高铝粉煤灰制备铝盐混凝剂工艺研究进展

2020-01-13吴佩佩王跃梅

化工设计通讯 2020年9期

吴佩佩，刘捷，王娜，王跃梅，吴珍

（鄂尔多斯应用技术学院，内蒙古鄂尔多斯 017000）

粉煤灰是火力发电厂煤炭燃烧后排出的固体废物，每天都会有大量的粉煤灰废料被堆积。有这样一类粉煤灰，它的铝含量大于42%，氧化硅含量约43%，此外还含有钙、钛、铁等元素，这样的资源颇具有开发意义。如果合理利用这些物质，就能够缓解资源浪费的同时，发展绿色循环经济，减少资源浪费，并保护生态环境。

研究表明大量的氧化铝存在于粉煤灰中，而且质量分数多为12%～40%，最高含量达到50%以上。其中西北地区是我国煤炭生产的主要地区，原煤产量超过全国产量的1/3以上，每年产生的粉煤灰产量超过1亿t。这些粉煤灰中都含有大量氧化铝，在40%左右，接近于中等品位铝矾土中氧化铝含量。我国的铝土矿大量依靠进口，将高铝粉煤灰作为铝的一种重要生产资源加以利用，对我国铝工业的可持续发展具有非常重要的战略意义。

铝盐混凝剂被广泛运用于污水处理领域，作为强化固液分离的手段，加强污水的初次沉淀、浮选处理、活性污泥法处理之后的二次沉淀。随着快速发展的氧化铝提取工业，供应铝土矿的工厂却在减少，高铝粉末粉煤灰可作为铝土资源的补充用于铝盐混凝剂的制备。粉煤灰提铝的方法主要是酸法和碱法。

1 粉煤灰碱法制备混凝剂工艺

典型的碱法制备混凝剂工艺流程为：在烧瓶中加入粉煤灰和氢氧化钠溶液，并加入少量的聚乙二醇或醇胺从而得到预脱硅浆液。之后在溶液中补充聚乙二醇或醇胺，沉降获得剩余浆液以及上清液。将剩余浆液过滤得到脱硅粉煤灰和硅酸钠溶液，再将脱硅粉煤灰与碳酸钠和碳酸钙混合制得干熟料，干熟料加氢氧化钠会溶出浆液，浆液通过补充聚乙二醇或醇胺在沉淀、过滤后分为硅钙渣以及偏铝酸钠溶液。这样就分为两个部分，一部分偏铝酸钠经过深度脱硅变成偏铝酸钠精液，经过碳分转变成氢氧化铝，氢氧化铝焙烧最终得到氧化铝。另一部分得到的硅钙渣与氢氧化钠溶液结合并补充聚乙二醇或醇胺就能制的硅钙渣脱碱浆液，浆液进一步变成脱碱硅钙渣和脱碱液。脱碱液经过除杂可以获得氢氧化钠溶液，相应的硅酸钠溶液经由碳分、苛化这些步骤也可以生成氢氧化钠溶液，从而实现废料回收再利用。

2 粉煤灰酸法制备混凝剂工艺

粉煤灰酸法提铝根据采用酸的种类不一样可分为硫酸法和盐酸法。

硫酸法利用浓硫酸高温下的强氧化性破坏氧化铝与氧化硅键的结合，使玻璃体中的氧化铝浸出。实验过程，为确保反应过程中硫酸的浓度，则使用的酸过量，即高的酸灰比例来保证。不仅反应后酸液和废渣的分离提高，滤出的酸还能二次利用。酸浸后将滤液过滤获得滤渣以及溶出液，浸出液经浓缩蒸发和结晶等工艺步骤制备得到十八水硫酸铝。酸浸得到的废渣经过表面处理再干燥就能制得可利用的高硅填料。硫酸浸取法的优点是酸浸出后产生的高硅渣可以制备白炭黑等硅产品，除此之外，高硅渣经过处理后还可以作为高硅填料。制备氧化铝过程中产生的高铁渣是可用的炼铁原料，所以从理论上讲，在此方法中粉煤灰中的铝、硅、铁都得到了合理有效的利用。缺点是实验用到的浓硫酸对容器的材质有很高的要求，硫的排放量增加了环境的负担，固硫措施增加了成本。

盐酸浸取法：把高铝粉煤灰与一定浓度的盐酸混合后浸出，浸出液经过滤和析晶等过程制备得到含杂的六水合氯化铝结晶，被煅烧得到杂质很高的γ-Al2O3中间物，再将其通过拜耳法溶出，在此流程中，六水合氯化铝结晶煅烧后产生的氯化氢气体可回收利用制备工业盐酸。盐酸浸取法中结晶氯化铝分解温度低，较为节能；回收氯化氢来制备盐酸的工艺比较简单，生产成本低；由于体系中没有其他物质的投入，产生的浸出渣少，废渣的处理和储存问题较容易解决。