時間和碳酸鈉過量率均對高硅渣中二氧化硅提取有顯著影響。

(3)最佳提取氧化硅燒結條件為:燒結溫度為1173 K,燒結時間為100 min,碳酸鈉過量率為10%,二氧化硅提取率達到87.8%。

猜你喜歡
碳酸鈉二氧化硅氧化鋁
冷凍干燥法制備稻殼灰基二氧化硅氣凝膠及其改性研究
中國氧化鋁市場預計將在2022年出現(xiàn)百萬噸過剩
氧化鋁產(chǎn)能過剩加劇存量增量矛盾凸顯
Cr(Ⅵ)還原菌Microbacterium sp.QH-2對鋁氧化物吸附鉻影響的研究
氣相二氧化硅的制備方法及其特性
基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的高中化學教學設計與實踐——以“工業(yè)合成碳酸鈉”為例
凝膠法二氧化硅用于提高難溶性藥物溶出度的研究
凝膠法二氧化硅用于提高難溶性藥物溶出度的研究
氧化鋁:產(chǎn)品漲價空間巨大
碳酸鈉及碳酸氫鈉與硫酸亞鐵反應的探究
新郑市| 邯郸县| 曲阜市| 华池县| 古交市| 蓝田县| 商水县| 南宫市| 通山县| 临夏市| 曲沃县| 梅州市| 盐津县| 河东区| 增城市| 民勤县| 南昌市| 即墨市| 濮阳市| 民乐县| 姚安县| 鲁甸县| 廉江市| 昭平县| 尤溪县| 迁安市| 安顺市| 土默特左旗| 任丘市| 大冶市| 库尔勒市| 留坝县| 鄂托克旗| 墨竹工卡县| 雅安市| 含山县| 玉屏| 宝坻区| 津南区| 鄯善县| 建水县|