粉煤灰的綜合利用研究

粉煤灰的綜合利用研究

1無(wú)磷濃縮洗滌劑目前，中國(guó)的輸電站每年產(chǎn)生數(shù)億噸粉末，其中高鋁粉約1億噸。這種粉煤灰中的鋁含量普遍高于35%,氧化硅的含量約為48%,還含有許多有價(jià)元素,如鐵、鈦、釩、鎵、鍺、銦等,是一種極具開(kāi)發(fā)價(jià)值的豐富資源。有效回收這些物質(zhì),既可以節(jié)約開(kāi)礦成本,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)約經(jīng)濟(jì),又可以減少對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的破壞。實(shí)現(xiàn)粉煤灰的資源化綜合利用是一件利國(guó)利民、利在當(dāng)代、功在千秋的大好事,意義重大。粉煤灰中含有大量的氧化鋁,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為12%~40%,高的達(dá)50%以上。晉西北、陜北、內(nèi)蒙古中西部地區(qū)煤炭資源豐富,年產(chǎn)原煤4億多噸,每年產(chǎn)生的粉煤灰量在1億t以上,這些粉煤灰富含氧化鋁,含量在40%左右。粗略估算其氧化鋁含量近4000萬(wàn)t,遠(yuǎn)高于我國(guó)現(xiàn)有氧化鋁的總產(chǎn)能。因此,實(shí)現(xiàn)高鋁粉煤灰的資源化利用對(duì)我國(guó)鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。粉煤灰除富含氧化鋁外還富含氧化硅,含量普遍大于40%,有的高達(dá)60%。氧化硅是構(gòu)建無(wú)機(jī)非金屬材料的骨架物質(zhì),用于生產(chǎn)水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料等硅酸鹽產(chǎn)品。氧化硅也是無(wú)機(jī)硅化物的基本原料。用氧化硅制備的硅酸鈉及其衍生產(chǎn)品近十年來(lái)用量大幅增長(zhǎng)。硅酸鈉作為基本化工原料,主要用在涂料、洗滌劑、膠粘劑、催化劑、焊接材料、冶金、鑄造、紙板、選礦、建筑、耐火材料等領(lǐng)域。它也是白炭黑、4A分子篩和五水偏硅酸鈉產(chǎn)品的基本原料。目前,我國(guó)白炭黑的年用量約32萬(wàn)t,自產(chǎn)量約23萬(wàn)t。僅此一項(xiàng),年消費(fèi)硅酸鈉量就約百萬(wàn)噸。4A分子篩和五水偏硅酸鈉是生產(chǎn)高效無(wú)磷濃縮洗衣粉的主要原料,用它代替?zhèn)鹘y(tǒng)洗滌劑三聚磷酸鈉,可以避免使用三聚磷酸鈉帶來(lái)的磷酸鹽化合物使江、河、湖、海水體富營(yíng)養(yǎng)化污染,其用量正在迅速增長(zhǎng)。目前,我國(guó)無(wú)磷高效濃縮洗衣粉的生產(chǎn)還沒(méi)有全面鋪開(kāi),僅有奧妙、活力28、碧浪、白貓等數(shù)家知名品牌選用五水偏硅酸鈉,現(xiàn)年產(chǎn)高效濃縮洗衣粉量約30萬(wàn)t,僅為我國(guó)洗衣粉年總產(chǎn)量的十分之一。預(yù)計(jì)未來(lái)5年,我國(guó)無(wú)磷洗衣粉的年產(chǎn)量將達(dá)到80萬(wàn)t,年需五水偏硅酸鈉約40萬(wàn)t。上述領(lǐng)域和產(chǎn)品都增大了對(duì)硅酸鈉的需求,因此,我國(guó)亟待發(fā)展低能耗、無(wú)污染、低成本的硅酸鈉生產(chǎn)。以粉煤灰為原料生產(chǎn)硅酸鈉是一條重要途徑。因?yàn)榉勖夯抑械难趸璐蠖喑尸F(xiàn)非晶結(jié)構(gòu),易與苛性堿液反應(yīng)生成硅酸鈉,而且這種生成反應(yīng)可在低溫常壓下進(jìn)行,便于利用火電廠排放的廢熱蒸汽實(shí)現(xiàn)低能耗、無(wú)污染、清潔生產(chǎn)。所以,在實(shí)現(xiàn)粉煤灰資源化綜合利用時(shí),應(yīng)高度重視灰中硅資源的開(kāi)發(fā)利用。國(guó)內(nèi)外從粉煤灰中提取氧化鋁的工藝大致可分為堿法和酸法兩類(lèi)。堿法常用的方法為石灰石燒結(jié)法和堿石灰燒結(jié)法。在堿法中,采用石灰石燒結(jié)—碳酸鈉溶出的工藝,由于其渣可用來(lái)制備水泥,避免了二次污染。這是該工藝的最大優(yōu)點(diǎn)。20世紀(jì)50年代,波蘭建成年產(chǎn)1萬(wàn)t氧化鋁和10萬(wàn)t水泥的實(shí)驗(yàn)工廠。該工藝是世界上最早工業(yè)化用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的技術(shù)。我國(guó)山東鋁廠曾考慮過(guò)從粉煤灰中提取氧化鋁,湖南、浙江等省也有單位進(jìn)行過(guò)此類(lèi)研究。1980年,安徽省冶金研究所和合肥水泥研究院在進(jìn)行提取氧化鋁和制造水泥的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模試驗(yàn)后,提出了用石灰燒結(jié)、碳酸鈉溶出工藝從粉煤灰中提取氧化鋁,硅鈣渣做水泥的工藝路線。2004年12月,蒙西高新技術(shù)集團(tuán)有限公司研究開(kāi)發(fā)的“粉煤灰提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)水泥產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”,采用的工藝流程類(lèi)同波蘭粉煤灰氧化鋁的工藝流程。陸勝等[3~5]處理含氧化鋁26.38%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))和含氧化硅52.10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的粉煤灰,使粉煤灰和石灰石在1260℃下焙燒,然后采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的碳酸鈉溶液在80℃左右溶出1h,液固質(zhì)量比不低于3,在此條件下,可以獲得純度為99.9%、粒度為100nm左右的超細(xì)氧化鋁,粉煤灰中氧化鋁的回收率可達(dá)到70%以上。該法存在的問(wèn)題是氧化鋁回收率低、工藝能耗高、物料流量大,每生產(chǎn)1t的氧化鋁要產(chǎn)生10t的硅鈣渣,產(chǎn)生的硅鈣渣只能用作水泥原料,而我國(guó)的建材市場(chǎng)消化不了如此多的硅鈣渣,這將會(huì)造成新的堆積。堿石灰燒結(jié)法是將粉煤灰和石灰、碳酸鈉在高溫下進(jìn)行焙燒,氧化鋁與碳酸鈉焙燒成可溶性的鋁酸鈉,氧化硅與石灰焙燒成不溶性的硅酸二鈣。熟料經(jīng)破碎、浸出、分離、一段脫硅、二段脫硅、碳酸分解等工序得到氫氧化鋁,最后煅燒得氧化鋁。堿液循環(huán)利用,殘?jiān)米龉杷猁}水泥原料。用堿石灰燒結(jié)法從粉煤灰中提取氧化鋁在技術(shù)上是可行的,但要求粉煤灰中氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于30%。此工藝能耗較石灰石燒結(jié)法低,但需外供二氧化碳。馬雙忱等[6~9]采用此法處理含氧化硅48.92%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、氧化鋁30.97%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的粉煤灰,焙燒條件為焙燒溫度1200℃,保溫2h,物料比然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的碳酸鈉溶液浸出熟料,溫度為60~70℃,保溫1h,液固質(zhì)量比為10,所得到的鋁酸鈉溶液經(jīng)脫硅、碳酸分解,煅燒得到氧化鋁。該法存在的問(wèn)題是只提取了粉煤灰中的氧化鋁,而氧化硅的利用價(jià)值低,沒(méi)有達(dá)到精細(xì)綜合利用。對(duì)酸法進(jìn)行的研究包括硫酸法、硝酸法,鹽酸法,氫氟酸法等[10~15]。用酸法自粉煤灰中提取氧化鋁,同樣受到硅的嚴(yán)重干擾。由于煤粉中的氧化硅與其他金屬氧化物在燃燒過(guò)程中能生成低熔點(diǎn)玻璃相,致使粉煤灰的物相主要呈現(xiàn)玻璃態(tài),用酸很難提取粉煤灰中的氧化鋁。研究結(jié)果表明,即便使用濃硫酸在≤180℃的溫度溶煮粉煤灰數(shù)小時(shí),氧化鋁的提取率一般也達(dá)不到50%。為了提高氧化鋁的提取率,研究者選擇添加氟化銨或氟化鈣作助溶劑,目的是破壞玻璃體、絡(luò)合氧化硅使鋁溶出,結(jié)果鋁的提取率仍不高,而且加入氟化物對(duì)殘?jiān)斐啥挝廴?。朔州市?rùn)澤投資發(fā)展有限公司與東北大學(xué)合作完成的在低溫常壓下用濃硫酸浸取粉煤灰中氧化鋁的方法,可將鋁的回收率提高到85%以上,但存在濃酸使用量大、設(shè)備要求高、能耗高等不足。2006年研究人員用酸化焙燒法替代濃硫酸酸浸法,克服了工藝設(shè)備制造困難、濃酸用量大的缺點(diǎn),使能耗下降,工藝流程得到簡(jiǎn)化。該工藝可回收粉煤灰中80%以上的氧化鋁,提鋁后的高硅渣既可用來(lái)制備硅微粉,也可用來(lái)制備硅酸鈉和白炭黑,工藝的綜合經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步提高,有較好的產(chǎn)業(yè)化前景。如前所述,氧化硅既是堿法提取氧化鋁的障礙,也是酸法提取氧化鋁的難點(diǎn)所在。氧化硅在高鋁粉煤灰中的含量超過(guò)氧化鋁,如能設(shè)法除去或減少粉煤灰中的氧化硅,提高其鋁硅比,無(wú)疑是用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁最簡(jiǎn)捷的途徑。但是,除硅還是提硅卻決定了硅資源的利用價(jià)值和剩余物作為鋁原料的成本。目前,尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)自粉煤灰中先提取氧化硅的研究成果。總的來(lái)說(shuō),粉煤灰的綜合利用一直是亟待解決的重要問(wèn)題。目前,粉煤灰的利用主要集中在建材和筑路工程等方面,基本上屬于低附加值的粗放式利用,效率不高。已有的綜合利用研究工作大多集中在粉煤灰中鋁資源的回收利用上,尚未真正綜合利用粉煤灰中的氧化硅和氧化鋁。2一般研究計(jì)劃2.1煤粉中氧化硅的釋放機(jī)理高鋁粉煤灰的化學(xué)成分和物性與高溫煅燒高嶺石相似,因?yàn)楦咪X粉煤灰基本上是由煤中的高嶺石組分形成的。高嶺石在不同煅燒溫度下的化學(xué)反應(yīng)如下:從450℃開(kāi)始,高嶺石中的羥基以蒸氣態(tài)逸出,到925℃完成脫羥,基本上轉(zhuǎn)為偏高嶺石;從925℃開(kāi)始向硅尖晶石轉(zhuǎn)變,然后在1050℃又開(kāi)始向擬莫來(lái)石轉(zhuǎn)變;在>1400℃后,基本轉(zhuǎn)為莫來(lái)石相。從上述化學(xué)反應(yīng)不難看出,高嶺石向莫來(lái)石的轉(zhuǎn)化過(guò)程是一個(gè)釋放氧化硅過(guò)程。因此,煤粉中的高嶺石在高溫燃燒氣氛下也會(huì)釋放游離氧化硅。煤粉中還含有許多其他金屬氧化物,在高溫下,釋放出來(lái)的游離氧化硅便可與這些氧化物形成更趨穩(wěn)定態(tài)的玻璃相。這種玻璃相熔點(diǎn)低,在燃燒氣氛中收縮成液滴,隨煙氣一起飛出爐膛后被冷凝下來(lái)。因此,粉煤灰中游離的氧化硅少,玻璃相占絕大多數(shù)。玻璃相是一種無(wú)規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),氧化硅在其中起骨架作用,其他金屬氧化物起形成劑和改形劑作用。這種無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可被看成是由若干個(gè)微小晶體均勻、無(wú)序而又連續(xù)集結(jié)形成的。由于微晶體極小,難以體現(xiàn)晶體本征特性,因此,可被視為非晶體。非晶態(tài)的氧化硅活性高,可與苛性堿快速反應(yīng)生成硅酸鈉,而粉煤灰中的氧化鋁即使不完全生成擬莫來(lái)石或莫來(lái)石相,其活性也較γ-Al2O3和一水硬鋁礦差。在常壓下用苛性堿溶浸粉煤灰時(shí),灰中Al2O3難以溶出。因此,選擇從粉煤灰中先堿浸提取氧化硅,讓氧化鋁留在渣中是可行的。生成的硅酸鈉溶液采用碳分法制取白炭黑,碳分后的母液用石灰苛化后濃縮返回到堿浸工序循環(huán)使用。整個(gè)提硅工藝依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)為提取氧化硅后的余灰可以作為生產(chǎn)氧化鋁的原料,利用堿石灰燒結(jié)法制備氧化鋁,從而可實(shí)現(xiàn)粉煤灰的資源化利用。2.2硅酸鈉系統(tǒng)集成法工藝流程如圖1所示。用苛性堿溶煮粉煤灰,利用非晶態(tài)氧化硅易與苛性堿反應(yīng),而γ-Al2O3和α-Al2O3及莫來(lái)石不易被溶出的性質(zhì),制備含鋁很少的硅酸鈉溶液。固液分離,得到的硅酸鈉溶液采用碳分法制備白炭黑。碳分后的母液加石灰苛化,再用電廠余熱蒸汽蒸濃返回堿浸工序循環(huán)使用。堿浸后的余灰配石灰、純堿,混勻后,在1200℃下進(jìn)行高溫?zé)?。燒成熟料用稀堿液研磨溶出,得到的粗鋁酸鈉溶液經(jīng)兩段常壓脫硅后,脫硅液用碳分法來(lái)制備氫氧化鋁,煅燒氫氧化鋁可得到氧化鋁產(chǎn)品。碳分母液經(jīng)蒸發(fā)返回配料工序循環(huán)使用。提取氧化鋁后的殘?jiān)?經(jīng)洗滌后,可用來(lái)制備水泥。3碳灰粉的化學(xué)成分和物相分析3.1化學(xué)成分分析分別對(duì)灰?guī)旎?、布袋收塵灰和電收塵灰進(jìn)行了化學(xué)成分分析,見(jiàn)表1。由表1可以看出,粉煤灰中主要成分為氧化硅和氧化鋁,兩者之和達(dá)85%~90%。3.2碳灰粉的物相結(jié)合分析粉煤灰的物相組成采用X射線衍射分析,圖2中顯示粉煤灰主要物相組成為莫來(lái)石(60%)、石英(20%)和無(wú)定型物質(zhì)(20%)。3.3掃描電子分析用掃描電鏡觀察粉煤灰的形貌見(jiàn)圖3,可見(jiàn)粉煤灰絕大部分呈球形,許多小顆粒粘附在大顆粒上,將粘結(jié)破解,其真實(shí)粒徑更小,比表面積更大。3.4灰的粒度分布采用BT-2003型激光粒度分析儀測(cè)定了不同收集方式得到的粉煤灰的粒度分布,結(jié)果如下:布袋收塵灰D50=8.18μm,D90=19.36μm;電收塵灰D50=8.79μm,D90=18.30μm;灰場(chǎng)粉煤灰D50=16.64μm,D90=34.25μm。4堿性精煉法提取黑碳黑4.1堿量和液固比對(duì)氧化硅水浸率的影響小試驗(yàn)系統(tǒng)研究了苛性堿濃度、堿浸溫度、堿浸時(shí)間、液固比等因素對(duì)粉煤灰中氧化硅浸出率的影響,結(jié)果表明:利用濃苛性堿溶液可迅速破解玻璃體,使活性好的非晶氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成硅酸鈉;苛性堿濃度、堿浸溫度和液固比是影響氧化硅提取率的重要因素。粉煤灰中的氧化鋁活性較差,在常壓下難與堿反應(yīng),加之鋁酸鈉在濃苛性堿液中溶解度很低,當(dāng)氧化鈉濃度>40%(mass)時(shí),其溶解度近乎為0,因此,可確保硅酸鈉溶液中鋁含量低,絕大部分氧化鋁滯留在渣中。在小試驗(yàn)基礎(chǔ)上,進(jìn)行了擴(kuò)大試驗(yàn)研究,每次試驗(yàn)用灰量為100kg,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn),當(dāng)配堿量超過(guò)該種灰中所含氧化硅的理論用堿量5%后,再增大堿量和液固比對(duì)氧化硅浸出率影響已明顯降低。氧化鋁的總?cè)艹雎蕛H為粉煤灰中氧化鋁量的0.71%。擴(kuò)大試驗(yàn)驗(yàn)證了小試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)小試驗(yàn)和擴(kuò)大試驗(yàn)研究,確定堿浸過(guò)程的最佳工藝參數(shù)為苛性堿配量700kg/t粉煤灰反應(yīng)溫度(125±3)℃液固比1.1∶1反應(yīng)時(shí)間45min氧化硅的浸出率≥72.5%4.2最佳稀釋條件的確定浸出反應(yīng)結(jié)束后,反應(yīng)物為粘稠糊狀,必須加入水或稀堿液稀釋方能實(shí)現(xiàn)固液分離。研究表明,加入水會(huì)造成硅酸鈉的水解,降低氧化硅的浸出率。用過(guò)濾硅酸鈉得到的堿渣的一次洗滌液稀釋堿浸液,既能保證高的氧化硅浸出率,又能實(shí)現(xiàn)洗滌用水的循環(huán)使用。實(shí)驗(yàn)室研究和擴(kuò)大試驗(yàn)所取得的最佳稀釋條件為:1t粉煤灰堿浸反應(yīng)物料用2.5~3.5m3一次洗滌液稀釋,稀釋液溫度為65~75℃。在該稀釋條件下,固相的沉降性能很好,5h后,能形成清澈的上清液。試驗(yàn)室采用3倍于粉煤灰量的熱水煮渣過(guò)濾洗滌,二次洗滌后,濾餅附液中的氧化硅濃度降至5g/L,三次洗滌的濾液中的氧化硅含量?jī)H為1g/L左右。因此,擴(kuò)大試驗(yàn)選用二次洗滌。洗滌是在離心機(jī)中逆流淋洗完成的,二次洗滌用70℃的新水。逆流洗滌后濾液中氧化硅的濃度分別為25g/L(一次洗液)和5g/L(二次洗液)。對(duì)其進(jìn)行3次淋洗,洗滌液中氧化硅的含量?jī)H為2g/L。洗滌后堿渣(脫硅灰)的成分見(jiàn)表3。4.3次碳分工藝條件將澄清的硅酸鈉溶液移入碳分釜,于75℃左右通氣攪拌30min進(jìn)行一次碳分,一次碳分的pH值控制在10.8~11.3。一次碳分固液分離出來(lái)的溶液再移入釜中進(jìn)行二次碳分。二次碳分工藝條件為:碳分溫度(80±5)℃,終點(diǎn)pH值8.8~9.0。一次碳分和二次碳分氧化硅的總回收率>96%。碳分后進(jìn)行固液分離,洗滌,所得白炭黑在不銹鋼烘箱中烘干,烘干溫度為150~180℃,烘干時(shí)間為4h,可制備得到氧化硅純度>99.5%的白炭黑產(chǎn)品(見(jiàn)表4)。4.4氧化鈉+石灰渣法制取白炭黑后的溶液中碳酸鈉濃度一般為110~160g/L,溶液中氧化硅的含量<1.5g/L。用石灰苛化,其添加量為120g/L?？粱瘻囟?0~95℃,苛化時(shí)間40min~1h,苛化率>85%。固液分離后,渣經(jīng)三次洗滌,氧化鈉的總回收率達(dá)96%。該渣可用于堿石灰燒結(jié)法進(jìn)行配鈣配堿?？粱航?jīng)蒸發(fā)后可實(shí)現(xiàn)堿的循環(huán)使用。5鋁硅的分離純化堿石灰燒結(jié)法是由堿、石灰和含鋁物料組成的爐料經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié),使?fàn)t料的氧化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿匿X酸鈉,氧化鐵轉(zhuǎn)變?yōu)橐姿獾蔫F酸鈉,氧化硅轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗艿脑杷徕}。燒成熟料在用稀堿溶液溶出時(shí),固相鋁酸鈉溶于溶液,鐵酸鈉水解為氫氧化鈉和氧化鐵水合物,原硅酸鈣不溶于溶液,全部轉(zhuǎn)入赤泥,從而實(shí)現(xiàn)鋁硅分離。分離赤泥后的鋁酸鈉采用碳酸化分解得到氫氧化鋁。碳分后的母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮后返回生料調(diào)配工序,實(shí)現(xiàn)碳酸鈉的循環(huán)利用。赤泥經(jīng)洗滌后用于制備水泥,可以實(shí)現(xiàn)粉煤灰的全部利用。5.1氧化鋁硅比和脫硅灰堿含量粉煤灰經(jīng)堿溶提硅后的渣稱為堿渣(又稱脫硅灰),其化學(xué)成分如表5所示。經(jīng)提取白炭黑后,脫硅灰中硅含量下降到21.10%,而氧化鋁含量升高到59.08%,鋁硅比升高到2.8,但脫硅灰中堿含量高,氧化鈉含量達(dá)8.27%。生料的配制是根據(jù)堿比、鈣比、鐵鋁比進(jìn)行的,其計(jì)算公式如下(n表示物質(zhì)的摩爾數(shù)):按不同堿比、鈣比計(jì)算出所要加入的純堿、石灰量,根據(jù)計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確稱取各物料,在多功能礦物混合機(jī)上混合制備混勻的生料。5.2熟料配方及堿比對(duì)燒成熟料氧化鋁和氧化鈉溶出率的影響采用單因素試驗(yàn)方法,分別考察配比及工藝條件等因素對(duì)燒成效果的影響,以確定最佳的爐料燒成工藝制度。在爐料燒成試驗(yàn)過(guò)程中,以相同溶出制度下熟料溶出率的高低來(lái)判斷爐料配方和燒成制度的好壞,溶出條件為調(diào)整液成分:氧化鋁質(zhì)量濃度為50g/L,溶液中氧化鈉與氧化鋁的摩爾比ak為2.0,溶液中碳酸鈉的質(zhì)量濃度(以氧化鈉計(jì))為10g/L,調(diào)整液加入量為100mL,熟料加入量為25g,溶出溫度85℃,溶出時(shí)間30min。不同鈣比對(duì)燒成熟料氧化鋁及氧化鈉溶出率的影響如圖4所示(爐料堿比1.0,燒成溫度1200℃,時(shí)間1h)。由圖4可看出,隨著鈣比的升高,熟料中氧化鋁和氧化鈉溶出率增加,當(dāng)鈣比為2.0時(shí)氧化鋁和氧化鈉溶出率均達(dá)到最大值,分別為88.39%和97.83%;當(dāng)鈣比超過(guò)2.0后,溶出率呈現(xiàn)了下降趨勢(shì)。粉煤灰爐料配料時(shí)建議采用鈣比1.8~2.0,適當(dāng)降低鈣比可以提高熟料中氧化鋁含量。堿比對(duì)燒成熟料溶出效果的影響(見(jiàn)圖5,燒成溫度1200℃)表明,粉煤灰配料適宜的堿比為0.95~1.0。堿比降低或升高均對(duì)熟料燒成產(chǎn)生不利影響。燒成溫度對(duì)燒成熟料氧化鋁及氧化鈉溶出率的影響見(jiàn)圖6,由圖6可知,適宜的燒成溫度為1200~1250℃,在此燒成溫度下熟料具有相對(duì)較高的氧化鋁和氧化鈉溶出率。燒成溫度較低時(shí),反應(yīng)速率很慢,不能得到理想的燒結(jié)熟料;燒成溫度過(guò)低,化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行不完全,因而使熟料中的氧化鋁和氧化鈉溶出率降低。而燒成溫度升高到1300℃后,爐料內(nèi)液相量增加,燒結(jié)塊收縮程度加大,形成對(duì)溶出不利的結(jié)晶組織,熟料中有效成分的溶出率反而下降。5.3氧化鋁溶出率計(jì)算公司法考察了溶出溫度、溶出時(shí)間等因素對(duì)熟料中氧化鋁溶出率的影響(見(jiàn)圖7,表6)。溶出試驗(yàn)所用熟料是堿比為1.0、鈣比為2.0的配方,在1250℃下燒成1h得到。從圖7可知,在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)(75~90℃),溶出溫度對(duì)熟料溶出率影響不明顯,氧化鋁的溶出率都在89%左右,氧化鈉溶出率>99%。這說(shuō)明從粉煤灰熟料中溶出氧化鋁時(shí)溫度控制可以寬松。表6的試驗(yàn)條件為:a.熟料制備:堿比為1.0、鈣比為2.0的爐料在1250℃下燒結(jié)1h。b.熟料溶出:溶出溫度85℃,攪拌鋼球2大4小。c.調(diào)整液成分:氧化鋁質(zhì)量濃度為49.04g/L、ak為2.03、溶液中碳酸鈉的質(zhì)量濃度(以氧化鈉計(jì))為10g/L。d.調(diào)整液體積100mL,熟料加入量為25g。從表6結(jié)果可以看出,熟料溶出速度快,溶出性能好,熟料中氧化鋁可以在較短的時(shí)間里取得較高的溶出率。在溶出溫度85℃下,溶出可以在10min內(nèi)完成,氧化鋁溶出率在89%~90%,氧化鈉溶出率>99%,溶出液硅量指數(shù)45,溶出時(shí)間超過(guò)1h后,二次反應(yīng)和脫硅反應(yīng)均會(huì)加劇,表現(xiàn)在溶出液氧化硅濃度升高,氧化鋁溶出率反而有所下降。在保證熟料氧化鋁和氧化鈉充分溶出的情況下,宜盡快實(shí)現(xiàn)赤泥與溶液分離,避免兩者長(zhǎng)時(shí)間接觸,熟料溶出時(shí)間以10~20min為宜。5.4脫硅過(guò)程及石灰添加量熟料浸出后的粗液硅量指數(shù)為40~50,為了脫除鋁酸鈉溶液中的硅,提高硅量指數(shù),滿足后續(xù)碳分的要求,采用兩段常壓脫硅工藝:第一段脫硅溫度105℃,晶種(鈉硅渣)添加量40~50,脫硅3~4h,硅量指數(shù)300~350;第二段添加石灰進(jìn)行深度脫硅,溫度95~100℃,時(shí)間1~2h,石灰添加量5~8g/L,脫硅精液硅量指數(shù)可達(dá)600~800。分離硅渣后的溶液采用碳酸化分解,分解溫度控制在85℃左右,鋁酸鈉溶