铝灰除杂试验及工艺过程

    铝灰组成复杂且种类繁多，直接限制了铝灰的再利用。如何去除铝灰中的杂质是铝灰综合利用的关键问题之一。铝灰的主要成分是Al₂O₃，其次是SiO₂、MgO、CaO、Fe₂O₃、TiO₂等。铝灰中含有大量铝，因此，在许多情况下，铝灰比铝土矿更具优势。但实现铝灰资源化的关键在于脱除其中的杂质，而除杂方法因铝灰成分不同而不同。针对某铝灰，研究了浸出脱杂及焙烧进一步除杂，考察了影响铝灰脱杂的各因素，为铝灰的资源化探索新途径。

    一、试验部分

    （一）原料性质

    某工业废弃物铝灰是一种银灰色粉状物，外观类似粉煤灰，其主要成分分析结果见表1。

表1  某铝灰的化学成分分析结果％

    （二）仪器设备

    XMB－70型三辊四筒棒磨机；DL－103型电热鼓风干燥箱；78－1型磁力加热搅拌器；RJX－4－13型箱式电阻炉。

（三）试验方法

    采用单一因素试验法确定酸浸最佳条件。酸浸反应在磁力加热搅拌器中进行，搅拌器上置一个带有表面皿的反应烧杯。反应一段时间后，将反应物迅速冷却，过滤，洗涤成中性后烘干。烘干后的浸渣在马弗炉中与1200℃焙烧2h。

    二、结果与讨论

   （一）盐酸质量浓度对铝灰除杂的影响

    室温下搅拌浸出120min，矿浆液固体积质量比4∶1，铝灰粒度－325目占80％，盐酸质量浓度对铝灰除杂的影响试验结果见表2。

表2  盐酸质量浓度对杂质浸出的影响

    由表2可知：不同盐酸质量浓度下，CaO，Na₂O脱除较彻底；A1₂O₃基本稳定，损失较少；Fe₂O₃质量分数随盐酸质量浓度的提高而逐渐减少，盐酸质量浓度大于150g/L后也趋于稳定。因此，盐酸质量浓度以150g/L为佳。

    （二）浸出温度对铝灰除杂的影响

 矿浆温度对加速试剂与试料的反应速度、缩短浸出时间具有重要影响。盐酸质量浓度150g/L,其他条件同前，温度对铝灰中杂质浸出的影响试验结果见表3。

表3  温度对铝灰中杂质浸出的影响结果

    由表3可知：钙的浸出在不同温度下基本相同；铝灰中，Fe₂O₃，Na₂O质量分数随温度升高逐渐降低，50℃时，Na₂O已脱除得较彻底；80℃以后Fe₂O₃质量分数小于1％。为了尽可能多地脱除铝灰中的杂质，同时避免铝的大量损失，浸出温度以80℃较为适宜。

    （三）浸出时间对铝灰除杂的影响

   浸出温度80℃，其他条件同上，浸出时间对铝灰除杂的影响试验结果见表4。

表4  浸出时间对铝灰除杂的影响试验结果

由表4可见，随浸出时间延长，铝灰中Fe₂O₃、CaO、Na₂O质量分数均下降，Al₂O₃质量分数略有升高。综合考虑，浸出时间以120min为好。

    （四）液固体积质量比对铝灰浸出的影响

    恒温80℃，搅拌浸出120min，其他条件不变，液固体积质量比对铝灰中杂质的浸出影响结果见表5。

表5  液固体积质量比对铝灰中杂质浸出的影响

    由表5可知，随液固体积质量比的提高，铝灰中Fe₂O₃、CaO质量分数减少，A1₂O₃略有增加。综合考虑各因素的影响，选定矿浆液固体积质量比选择为4∶1。

    （五）铝灰XRD物相分析

    对浸出后的铝灰焙烧后用X－射线衍射法测定器物相，并与水洗和酸浸后的铝灰XRD衍射图比较，结果如图1所示。对XRD图谱而言，特征峰越多，代表含杂质越多。从图1可以看出，水洗、酸浸、焙烧后的铝灰，其杂峰数量依次减少，说明水洗可以除去水溶性杂质；而酸浸能使易溶于酸的氧化物基本脱除；焙烧可进一步脱除杂质，而且还使铝灰的晶型发生转变，改变了铝灰的性能。

图1  水洗、酸浸和焙烧后的铝灰及氧化铝的XRD谱图

    三、结论

    （一）采用酸浸法可去除铝灰中的杂质，脱杂最佳条件为：浸出温度80℃，盐酸质量浓度150g/L，浸出时间120min。

    （二）酸浸后的铝灰再经焙烧，不权可使铝灰中的杂质进一步脱除，而且还使铝灰的晶型发生转变，改变了铝灰的结构和性质，从而使铝灰作为化工及冶金原料成为可能。