鋁灰組成復(fù)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(zhì)是鋁灰綜合利用的關(guān)鍵問(wèn)題之一。鋁灰的主要成分是Al2O3，其次是SiO2、MgO、CaO、Fe2O3、TiO2等。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(yōu)勢(shì)。但實(shí)現(xiàn)鋁灰資源化的關(guān)鍵在于脫除其中的雜質(zhì)，而除雜方法因鋁灰成分不同而不同。針對(duì)某鋁灰，研究了浸出脫雜及焙燒進(jìn)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。
一、試驗(yàn)部分
（一）原料性質(zhì)
某工業(yè)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(jié)果見(jiàn)表1。
表1 某鋁灰的化學(xué)成分分析結(jié)果％
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Al2O3 |
SiO2 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
TiO2 |
K2O |
Na2O |
|
61.84 |
24.10 |
7.88 |
1.62 |
1.54 |
1.08 |
0.74 |
0.41 |
（二）儀器設(shè)備
XMB－70型三輥四筒棒磨機(jī)；DL－103型電熱鼓風(fēng)干燥箱；78－1型磁力加熱攪拌器；RJX－4－13型箱式電阻爐。
（三）試驗(yàn)方法
采用單一因素試驗(yàn)法確定酸浸最佳條件。酸浸反應(yīng)在磁力加熱攪拌器中進(jìn)行，攪拌器上置一個(gè)帶有表面皿的反應(yīng)燒杯。反應(yīng)一段時(shí)間后，將反應(yīng)物迅速冷卻，過(guò)濾，洗滌成中性后烘干。烘干后的浸渣在馬弗爐中與1200℃焙燒2h。
二、結(jié)果與討論
（一）鹽酸質(zhì)量濃度對(duì)鋁灰除雜的影響
室溫下攪拌浸出120min，礦漿液固體積質(zhì)量比4∶1，鋁灰粒度－325目占80％，鹽酸質(zhì)量濃度對(duì)鋁灰除雜的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 鹽酸質(zhì)量濃度對(duì)雜質(zhì)浸出的影響
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鹽酸質(zhì)量濃度 /（g·L－1） |
鋁灰中ωB//% |
|||||
|
Al2O3 |
SiO2 |
Fe2O3 |
CaO |
Na2O |
TiO2 |
|
|
5 |
68.61 |
24.36 |
1.89 |
0.21 |
0.09 |
1.06 |
|
10 |
69.51 |
23.69 |
1.30 |
0.14 |
0.08 |
1.00 |
|
15 |
72.51 |
22.09 |
0.91 |
0.16 |
0.07 |
1.07 |
|
25 |
71.72 |
21.21 |
0.89 |
0.11 |
0.07 |
1.07 |
由表2可知：不同鹽酸質(zhì)量濃度下，CaO，Na2O脫除較徹底；A12O3基本穩(wěn)定，損失較少；Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨鹽酸質(zhì)量濃度的提高而逐漸減少，鹽酸質(zhì)量濃度大于150g/L后也趨于穩(wěn)定。因此，鹽酸質(zhì)量濃度以150g/L為佳。
（二）浸出溫度對(duì)鋁灰除雜的影響
礦漿溫度對(duì)加速試劑與試料的反應(yīng)速度、縮短浸出時(shí)間具有重要影響。鹽酸質(zhì)量濃度150g/L,其他條件同前，溫度對(duì)鋁灰中雜質(zhì)浸出的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 溫度對(duì)鋁灰中雜質(zhì)浸出的影響結(jié)果
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浸出溫度 /℃ |
鋁灰中ωB//% |
|||||
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Al2O3 |
SiO2 |
Fe2O3 |
CaO |
Na2O |
TiO2 |
|
|
25 |
66.54 |
25.44 |
2.04 |
0.14 |
1.00 |
1.15 |
|
50 |
67.13 |
25.01 |
1.50 |
0.15 |
0.52 |
1.17 |
|
70 |
67.21 |
24.60 |
1.10 |
0.18 |
0.07 |
1.17 |
|
80 |
72.51 |
22.09 |
0.91 |
0.16 |
0.07 |
1.07 |
|
100 |
73.98 |
20.01 |
0.87 |
0.15 |
0.08 |
1.10 |
由表3可知：鈣的浸出在不同溫度下基本相同；鋁灰中，F(xiàn)e2O3，Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度升高逐漸降低，50℃時(shí)，Na2O已脫除得較徹底；80℃以后Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1％。為了盡可能多地脫除鋁灰中的雜質(zhì)，同時(shí)避免鋁的大量損失，浸出溫度以80℃較為適宜。
（三）浸出時(shí)間對(duì)鋁灰除雜的影響
浸出溫度80℃，其他條件同上，浸出時(shí)間對(duì)鋁灰除雜的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 浸出時(shí)間對(duì)鋁灰除雜的影響試驗(yàn)結(jié)果
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浸出溫度 /℃ |
鋁灰中ωB//% |
|||||
|
Al2O3 |
SiO2 |
Fe2O3 |
CaO |
Na2O |
TiO2 |
|
|
20 |
69.54 |
23.06 |
2.02 |
0.22 |
1.00 |
1.05 |
|
40 |
70.22 |
23.38 |
1.60 |
0.18 |
0.40 |
1.04 |
|
80 |
70.83 |
23.23 |
1.20 |
0.15 |
0.11 |
1.02 |
|
120 |
72.51 |
23.09 |
0.91 |
0.16 |
0.07 |
1.07 |
由表4可見(jiàn)，隨浸出時(shí)間延長(zhǎng)，鋁灰中Fe2O3、CaO、Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)均下降，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有升高。綜合考慮，浸出時(shí)間以120min為好。
（四）液固體積質(zhì)量比對(duì)鋁灰浸出的影響
恒溫80℃，攪拌浸出120min，其他條件不變，液固體積質(zhì)量比對(duì)鋁灰中雜質(zhì)的浸出影響結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 液固體積質(zhì)量比對(duì)鋁灰中雜質(zhì)浸出的影響
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液固體積 質(zhì)量比 |
鋁灰中ωB//% |
|||||
|
Al2O3 |
SiO2 |
Fe2O3 |
CaO |
Na2O |
TiO2 |
|
|
2∶1 |
71.97 |
20.28 |
0.96 |
0.21 |
0.14 |
1.02 |
|
3∶1 |
72.01 |
21.07 |
0.93 |
0.16 |
0.10 |
1.04 |
|
4∶1 |
72.02 |
21.09 |
0.91 |
0.12 |
0.07 |
1.04 |
|
5∶1 |
72.09 |
21.10 |
0.88 |
0.06 |
0.05 |
1.07 |
由表5可知，隨液固體積質(zhì)量比的提高，鋁灰中Fe2O3、CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，A12O3略有增加。綜合考慮各因素的影響，選定礦漿液固體積質(zhì)量比選擇為4∶1。
（五）鋁灰XRD物相分析
對(duì)浸出后的鋁灰焙燒后用X－射線衍射法測(cè)定器物相，并與水洗和酸浸后的鋁灰XRD衍射圖比較，結(jié)果如圖1所示。對(duì)XRD圖譜而言，特征峰越多，代表含雜質(zhì)越多。從圖1可以看出，水洗、酸浸、焙燒后的鋁灰，其雜峰數(shù)量依次減少，說(shuō)明水洗可以除去水溶性雜質(zhì)；而酸浸能使易溶于酸的氧化物基本脫除；焙燒可進(jìn)一步脫除雜質(zhì)，而且還使鋁灰的晶型發(fā)生轉(zhuǎn)變，改變了鋁灰的性能。
圖1 水洗、酸浸和焙燒后的鋁灰及氧化鋁的XRD譜圖
三、結(jié)論
（一）采用酸浸法可去除鋁灰中的雜質(zhì)，脫雜最佳條件為：浸出溫度80℃，鹽酸質(zhì)量濃度150g/L，浸出時(shí)間120min。
（二）酸浸后的鋁灰再經(jīng)焙燒，不權(quán)可使鋁灰中的雜質(zhì)進(jìn)一步脫除，而且還使鋁灰的晶型發(fā)生轉(zhuǎn)變，改變了鋁灰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而使鋁灰作為化工及冶金原料成為可能。
