再生铝过程铝灰渣提取冶金级氧化铝研究 摘要:本文以二次铝冶炼过程中产生的二次铝灰为原料，通过碱焙烧、水解浸出、液固分离等工艺对铝灰进行综合回收通过单因素实验考察了碱用量、焙烧温度、焙烧时间、液固比和浸出温度对铝灰中铝浸出率的影响结果表明，在铝灰与碳酸钠质量比为1 ∶ 1.4、焙烧温度1000℃、焙烧时间2h、液固比为4∶1、浸出温度60℃、浸出时间60min的条件下，铝灰中铝的浸出率可达85.54%，铝灰经碱焙烧后的浸出渣为第二类一般固体废物，实现了铝灰的资源化和无害化利用关键词:铝灰；再生铝；资源利用；无害；恢复1实验部分1.1实验原料实验中的铝灰原料来自广东某二次铝冶炼厂生产过程中产生的二次铝灰，主要成分为α-ALO，主要杂质包括铁、钙、镁、硅、钠等氧化物，通过氯液分离得到偏铝酸钠溶液，实现铝灰中铝的资源化循环利用从铝灰中回收铝制备氧化铝的研发不仅可以减少环境污染，还可以回收有效资源制备化合物或氟化物，如表1和表2所示，元素种类多，化学成分复杂表1铝灰原料主要化学成分分析结果元素铝铁硅MgCaClF铜钠K内容%49.734.824.053.671.632.400.170.700.510.46元素锌钛锰BaCrSNi铅P内容%0.460.400.360.150.110.110.0730.0490.037表2铝灰的半定量XRD表征和相分析结果 阶段氮化铝陶瓷基板α-Al2O3铝MgAl2O4二氧化硅圆锥形角膜线氯化钠Na3AlF6CaF22.00其他的内容%16.6924.6311.1221.628.680.871.292.193.194.825.001.2试剂和仪器试剂:分析纯碳酸钠(99.8%)、分析纯氢氧化钠(99.8%)、99.9%工业二氧化碳和自来水。
仪器:CGME-8/200硅钼棒马弗炉；“瑞英”X射线衍射分析仪(荷兰Panaco)；Optima7300DV和7000DV电感耦合等离子体发射光谱仪(美国PE公司)；ELEMENTGD辉光放电质谱仪(世界科技公司，美国Thermo Fisher Scientific)；AxiosMaxmineral波长色散x射线荧光光谱仪(荷兰panaco公司)等1.3实验方法称取一定量的干铝灰原料，与碳酸钠按设定比例混合，放入坩埚中，放入马弗炉中烘烤，升温至设定温度，开始计时保温一定时间，然后用砂状氧化铝吸收氟化物气体，自然冷却至室温取出， 将焙烧后的熟料和水按一定的液固比放入恒温水浴中浸出，浸出一定时间后进行液固分离，洗涤后的滤饼进行分析检测，得到铝酸钠溶液，铝酸钠溶液掺入氧化铝中2结果和讨论2.1用碱烘烤2.1.1碱量对铝渣中铝浸出率的影响在焙烧温度900℃、焙烧时间2h、水解浸出液固比4∶1、浸出时间2h、浸出温度70℃的条件下，研究了不同质量比的铝灰、碳酸钠和氢氧化钠对铝浸出率的影响，主要化学反应如下Al2O3+Na2CO3=2NaAlO2+CO2↑(1)2AlN+na2co 3+3H2O = 2na alo 2+2NH3 ↑+ CO2 ↑( 2)10Al+2na 2co 3+6 nano 3 = 10na alo 2+3n 2↓+2co 2↓(3)Fe2O3+Na2CO3=2NaFeO2+CO2↑(4)二氧化硅+碳酸钙=氧化钙+二氧化硅↓(5)10Al+4NaOH+nano 3 = 10Al O2+N2+H2O(6)Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O(7)AlN+NaOH+H2O = naalo 2+NH3↓(8)Fe2O3+2NaOH=2NaFeO2+H2O(9)随着碱含量的增加，铝的浸出率先大幅度增加，然后逐渐稳定。
当铝灰与碳酸钠和氢氧化钠的质量比为1∶1.4和1∶1时，铝灰中铝的浸出率分别为84.54%和91.13%，随着碱耗的增加，铝的浸出率几乎没有增加氢氧化钠焙烧铝灰时，效果较好，但氢氧化钠价格较高，腐蚀性较强因此，铝灰与碳酸钠的质量比为1 ∶ 1.42.1.2焙烧温度对铝灰中铝浸出率的影响研究了不同焙烧温度对铝灰中铝浸出率的影响，铝灰与碳酸钠质量比为1 ∶ 1.4，焙烧时间2h，水解浸出液固液比为4∶1，浸出时间2h，浸出温度70℃，不同焙烧温度下铝灰中铝的浸出率先升高后降低，1000℃时铝的浸出率为84.54%当温度低于1000℃时，铝灰中氧化铝与碱的反应不完全，导致浸出率低；当温度过高时，会发生烧结和凝固，导致铝灰与碱接触不良，影响铝的浸出率，当温度过高时，能耗会增加因此，烘烤温度选择为1000℃2.1.3焙烧时间对铝灰中铝浸出率的影响研究了不同焙烧时间对铝灰中铝浸出率的影响，铝灰与碳酸钠的质量比为1 ∶ 1.4，焙烧温度为1000℃，水解浸出液固液比为4∶1，浸出时间为2h，浸出温度为70℃，随着焙烧时间的延长，铝灰中铝的浸出率先增大后趋于平缓当时间延长到120分钟时，铝的浸出率达到84.54%，当时间延长到150分钟时，铝的浸出率为86.07%，提高了1.53%，增幅不大。
考虑到时间的延长，所需的能耗会大大增加因此，烘烤时间为120分钟铝灰中的主要有害元素氟和氯分别从0.17%和2.40%降至0.049%和0.048%，去除率分别达到71%和98%2.2水解浸出碳酸钠的铝灰和煅烧熟料经过水解浸出，根据实际情况，可以通过氧化沉淀去除铁等杂质元素，得到的铝酸钠溶液并入氧化铝晶种子系统制备氧化铝，这部分工艺在工业应用上比较成熟2.2.1浸出液固比对铝灰中铝浸出率的影响在浸出温度为70℃、浸出时间为2h的条件下，考察了浸出液固比对铝灰渣中铝浸出率的影响，随着液固比的增大，焙烧熟料中铝的浸出率先增大后趋于平缓当液固比为2∶1时，焙烧熟料中铝的浸出率为66.26%，熟料中的铝酸钠未完全溶解，当液固比为4∶1时，熟料中铝的浸出率为85.54%，熟料中的铝酸钠完全溶解，当液固比增加时，铝酸钠完全溶解，但溶液中的铝酸钠浓度较低，使得铝酸钠分解形成的氢氧化铝沉淀到浸出渣中，从而降低了铝酸钠的浸出因此，液固比最好控制在4∶12.2.2不同浸出温度对铝渣中铝浸出率的影响在浸出液固比为4∶1、浸出时间为2h的条件下，考察了浸出温度对铝灰中铝浸出率的影响从室温到80℃，焙烧熟料中铝能很好地浸出，且随着浸出温度的升高，先升高后趋于平缓。
当浸出温度为60℃时，焙烧熟料中铝的浸出率为85.54%，当浸出温度为70℃时，浸出率为85.57%，基本没有明显增加，但当浸出温度升高时，能耗和生产成本相应增加因此，适宜的浸出温度为60℃2.2.3浸出时间对铝灰中铝浸出率的影响研究了当浸出液固比为4∶1，浸出温度为60℃时，浸出时间对铝灰中铝浸出率的影响随着浸出时间的增加，焙烧熟料中铝的浸出率先增加后趋于稳定在浸出初期，铝酸钠部分溶于水溶液，经过一段时间的反应，铝酸钠完全溶解，铝的浸出率趋于稳定，随着浸出时间的增加，铝酸钠部分分解，但浸出率略有下降因此，浸出时间为60分钟2.3浸出渣的毒性分析对铝灰原料经高温碱焙烧和水解浸出后的浸出渣进行了化学分析、物相分析和毒性浸出分析结果如表3所示从分析检测结果可以看出，浸出渣的主要成分为铝、钙、镁、铁的氧化物或氢氧化物、铝硅酸钠和铝硅酸钠镁，其中有害元素氟和重金属元素含量较低委托云南有色金属及制品质量监督检验站对浸出渣毒性进行进一步分析测试，发现浸出渣中有毒元素F、Cl、重金属元素含量均低于危险废物要求标准，浸出渣中浸出液pH值为10.0，超过《废水综合排放标准》(GB18599-2001)中6 ~ 9的范围，铝灰渣回收得到的浸出渣为ⅱ类一般固体表3浸出渣的x光荧光光谱分析结果元素铝铁硅镁钙钠铜钛锰锌钡内容%12七七六三三一个0.90.60.40.07元素K镍铅老P氯铬钴锆锡铈内容%0.060.050.040.040.030.020.020.020.020.020.013结论(1)得出了二次铝冶炼产生的二次铝灰经碱焙烧、水解浸出、液固分离处理后，铝的最佳浸出率的实验条件。
在液固比为4∶1、浸出温度为60℃、浸出时间为60分钟的条件下，铝灰与碳酸钠的质量比为1 ∶ 1.4，焙烧温度控制在1000℃，焙烧时间为2h，铝灰中铝的浸出率为85.54%2)碱焙烧后的铝灰渣水解浸出，主要成分为铝、钙、镁、铁等的氧化物或氢氧化物且有害元素氟和重金属元素含量低，属于ⅱ类一般固体废物参考文献:［1］乔桂玲，朱广斌，王绍鹏．铝灰在铝电解槽上添加应用研究［J］．轻金属，2009(8):43－47．［2］李菲，郑磊，冀树军，等．铝灰中铝资源回收工艺现状与展望［J］．轻金属，2009(12):3－8．［3］TANRBH，KHOOHH．AnLCAstudyofaprimaryaluminumsup-plychain［J］．JournalofCleanerProduction，2005，13(6):607－618．［4］倪红军，陈祥，吕帅帅，等．铝渣合成无机材料的研究现状及进展［J］．现代化工，2015(11):19－22． -全文完-。