《粉煤灰资源化综合利用新技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粉煤灰资源化综合利用新技术（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、粉煤灰资源化综合利用新技术欢迎加入粉煤灰、煤矸石交流群。群号：.我们所开发的粉煤灰综合利用技术的亮点在于：综合利用过程不需对粉煤灰进行焙烧！设备投资省、能耗低、分解率高！实现了对粉煤灰中硅、铝、铁元素的综合利用，处理成本低、经济效益显著、无污染。阅读导引：1、【文章】： 我国粉煤灰高附加值化综合利用的研究及产业化现状；2、【技术简介】由粉煤灰制备高分散性轮胎专用白炭黑、冰晶石和高纯氧化铁1、【文章】：我国粉煤灰高附加值化综合利用的研究及产业化现状肖景波（南阳东方应用化工研究所，河南南阳，） 一、概述粉煤灰是一种典型的大量工业固体废弃物，2015年我国排放总量将达到5.8亿吨1，形成沉重的环境负
2、担。粉煤灰的化学组成主要为SiO2、Ai2O3、Fe2O3和未燃尽C，此外还有少量的Mg、Ti、K、Na、P、S的氧化物以及稀有金属氧化物等，从笔者研究过的粉煤灰情况看：SiO2、Ai2O3、Fe2O3和C的含量通常在23.856.5%、10.137.3%、4.314.1%和3.429.2%之间。物相主要由莫来石（3Al2O32SiO2)晶相和硅铝酸盐玻璃相组成，其它还有石英（SiO2)、赤铁矿（Fe2O3)、磁铁矿（Fe3O4)、刚玉（-Al2O3)等。目前我国对粉煤灰的综合利用水平不高，约为67%2，主要用于建筑材料和建设工程等领域，如用于生产水泥、制砖、泡沫玻璃、商砼、加气混凝土、陶粒、
3、轻质建材、填充材料等，利用层次比较低。采用湿法冶金工艺由粉煤灰制备氧化铝和白炭灰是粉煤灰高附加值化、精细化综合利用的主要方向，也是近年来学术及产业界研究、关注的热点。二、研究进展及产业化现状2.1、研究进展： 以湿法冶金工艺对粉煤灰进行综合利用，按分解方法的不同可分为碱法、酸法及酸碱联合法。2.1.1、石灰石焙烧法： 2.1.1.1、工艺概要：将粉煤灰与石灰石磨细，然后按配比混匀，在13201400C下焙烧，使莫来石的Si-0-AI键得以破坏，将莫来石和石英转化为铝酸钙（12CaO7Al2O3）和硅酸二钙（2CaOSiO2），使粉煤灰中的氧化铝得到活化3。化学反应： 7A6Si2O13+64C
4、aCO314Ca2SiO4+3Ca12Al14O33+64CO2 （1） SiO2+2CaCO3Ca2SiO4+2CO2 （2） 7Al2O3+12CaCO3Ca12Al14O33+12CO2 （3） 将焙烧熟料以碳酸钠溶液溶出，铝酸钙分解生成铝酸钠（NaAlO2）溶液和碳酸钙沉淀，硅酸钙则转化为碳酸钙沉淀和偏硅酸钠溶液。经分离制得主要成份为铝酸钠，同时含有少量偏硅酸钠的溶液。将所得含偏硅酸钠的铝酸钠溶液用氢氧化钙脱硅，再采用炭分工艺制得氢氧化铝，再将氢氧化铝煅烧即得氧化铝产品。 主要化学反应为： Ca12Al14O33+12Na2CO3+5H2O14NaAlO2+12CaCO3+10NaOH
5、 （4） Ca2SiO4+2Na2CO3+H2ONa2SiO3+2CaCO3+2NaOH （5） xNa2SiO3+2NaAlO2+ 3Ca(OH)2+4H2O 3CaOAl2O3xSiO2(6-x)H2O+(2+2x)NaOH （6） 2NaAlO2+ CO2+3H2ONa2CO3+2Al(OH)3 （7） 2Al(OH)3Al2O3+3H2O （8） 2.1.1.2、评析：该法的优点是工艺简单，设备腐蚀性小，耗碱量较小，焙烧物料无需破碎；缺点是烧结温度高，能耗高，石灰石消耗量大，氧化铝溶出率不高，仅为70%4，此外未能对硅、铁资源进行综合利用 ，CO2和硅钙渣排放量大，环境负仍然较重。从产
6、出角度看，假定粉煤灰中含氧化铝50%,溶出率70%，收率90%，每处理一吨粉煤灰产出冶金级氧化铝319kg，出厂价2.9元/kg，产值925元，生产企业盈利难度大。2.1.2、碱石灰焙烧法： 2.1.2.1、工艺概要：将粉煤灰、石灰石和碳酸钠混合均匀，经高温焙烧使莫来石的Si-0-AI键得以破坏，将莫来石和石英转化为易溶于水的偏铝酸钠（NaAlO2）和难溶的硅酸钙（2CaOSiO2）5。化学反应： CaCO3CaO+CO2 （9） Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2 （10） SiO2+2CaOCa2SiO4 （11） Al6Si2O13+4CaO+3Na2CO32Ca2SiO4+
7、6NaAlO2+3CO2 （12） 2Fe3O4+3Na2CO3+0.5O23Na2Fe2O4+3CO2 （13） 焙烧熟料经水溶、分离、两段脱硅、炭分等工序制得氢氧化铝，再经煅烧得氧化铝产品。溶出过程的化学反应为： NaAlO2+2H2ONa+Al(OH)4- （14） Na2Fe2O4+4H2O2NaOH+Fe2O33H2O （15） 2.1.2.2、评析：与石灰石焙烧法相比，该工艺的优点是所需石灰石配入量较少，能耗相对较低；缺点是生产流程长，烧结工艺条件不稳定；且焙烧反应复杂，氧化铝溶出率不高，为72.2%。在生产氧化铝的同时产出大量硅钙渣，且含碱量大，不能直接使用。对硅、铁未能综合利用
8、。成本高，产出少，效益空间不大。2.1.3、预脱硅碱石灰焙烧法:2.1.3.1、工艺概要:预脱硅及白炭黑的制备：将粉煤灰与氢氧化钠溶液混合并调配成浆，然后送二氧化硅溶出工序，使其中的部分二氧化硅与碱反应生成硅酸钠，再经过滤收得低模数硅酸钠溶液和脱硅灰滤饼。将大部分低模数硅酸钠溶液送粗白炭黑制备工序，少部分送粗白炭黑回溶工序用作溶剂。将低模数硅酸钠溶液经碳分制得粗白炭黑。分离粗白炭黑后母液及洗水（含碳酸钠）送苛化工序。将所制得的粗白炭黑于回溶工序与低模数硅酸钠溶液混合，以溶液中的游离碱与粗白炭黑反应使反溶为硅酸钠，过滤后获合格硅酸钠溶液。将合格硅酸钠溶液送白炭黑制备工序，经碳分制得正品白炭黑，分
9、离白炭黑所得母液及洗水用于石灰消化。将白炭黑于调浆槽中与稀硫酸混合进行酸化处理，再经分离、洗涤、干燥、包装制得白炭黑6。化学反应:脱硅：nSiO2(非晶态)+2NaOHNa2OnSiO2+H2O （16）副反应：Al2O3(非晶态)+2NaOH2NaAlO2+H2O （17）粗白炭黑沉淀（一级碳分）：Na2OnSiO2+CO2Na2CO3+nSiO2 (18)反溶：Na2OnSiO2+SiO2Na2O(n+1)SiO2 (19)白炭黑沉淀（二级炭分）：Na2O(n+1)SiO2+CO2Na2CO3+(n+1)SiO2 (20)母液苛化：NaCO3+Ca(OH)22NaOH+CaCO3 (21)
10、氧化铝的制备：将脱硅灰与系统产生的苛化渣（含碳酸钙）、含有碳酸钠的溶液等混配、磨细后送焙烧工序进行焙烧，使其中的硅转化为硅酸钙，氧化铝转化为铝酸钠。以水或稀碱液将铝酸钠溶出，经过滤收得铝酸钠溶液和硅钙渣（赤泥）。将铝酸钠溶液用石灰乳脱硅后种分、碳分，再经分离制得氢氧化铝和碳分母液（含碳酸钠）。将氢氧化铝洗涤，脱水后煅烧制得冶金级氧化铝，碳分母液蒸浓后用于烧结配料。工艺过程还有石灰烧制，消化及粗白炭黑母液、洗水苛化，苛化液浓缩工序等。化学反应： CaCO3CaO+CO2 (22) Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2 (23) SiO2+2CaOCa2SiO4 (24) AI6Si2O
11、13+4CaO+3Na2CO32Ca2SiO4+6NaAlO2+3CO2 (25) 2Fe3O4+3Na2CO3+0.5O23Na2Fe2O4+3CO2 (26) 2NaAlO2+CO2+3H2O2Al(OH)3+Na2CO3 (27) 2Al(OH)3Al2O3+3H2O (28)2.1.3.2、评析：本工艺的优点在于实现了对工艺过程废水和氢氧化钠的循环利用，制备出了沉淀白炭黑和冶金级氧化铝产品。缺点是工艺流程长、能耗高、处理成本不易控制、硅、铝利用率低且对铁未能综合利用、有大量的硅钙废渣排放等。从有关渠道获知，每处理一吨粉煤灰要产生一吨半赤泥，环境包衭沉重。从效益和环保角度看，该工艺产业化
12、难度较大。2.1.4、硫酸铵焙烧法: 2.1.4.1、工艺概要：将粉煤灰与硫酸铵按一定比例混合后进行低温焙烧，使粉煤灰中的氧化铝与硫酸铵反应生成硫酸铝铵同时产生氨。将烧成熟料用水溶出，经过滤收得硫酸铝铵溶液和高硅渣。硫酸铝铵溶液经除铁、还原、分解(氨中和)、过滤、洗涤得粗氢氧化铝和硫酸铵溶液。将粗氢氧化铝精制制得氢氧化铝，煅烧氢氧化铝得氧化铝产品。工艺过程对氨和硫酸铵溶液循环利用7。化学反应:Al2O3+4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2+6NH3+3H2O (29)Al6Si2O13+12(NH4)2SO46NH4Al(SO4)2+18NH3+9H2O+2SiO2 (30)NH4Al(SO4)2+3NH3+3H2OAl(OH)3+2(NH4)2SO4 (31)2Al(OH)3Al2O3+3H2O
