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    • 高铝粉煤灰综合利用研究进展

        摘    要:

        高铝粉煤灰是我国特有的一类大宗固体废弃物品种,主要来源于我国内蒙古自治区及山西省。采用合适的方法合理利用高铝粉煤灰中的高价值元素,特别是成分占比较高的铝元素,对于减轻燃煤电厂固废处理压力并产生具有经济价值的高附加值产品有着十分积极的意义。综述了目前报道的一些高铝粉煤灰的利用方法,希望为高铝粉煤灰的综合利用提出一些有用的信息。

        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。

        6 结束语

        概括起来,粉煤灰的利用方式可归结为两大类:一是利用粉煤灰的火山灰特性,用于建筑、建材、农业领域和基础工程等,这类用途能消耗大量粉煤灰,但粉煤灰中大量高价值的氧化铝资源没有充分利用。另一类是将高铝粉煤灰作为一种再生资源,经由处置,制备高值产物,充分发挥高铝粉煤灰中有价金属的价值。

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