铝灰除杂试验研究

刘庆生,徐 鹏

(江西理工大学材料与化学工程学院,江西赣州 341000)

铝灰除杂试验研究

刘庆生,徐 鹏

(江西理工大学材料与化学工程学院,江西赣州 341000)

研究了铝灰酸浸、焙烧除杂工艺。试验结果表明:在盐酸质量浓度150 g/L、矿浆粒度小于325目、浸出温度80℃、液固体积质量比4∶1、搅拌时间120 min条件下,铝灰的除杂效果较好。酸浸后的铝灰经焙烧,不仅可脱除杂质,而且还转变了晶型,改变了结构和性质,为其综合利用创造了条件。

铝灰;酸浸;焙烧;除杂;资源化

铝灰是铝熔炼过程中产生的溶渣和浮皮,每生产1 000 t铝,产生25 t左右的铝灰。大量铝灰的堆积,不仅造成资源浪费,同时也严重污染环境。因此,开展对铝灰的综合利用研究已势在必行[1-2]。

铝灰组成复杂且种类繁多,直接限制了铝灰的再利用。如何去除铝灰中的杂质是铝灰综合利用的关键问题之一。铝灰的主要成分是Al2O3,其次是 SiO2、MgO、CaO、Fe2O3、TiO2等[3-4]。铝灰中含有大量铝,因此,在许多情况下,铝灰比铝土矿更具优势[5-11]。但实现铝灰资源化的关键在于脱除其中的杂质,而除杂方法因铝灰成分不同而不同。针对某铝灰,研究了浸出脱杂及焙烧进一步除杂,考察了影响铝灰脱杂的各因素,为铝灰的资源化探索新途径。

1 试验部分

1.1 原料性质

某工业废弃物铝灰是一种银灰色粉状物,外观类似粉煤灰,其主要成分分析结果见表1。

表1 某铝灰的化学成分分析结果 %

1.2 仪器设备

XMB-70型三辊四筒棒磨机;DL-103型电热鼓风干燥箱;78-1型磁力加热搅拌器;RJ X-4-13型箱式电阻炉。

1.3 试验方法

采用单一因素试验法确定酸浸最佳条件。酸浸反应在磁力加热搅拌器中进行,搅拌器上置一个带有表面皿的反应烧杯。反应一段时间后,将反应物迅速冷却,过滤,洗涤成中性后烘干。烘干后的浸渣在马弗炉中与1 200℃焙烧2 h。

2 结果与讨论

2.1 盐酸质量浓度对铝灰除杂的影响

室温下搅拌浸出120 min,矿浆液固体积质量比4∶1,铝灰粒度-325目占80%,盐酸质量浓度对铝灰除杂的影响试验结果见表2。

表2 盐酸质量浓度对杂质浸出的影响

由表2可知:不同盐酸质量浓度下,CaO,Na2O脱除较彻底;Al2O3基本稳定,损失较少;Fe2O3质量分数随盐酸质量浓度的提高而逐渐减少,盐酸质量浓度大于150 g/L后也趋于稳定。因此,盐酸质量浓度以150 g/L为佳。

2.2 浸出温度对铝灰除杂的影响

矿浆温度对加速试剂与试料的反应速度、缩短浸出时间具有重要影响。盐酸质量浓度150 g/L,其他条件同前,温度对铝灰中杂质浸出的影响试验结果见表3。

表3 温度对铝灰中杂质浸出的影响结果

由表3可知:钙的浸出在不同温度下基本相同;铝灰中,Fe2O3,Na2O质量分数随温度升高逐渐降低,50℃时,Na2O已脱除得较彻底;80℃以后,Fe2O3质量分数小于1%。为了尽可能多地脱除铝灰中的杂质,同时避免铝的大量损失,浸出温度以80℃较为适宜。

2.3 浸出时间对铝灰除杂的影响

浸出温度80℃,其他条件同上,浸出时间对铝灰除杂的影响试验结果见表4。

表4 浸出时间对铝灰除杂的影响试验结果

由表 4可见,随浸出时间延长,铝灰中Fe2O3、CaO、Na2O质量分数均下降,Al2O3质量分数略有升高。综合考虑,浸出时间以120 min为好。

2.4 液固体积质量比对铝灰浸出的影响

恒温80℃,搅拌浸出120 min,其他条件不变,液固体积质量比对铝灰中杂质的浸出影响结果见表5。

表5 液固体积质量比对铝灰中杂质浸出的影响

由表5可知,随液固体积质量比的提高,铝灰中Fe2O3、CaO质量分数减少,Al2O3略有增加。综合考虑各因素的影响,选定矿浆液固体积质量比选择为4∶1。

2.5 铝灰XRD物相分析

对浸出后的铝灰焙烧后用X-射线衍射法测定器物相,并与水洗和酸浸后的铝灰XRD衍射图比较,结果如图1所示。对 XRD图谱而言,特征峰越多,代表含杂质越多。从图1可以看出,水洗、酸浸、焙烧后的铝灰,其杂峰数量依次减少,说明水洗可以除去水溶性杂质;而酸浸能使易溶于酸的氧化物基本脱除;焙烧可进一步脱除杂质,而且还使铝灰的晶型发生转变,改变了铝灰的性能[12]。

图1 水洗、酸浸和焙烧后的铝灰及氧化铝的XRD谱图

3 结论

1)采用酸浸法可去除铝灰中的杂质,脱杂最佳条件为:浸出温度80℃,盐酸质量浓度150g/L,浸出时间120 min。

2)酸浸后的铝灰再经焙烧,不仅可使铝灰中的杂质进一步脱除,而且还使铝灰的晶型发生转变,改变了铝灰的结构和性质,从而使铝灰作为化工及冶金原料成为可能。

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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

江西省教育厅产学研合作项目(GJJ10152)。

刘庆生(1975-),男,江西赣州人,博士,讲师,主要研究方向为有色金属资源循环利用。