利用粉煤灰制备氯化铝溶液的实验研究
第25卷 第2期 桂林工学院学报 Vol . 25No . 22005年4月 JOURNAL OF G U I L I N UN I V ERSI TY OF TECHNOLOGY Ap r 12005
文章编号:1006-544X (2005) 02-0202-03
利用粉煤灰制备氯化铝溶液的实验研究
王丽华
1, 2
, 王东升
3
(11中国地质大学(北京) 材料学院, 北京 100083; 21桂林工学院资源与环境工程系, 广西桂林541004;
3. 中国科学院生态环境研究中心, 北京 )
摘 要:. (质量比) 为112∶1, , m ; 霞石经HCl 2HCl 溶液浓度的增加而增加, 当浸
, . ; ; 分解; 聚合氯化铝; 实验条件:X773; T Q124142; O631142 文献标识码:A ①
粉煤灰是发电厂排放的固体废弃物, 是当今社会最大的污染源之一. 聚合氯化铝作为一种主要水处理材料的需求量越来越大. 有些粉煤灰中铝的含量很高, 若能提取并制备成聚合氯化铝, 既可解决大量粉煤灰堆积带来的污染问题, 又可使粉煤灰变废为宝, 成为一种廉价的二次资源
[1]
学成分为硅、铝的氧化物(表1) . 其中w (A l 2O 3) 高达40137%.对粉煤灰进行了X 射线分析(图1) , 其主要矿物相为莫来石和很少量石英晶体及Si O 2玻璃体.
表1 粉煤灰的化学全分析结果
Table 1 Analysis of contents of fly ash w B /%组分Na 2O Mg O
A l 2O 3Si O 2P 2O 5
,
而获得氯化铝溶液是制备聚合氯化铝的前期工序. 为此, 研究了利用粉煤灰(来源:北京石景山) 制备氯化铝的相关条件.
含量0. 070. 5840. 3748. 70. 52
组分Ti O 2MnO Fe 2O 3FeO H 2O
+
含量1. 640. 032. 580. 740. 28
组分K 2O CaO CO 2
含量0. 632. 920. 710. 90100. 7
1 实验仪器
红外光谱测定采用PE983G 型红外分光光度计, 光谱测定在4000～180c m 范围内, 分辨率
3c m
-1
-1
挥发分
总计
, 采用K B r 压片法制样; X 射线光谱仪,
采用R igaku -RA 型高功率旋转阳极X 射线衍射仪, 其工作条件为Cu K α、40kV 、100mA; 差热分析采用S DT2960型差热、热重联用仪, 空气气氛, 温度梯度为10℃・s .
-1
2 实验结果与讨论
211
粉煤灰的分解
图1 粉煤灰的X 射线分析结果
Fig 11 XRD results of fly ash
21111 粉煤灰的组成 石景山粉煤灰中的主要化
①
收稿日期:2004-12-31
基金项目:国家“863”计划资助项目(2002AA601290) NSFC (20477054) 作者简介:王丽华(1971-) , 女, 博士研究生, 研究方向:新型陶瓷与矿物材料.
第25卷 第2期 王丽华等:利用粉煤灰制备氯化铝溶液的实验研究203
21112碱熔方案的确定 (1) 碱熔方案的可行
性分析. 因为粉煤灰中的A l 主要存在于莫来石的晶格结构中, 不能被直接提取和利用. 虽然莫来石的热稳定性, 酸、碱稳定性都比较好, 但在高温条件下具有亲碱性, 所以可利用碱熔的办法使粉煤灰中的铝熔出.
取粉煤灰和碳酸钠混合样品进行差热分析(图
2) , 发现其于850℃发生明显热变化. 经红外光谱(其特征峰值(c m -1) :粉煤灰为993, 693, 572, 470, 404; 霞石为980, 690, 572, 465, 413) 和X 射线分析(图3) , 反应产物为霞石(Na A lSi O 4) . 说明碱熔法
图4 不同配比的粉煤灰和碳酸钠的混
合物的X Fig 1X 2ray of of s odium
2是一种十分有效的粉煤灰分解方法.
(2) 12∶1比例混合的粉煤灰和碳, 分别在790, 810, 830, 850, 860℃
磨至粒径() ∶m 下进行恒温处理115h, 将处理得到的熟料分别进
(碳酸钠) =. 1∶1, . 2∶1, 1. 5∶1, 2∶1, 4∶1混行X 射线分析. 从图5可知:随着焙烧温度的升合的样品, 在860℃下恒温115h 后, 进行X 射线衍射分析(图4) . 随着碳酸钠用量的增加, 碱熔产物(以下简称熟料) 中莫来石的特征峰逐渐减少至消失, 在配比为112∶1(质量比, 下同) 的熟料中, 莫来石相完全消失. 说明该配比条件下, 粉煤灰可以完全分解. 当碳酸钠大于此用量时, 霞石的2个主要衍射峰的强度比发生明显变化, 说明产物霞石发生结构变化. 查阅X 射线分析数据库发现, 霞石(Na A lSi O 4) 吸收过量Na 2O 生成一种碱性霞石(Na 2O )
0133
高, 莫来石的衍射峰逐渐减少至消失; 在850℃温度条件下, 所有的莫来石衍射峰消失, 产物为单一的霞石. 说明850℃是适当的焙烧温度.
③焙烧时间. 在850℃温度条件下, 以112∶1混合的粉煤灰和碳酸钠, 分别处理不同时间所得的熟料进行X 射线分析. 由图6知, 焙烧时间越长
,
Na A lSi O 4
.
图5 不同温度下热处理的粉煤灰和
碳酸钠混合物的X 射线分析结果
图2 加入碳酸钠前后粉煤灰的差热分析结果
Fig 12 DT A results of fly ash and fly p sh nlus
sodium
Fig 15 X 2ray results of fly ash with sodium Carbonate
at different
temperature
图3 粉煤灰与碳酸钠混合物的X 射线分析结果
Fig 13 XRD result of fly ash heated with sodium
carbonite
图6 热处理不同时间后熟料的
X 射线分析结果
Fig 16 X 2ray results of fly ash and s odiu m wor med at different ti m e
204桂 林 工 学 院 学 报 2005年
熟料中莫来石残留越少, 说明焙烧时间和粉煤灰分解率成正比, 焙烧至90m in 时, 莫来石相完全消失, 所以实验选择的最佳焙烧时间为90m in .
212
的沉淀中, 已不含霞石残余. 此时, 沉淀相的X 射线分析结果显示为较为纯净的非晶态Si O 2. 所以, 实验确定的HCl 溶液浓度为80%.
聚合氯化铝前期液的制备
实验采用盐酸浸取熟料的方式来制备聚合氯
化铝的前期液. 选择(φ(HCl ) ) 25%, 50%, 75%,
80%, 90%和100%的HCl 溶液, 用量分别为120, 60, 40, 3715, 3313和30mL (此时HCl 的含量相同)
3 结论
(1) 碱熔法分解北京石景山粉煤灰时, 粉煤灰
和碳酸钠的最佳用量比为112∶1.
(2) 最佳焙烧条件:温度850℃, 时间90m in . (3) 焙烧的熟料采用80%的浸取, 可获
浸取3100g 熟料. 取过滤后的沉淀进行X 射线分析
(图7) , 结果表明:随着HCl 溶液浓度的增加, 霞石
() .
的分解完全程度增加, 经80%的HCl
浸取液处理过
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图7 不同浓度盐酸处理熟料后沉淀
的X 射线分析结果
Fig 17 X 2ray results of deposits of p r oducts after being
treated by HCl of different concentrati on
Poly m er i za ti on Prepara ti on Usi n g Fly A sh
WANG L i 2hua
1, 2
, WANG Dong 2sheng
3
(11School of M aterials Science and Technology, China Univer sity of Geoscience (B eijing ) , B eijing 100083, China; 21Depart m ent of Resources and Envir on m ental Engineering, Guilin Univer sity of Technology, Guilin 541004, China; 31Resear ch Center for Envir on m ental Science, Chinese Acade m y of Science, B eijing 100085, China )
Abstract:The experi m ental p r ocess of p reparing alum inum chl oride s oluti on fr om fly ash is syste matically stud 2ied . W hen the rati o of high 2alum ina fly ash t o Na 2CO 3is 112t o 1(by mass rati o ) , the mullite in the flying ash can comp letely react w ith Na 2CO 3at the te mperature of 850℃for 90m in and changes int o nepheline . Nepheline is easily diss olved in HCl and f or m s A l Cl 3s oluti on and Si O 2deposit . W hen the concentrati on of HCl comes t o 80%(volume concentrati on ) , there is no Nepheline re mnant in the deposit . Key words:fly ash; s odiu m treat of fly ash; P AC poly merizati on; experi m ental conditi ons