粉煤灰中硅鋁鐵的強(qiáng)化浸出及聚硅硫酸鋁鐵絮凝劑的合成.pdf

1、本文以四川攀枝花鋼鐵集團(tuán)公司發(fā)電廠粉煤灰為研究對(duì)象，系統(tǒng)深入地研究了機(jī)械活化法、濃酸熟化法、添加助溶劑法、焙燒活化法、微波助溶法五種措施對(duì)活化粉煤灰、強(qiáng)化粉煤灰中硅鋁鐵浸出的影響，重點(diǎn)研究了焙燒活化法的強(qiáng)化浸出效果和活化機(jī)理，確立了焙燒-機(jī)械活化的最佳強(qiáng)化浸出技術(shù)路線；采用中溫堿浸提取硅、鋁，常溫酸浸提取硅、鋁、鐵，解決了粉煤灰酸浸液硅酸的穩(wěn)定性問(wèn)題，創(chuàng)建了焙燒-機(jī)械活化-中溫堿浸-常溫酸浸-中和共聚的獨(dú)特工藝技術(shù)合成新型高效粉煤灰基聚

2、硅酸硫酸鋁鐵絮凝劑(poly-aluminum ferric silicate sulfate，簡(jiǎn)稱PAFSS);將其應(yīng)用于模擬廢水、城市生活污水、焦化廢水和煉鋼廢水的處理，取得了滿意的效果。該研究具有重要的環(huán)保意義和可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
　　 研究結(jié)果表明，當(dāng)不采用強(qiáng)化浸出措施時(shí)，用3mol/LH2SO4溶液直接浸出，浸出溫度為80℃，浸出時(shí)間為3h，礦漿濃度為10％的條件下，硅、鋁、鐵的浸出率分別為0.18％、10.19％、17

3、.86％。用3mol/LNaOH溶液直接浸出，浸出溫度為80℃，浸出時(shí)間為3h，礦漿濃度為10％的條件下，硅、鋁、鐵的浸出率分別為4.59％、4.09％、1.98％。直接酸、堿浸出，粉煤灰中硅、鋁、鐵的浸出率都較低，浸出液中硅、鋁、鐵的濃度達(dá)不到合成絮凝劑的要求。
　　 采用機(jī)械活化強(qiáng)化浸出措施時(shí)，在料球比為1:3，行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為220rpm，機(jī)械活化時(shí)間為2.5h的條件下，硅、鋁的浸出率分別為0.45％、11.10％,比

4、直接酸浸分別提高了1.5倍、9％。
　　 采用濃酸熟化強(qiáng)化浸出措施時(shí)，在H2SO4溶液濃度為8mol/L，熟化時(shí)間為4h的條件下，硅、鋁、鐵的浸出率分別為0.30％、8.17％、12.65％，比直接酸浸分別提高了67％、-20％、-29％，濃酸熟化對(duì)提高粉煤灰中硅、鋁、鐵的浸出率作用不大。
　　 采用添加助溶劑氟化銨強(qiáng)化浸出措施時(shí)，在氟化銨／粉煤灰質(zhì)量比為2.0的條件下，硅、鐵浸出率分別為23.77％、36.71％;比直

5、接酸浸分別提高了131倍、1.1倍。加入助溶劑氟化銨對(duì)提高粉煤灰中硅、鋁、鐵的效果很明顯，但是氟化銨對(duì)儀器以及環(huán)境的污染較大。
　　 采用焙燒活化強(qiáng)化浸出措施時(shí)，在焙燒混合料中鈉鹽質(zhì)量含量為57.5％、粉煤灰質(zhì)量含量為42.5％，升溫速度為10℃/min，焙燒溫度為850℃，保溫時(shí)間為30min的條件下，硅、鋁、鐵浸出率分別為34.40％、58.09％、45.95％，比直接堿浸分別提高了7.5倍、4.7倍、1.6倍。
　　

6、 采用微波助溶強(qiáng)化浸出措施時(shí)，在微波加熱溫度為80℃，微波保溫時(shí)間為1h,礦漿濃度為5％的條件下，硅、鋁、鐵的浸出率分別為0.45％、58.08％、48.85％,比直接酸浸分別提高了1.5倍、4.7倍、1.7倍。
　　 對(duì)比各強(qiáng)化浸出措施的效果可知，焙燒活化法、添加助溶劑NH4F法對(duì)提高粉煤灰中硅、鋁、鐵浸出率的效果是最明顯的，但是NH4F對(duì)環(huán)境的污染很大；微波助溶法和機(jī)械活化法也有效果，但是不明顯；濃酸熟化法基本沒(méi)有效果。綜

7、合考慮工業(yè)生產(chǎn)的需要，本研究采用焙燒活化-機(jī)械活化的聯(lián)合強(qiáng)化浸出工藝。
　　 對(duì)原料粉煤灰和焙燒后粉煤灰進(jìn)行XRD、SEM及EDS分析表明，焙燒活化強(qiáng)化浸出機(jī)理是：粉煤灰和鈉鹽混合焙燒破壞了粉煤灰中莫來(lái)石的SiO2-Al2O3鍵，生成活性較高的霞石NaAlSiO4及具有霞石結(jié)構(gòu)的Na1.75Al1.75Si0.25O4、K(Na,K)3AlSiO4和(Na2O)0.33NaAlSiO4，這些物質(zhì)更易與硫酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，從而

8、提高粉煤灰中硅、鋁、鐵的浸出率。
　　 粉煤灰酸性浸出液中的硅酸極不穩(wěn)定，易膠凝化，本研究通過(guò)在25℃常溫酸浸的同時(shí)添加體積比為3％的P1，解決了酸浸液中硅酸膠凝化的問(wèn)題，提高了酸浸液中硅酸的穩(wěn)定性。
　　 在粉煤灰基無(wú)機(jī)高分子PAFSS絮凝劑的合成實(shí)驗(yàn)中，(Al+Fe)/Si摩爾比是影響PAFSS絮凝劑處理效果的主要因素。通過(guò)試驗(yàn)研究，確定了合成粉煤灰無(wú)機(jī)高分子PAFSS絮凝劑的最佳工藝條件為：(Al+Fe)/Si為1

9、.72(酸／堿浸出液體積比為1:2.5)，同化時(shí)間為12h。
　　 通過(guò)研究確定了粉煤灰基無(wú)機(jī)高分子PAFSS絮凝劑的合成工藝為：①焙燒階段：焙燒混合料中鈉鹽的質(zhì)量含量為57.5％、粉煤灰的質(zhì)量含量為42.5％，升溫速度為10℃/min，焙燒溫度為850℃，保溫時(shí)間為30min。②機(jī)械活化階段：料球比為1:3，行星式球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為220rpm，機(jī)械活化時(shí)間為2.5h。③中溫堿浸階段：氫氧化鈉濃度為3mol/L，礦漿濃度為5％，浸出

10、溫度為80℃，浸出時(shí)間為3h。④常溫酸浸階段：P1投加量為浸出劑總體積的3％，硫酸濃度為3mol/L，礦漿濃度為5％，浸出溫度為25℃，浸出時(shí)間為3h。⑤中和共聚階段：(Fe+Al)/Si摩爾比為1.72（酸／堿浸出液體積比為1:2.5），同化時(shí)間為12h。
　　 將合成的PAFSS絮凝劑用于模擬廢水、城市生活污水、焦化廢水和煉鋼廢水的處理，結(jié)果表明，PAFSS絮凝劑的最佳投加量分別為6mL/L、20mL/L、10mL/L、10

11、mL/L。模擬廢水處理前的濁度為812NTU，處理后的濁度為11NTU;城市生活污水處理前的濁度為1568NTU、色度為50倍、COD為11980mL/L，處理后的濁度為23NTU、色度為4倍、COD為675mL/L;焦化廢水處理前的濁度為36NTU、色度為8倍、COD為156mL/L，處理后的濁度為12NTU、色度為4倍、COD為112mL/L;煉鋼廢水處理前的濁度為2295NTU、色度為40倍，處理后的濁度為27NTU、色度為1倍。

12、
　　 將合成的PAFSS絮凝劑與市售聚合氯化鋁（poly-aluminum chloride，簡(jiǎn)稱PAC）和聚合硫酸鐵（poly-ferric sulfate，簡(jiǎn)稱PFS）進(jìn)行了絮凝效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，絮凝劑投加量均為6mL/L時(shí)，模擬廢水經(jīng)PAFSS處理后的濁度為11NTU，經(jīng)PAC處理后的濁度為154NTU，經(jīng)PFS處理后的濁度為173NTU;絮凝劑投加量均為20mL/L時(shí)，城市生活污水經(jīng)PAFSS處理后的濁度為23N

13、TU、色度為4倍，經(jīng)PAC處理后的濁度為64NTU、色度為3.5倍，經(jīng)PFS處理后的濁度為56NTU、色度為10倍；絮凝劑投加量均為10mL/L時(shí)，焦化廢水經(jīng)PAFSS處理后的濁度為12NTU、色度為4倍、COD為112mL/L，經(jīng)PAC處理后的濁度為25NTU、色度為2.8倍、COD為145mL/L，經(jīng)PFS處理后的濁度為29NTU、色度為3.8倍、COD為152mL/L;絮凝劑投加量均為10mL/L時(shí)，煉鋼廢水經(jīng)PAFSS處理后的濁