二次铝灰酸浸制备聚合氯化铝的研究

摘    要 :二次铝灰中仍含大量铝 ,对其进行回收具有重要意义 。文中以二次铝灰为原料 ,通过盐酸浸出处 理后再添加铝酸钙制备聚合氯化铝(PAC) ,研究了 HCl 浓度 、浸出温度 、时间 、液固比 ,铝酸钙添加量 等因素的影响 。综合考虑 ,适合二次铝灰酸浸制备聚合氯化铝的较优条件为:水洗后的二次铝灰在 HCl 浓度为 6 mol/L ,液固比为 4:1 mL/g ,温度为 85 ℃条件下酸浸 2 h ,此时的酸浸液中加入 12 g/80 mL 的铝酸钙 ,温度为 85 ℃条件下反应 1.5 h。该条件下酸浸过程中铝的浸出率为 48.67% ,且制得的液体 PAC 完全符合国家标准。

关键词 :铝灰 ;酸浸 ;聚合氯化铝

中图分类号 :TF841       文献标志码 :A

1   概   述

铝灰是铝冶炼过程所产生的固体废弃物 ,是金属 铝与其他含铝化合物的混合物[1-3] , 由于其中包括少 量重金属元素 、氟化物等毒性物质 , 因此属于危险废 弃物 。根据原料来源与生产工艺不同 ,其化学成分也 有所差异 ,有 Al、Al203、AlN 和其他金属氧化物等 ,其 中铝元素含量可以占到 10%~80%[4-5] O 随着国内电解铝 行业的快速发展 ,  每年铝灰产量已达到 112 ~180 万 吨 ,所以 ,经济有效地回收综合利用有巨大的价值[6-8] O

处理铝灰通常包括 2 部分:一是提取其中的金属 Al ,该部分渣又被认为“一次铝灰”,其中 Al 元素质量 分数为 15% ~75% , 一般为灰白色 , 也被称为“ 白铝 灰”,常通过炒灰等方法提取金属 Al[9-10] O 炒灰法主要 过程是将铝灰与一定量的盐熔剂加入到铁锅中 ,利用 铝灰自身氧化所放出的热量供热 ,用铁锹翻炒 , 同时 铝灰中的镁等物质继续氧化放热 ,进而使金属铝熔化 汇集到铁锅底部 ,熔融的铝水可以从底部流出进一步 回收[11] ;二是对一次铝灰再次处理 ,被认为“二次铝 灰 ”,其中 Al 元素大约在 7%~30% ,一般呈现为灰黑 色 ,也被称为“黑铝灰 ”,该部分铝灰中 95%以填埋的 方式处置 ,综合利用率较低[12-14] O

目前 ,  我国对于铝灰的处理技术仍处于初级阶  段 ,主要的处理方式有堆存、填埋和资源化利用等 , 由  于其中还存在硒 、砷 、钡 、隔 、铬 、铅等有害元素 ,大量  堆存与填埋不仅浪费土地还会破坏生态环境[15] O 资源  化利用提取其中的金属 Al 及其他化合物常用技术有  湿法和火法[16-17] O 桓书星等对二次铝灰先钙化煅烧后  溶出提取 Al203 进行探究 ,得出当 cac03  与铝灰质量  比1:1、1 000 ℃下煅烧时间 90 min 时 ,  煅烧渣的主要  成分是 ca12Al14032F2,当煅烧渣在 Na0H 浓度 160 g/L、 Na2c03  浓度 66.67 g/L、85℃条件下溶出 45 min 时 ,  Al203  的浸出率达到最大值 79.22%[18] O 杨娜等探究利  用 H2S04  从 铝 灰 中 浸 取 Al ,  得 出 结 论 :2.0 mol/L  H2S04、铝灰粒径 80 μm、反应物配比 n(H2S04 )/n(Al)=  1.95、100 ℃条件下浸出 120 min 时 ,铝浸出率达到较  优的 87.5%[19] O Wang Jianhui 等研究利用加入冰晶石  后高温焙烧的火法技术脱除二次铝灰中的 AlN , 通过  模型计算与实验得到较优实验条件:  当加入 17.7%质  量分数的冰晶石 ,在 750 ℃下焙烧 194 min 时 ,二次铝  灰的脱氮率最高 94.71% ,尾渣中含 0.55%的 AlN[20] O

聚合氯化铝(PAc)是一种高分子絮凝剂 , 由于其 分子结构特殊 ,具有较强的吸附性 O  与传统的絮凝剂相比较 ,具有沉淀性较好 、适用 PH 值范围广等优点 O PAc 产品可以作为一种净水剂 ,  能有效去除水中的 重金属离子 ,被广泛应用于水处理领域[21] O 目前 ,我国 用于水处理领域的 PAc 年用量约为 5×105  t ,并且随 着净水要求的不断提高 ,PAc 的年用量逐年增大[22] O

以经过炒灰后的二次铝灰为原料 ,  通过水洗、盐 酸浸出 、固液分离 、添加铝酸钙等过程得到聚合氯化 铝溶液 ,可以用于饮用水、工业用水与污水处理领域 , 实现铝灰中铝的回收循环利用 ,既降低了铝灰堆存对 环境造成的污染与危害 ,又能缓解铝土矿资源压力 O

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