高铝粉煤灰综合利用研究进展

2020-01-13王泽黎张佳馨王跃梅

化工设计通讯 2020年9期

刘捷，王泽黎，张佳馨，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，又叫飞灰，是一种从燃煤电厂烟囱中收集的粉尘。我国是一个以燃煤为重要能源的国家，煤炭消耗量占能源消耗总量的约60%。随着内蒙古自治区能源示范基地定位的逐步确立，我区粉煤灰的产量在今后很多年还将有大量增长的趋势。如得不到有用处置，将对生态环境酿成必然风险。从20世纪中期开始，美国和日本等国接踵对粉煤灰的理化性质及应用开展研究，目前已经明确可将粉煤灰作为一种重要的二次资源进行研究利用。

粉煤灰的主要成分为SiO2和Al2O3，占粉煤灰总含量的60%以上。另外根据产地的不同还含有少量Fe2O3、CaO、MgO、未燃尽的碳及其他一些金属氧化物。高铝粉煤灰是内蒙古中西方地域挖掘的一种粉煤灰新范例，此中Al2O3含量可以高达40%以上，相当于我国中低品位铝土矿中Al2O3的含量。我国Al2O3目前主要从铝土矿中生产，经过近几年的快速发展，铝土矿呈现供不应求状态，严重依赖进口。因而，正视和加大粉煤灰的高效绿色综合利用，特别是铝资本的利用，是我国节省资本、发展轮回经济、保护环境的必经之路。传统上，粉煤灰的利用项目包括五大类，即填筑材料、制备水泥、陶粒、粉煤灰砖等建筑材料，提取空心微珠等有价物质，农业应用和环境保护领域等。对于高铝粉煤灰，除了传统利用项目外，其还应用于合成沸石分子筛、制备莫来石和堇青石、制备铝盐混凝剂、提取纳米Al2O3等方面。

1 用于制备沸石

沸石是一种含铝珪的人造合成矿物，分子中有很高含量的结晶水。分子筛被加热时，结晶水被脱去而形成具有特定尺寸结构的孔洞，具有一定的吸附性可作为催化剂载体。国内外许多学者从合成条件和合成路线上进行研究开发，开展了粉末和煤灰配制分子筛的研究，目前已制备出了NaA、NaX、F型等多种分子筛。

2 制备莫来石

莫来石是铝硅酸盐矿体，属于斜方晶系，其性质稳定，广泛应用于耐火材料领域。由于天然莫来石比较少，工业上主要用烧结法人工合成，其原料包括高岭石等。高铝粉煤灰含有大量莫来石矿相，因此也被用来合成莫来石。姜晓谦等以高铝粉煤灰为原料，与硫酸铝铵和磷酸二氢钠夹杂后焙烧，获得长径比为17～30的莫来石晶须。由于高铝粉煤灰的氧化铝含量高，其可用于高牌号的（M60，M70）莫来石的合成。相比普通粉煤灰制备莫来石，使用高铝粉煤灰可显著降低氧化铅加入量，因此能够节约矾土和高岭石等资源，而且有助于减少因矿物开采导致的环境破坏。

3 合成堇青石

堇青石的化学构成为2MgO·2Al2O3·5SiO2，具备杰出的抗热震性，其热膨胀系数和介电常数都很低。堇青石在耐火材料、催化剂载体、汽车尾气处置和热交换器等方面都有普遍的利用。因为堇青石的自然矿物很少，产业上首要采取人工合成的方式制备。现在堇青石合成的首要方式是烧结法，合成原料首要来自高岭石。采用高铝粉煤灰合成堇青石，可降低高岭石原料成本，増加了利润空间。

4 制备纳米Al2O3

纳米Al2O3孔隙率高、耐热性强，成型性好，它具备较强的表面酸性和比表面碱性，广泛应用于催化和催化载体等新型绿色化学材料。李智伟等采用盐析及重结晶联合法对粉煤灰浸取的铝盐进行除杂，并用分散剂辅助沉淀制备球形单分散纳米α-Al2O3，制备出了纯度达99.99%，粒径为200nm，且分散性高、球形圆度好、粒径分布窄的α-Al2O3。

5 制备铝盐混凝剂

粉煤灰利用过程当中的一个主要瓶颈问题是除杂。铝盐混凝剂是以铝为主要成分，可与许多其他元素复合形成多种多样的混凝剂品种，如聚硅硫酸铝、聚合氯化铝铁等。与粉煤灰其他利用方法不同的是，粉煤灰中的硅、铁、钛等都能作为混凝有效成分被利用。粉煤灰制备铝盐混凝剂方式主要有酸法和碱法。碱法最常用的方法是石灰石烧结法以及碱石灰烧结法。酸法的研究有硫酸法、盐酸法等。酸浸法比碱烧结法更灵活，二次残渣少，容易实现粉煤灰中硅、铝、铁的完全分离。