煤灰酸浸提鋁殘渣制備納米白炭黑試驗研究.pdf

1、煤炭是我國最豐富的一次能源，占據(jù)我國能源生產(chǎn)和消費(fèi)總量的70％以上。國內(nèi)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)建設(shè)帶動了火電行業(yè)飛速發(fā)展，隨之而來的煤灰渣的排放量也與日俱增。煤灰的大量堆積不僅占用土地，還帶來許多環(huán)境問題。然而，煤灰中最主要的元素為硅和鋁，若采取有效的工藝方法提取出來，不僅解決了環(huán)境問題，而且?guī)砹私?jīng)濟(jì)價值。結(jié)合浙江大學(xué)熱能工程研究所提出的煤炭分級轉(zhuǎn)化梯級利用技術(shù)，充分發(fā)掘煤炭的能源特點(diǎn)與資源屬性，實(shí)現(xiàn)資源的高附加值利用。本文提出了煤灰渣酸浸提鋁

2、殘渣制備納米白炭黑產(chǎn)品的工藝，并展開了相關(guān)試驗研究：
　　首先用硫酸在合適條件下酸浸溶出灰渣中的鋁元素制取Al2O3，留下富含硅元素的殘渣。碳酸鈉與酸浸渣在高溫下焙燒，對酸浸渣-Na2CO3體系燒結(jié)過程進(jìn)行熱力學(xué)分析和計算，通過設(shè)計正交試驗，初步確定了焙燒條件。再經(jīng)過單因素試驗，分別討論焙燒溫度、Na2CO3配比、保溫時間和升溫方式對二氧化硅溶出率的影響。實(shí)驗結(jié)果表明：在焙燒溫度1153 K、焙燒時間1.5 h、m1(酸浸渣)：m

3、2(碳酸鈉)為2:2.90條件下，反應(yīng)條件最佳，酸浸渣中二氧化硅的溶出率可達(dá)到85.88％。
　　隨后對酸浸渣-Na2CO3體系的熱分解過程進(jìn)行動力學(xué)研究，結(jié)果表明該過程符合 Crank-Ginstling-Braunshtein方程，經(jīng)試驗數(shù)據(jù)計算，反應(yīng)的表觀活化能為156.46 kJ/mol。焙燒后產(chǎn)物經(jīng)100℃水浸可溶出85%以上的硅，并得到一定濃度的硅酸鈉溶液。水浸殘渣中含有無定型態(tài)的硅和鋁元素，亦可考慮二次提鋁和提硅，最

4、終實(shí)現(xiàn)對煤灰中硅鋁資源的綜合和精細(xì)化利用。
　　硅酸鈉溶液碳分法制備納米白炭黑試驗中，通過單因素法，對影響產(chǎn)品性能的制備因素進(jìn)行探究，得到制備納米白炭黑的最佳反應(yīng)條件：SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)取2%，CO2通氣速率0.5min-1，溶液反應(yīng)溫度65～75℃，反應(yīng)終點(diǎn)PH=8，陳化時間2 h。過濾洗滌后再經(jīng)共沸蒸餾干燥并120℃烘干后，可制備比表面積250 m2/g左右的疏松狀納米白炭黑產(chǎn)品。
　　加入一定量的添加劑可以顯著改變顆粒的

5、表面狀態(tài)，減少一次粒子團(tuán)聚，改善體系的分散性和穩(wěn)定性。在合理的制備條件下，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的聚乙二醇10000表面活性劑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的氯化鈉分散劑效果最佳，制備的SiO2粒子尺寸小，粒徑20 nm左右，一次粒子分布均勻且團(tuán)聚體較小，分散性最佳。制備的納米白炭黑產(chǎn)品符合HG/T3061-2009中的A類標(biāo)準(zhǔn)，納米白炭黑產(chǎn)品的SiO2含量達(dá)92.34%，吸油值達(dá)到3.10 ml/g。
　　煤灰酸浸提鋁殘渣制備納米白炭黑工藝，不僅基本