二次鋁灰酸浸制備聚合氯化鋁的研究

摘    要 :二次鋁灰中仍含大量鋁 ,對其進行回收具有重要意義 。文中以二次鋁灰為原料 ,通過鹽酸浸出處 理后再添加鋁酸鈣制備聚合氯化鋁(PAC) ,研究了 HCl 濃度 、浸出溫度 、時間 、液固比 ,鋁酸鈣添加量 等因素的影響 。綜合考慮 ,適合二次鋁灰酸浸制備聚合氯化鋁的較優條件為:水洗后的二次鋁灰在 HCl 濃度為 6 mol/L ,液固比為 4:1 mL/g ,溫度為 85 ℃條件下酸浸 2 h ,此時的酸浸液中加入 12 g/80 mL 的鋁酸鈣 ,溫度為 85 ℃條件下反應 1.5 h。該條件下酸浸過程中鋁的浸出率為 48.67% ,且制得的液體 PAC 完全符合國家標準。

關鍵詞 :鋁灰 ;酸浸 ;聚合氯化鋁

中圖分類號 :TF841       文獻標志碼 :A

1   概   述

鋁灰是鋁冶煉過程所產生的固體廢棄物 ,是金屬 鋁與其他含鋁化合物的混合物[1-3] , 由于其中包括少 量重金屬元素 、氟化物等毒性物質 , 因此屬于危險廢 棄物 。根據原料來源與生產工藝不同 ,其化學成分也 有所差異 ,有 Al、Al203、AlN 和其他金屬氧化物等 ,其 中鋁元素含量可以占到 10%~80%[4-5] O 隨著國內電解鋁 行業的快速發展 ,  每年鋁灰產量已達到 112 ~180 萬 噸 ,所以 ,經濟有效地回收綜合利用有巨大的價值[6-8] O

處理鋁灰通常包括 2 部分:一是提取其中的金屬 Al ,該部分渣又被認為“一次鋁灰”,其中 Al 元素質量 分數為 15% ~75% , 一般為灰白色 , 也被稱為“ 白鋁 灰”,常通過炒灰等方法提取金屬 Al[9-10] O 炒灰法主要 過程是將鋁灰與一定量的鹽熔劑加入到鐵鍋中 ,利用 鋁灰自身氧化所放出的熱量供熱 ,用鐵鍬翻炒 , 同時 鋁灰中的鎂等物質繼續氧化放熱 ,進而使金屬鋁熔化 匯集到鐵鍋底部 ,熔融的鋁水可以從底部流出進一步 回收[11] ;二是對一次鋁灰再次處理 ,被認為“二次鋁 灰 ”,其中 Al 元素大約在 7%~30% ,一般呈現為灰黑 色 ,也被稱為“黑鋁灰 ”,該部分鋁灰中 95%以填埋的 方式處置 ,綜合利用率較低[12-14] O

目前 ,  我國對于鋁灰的處理技術仍處于初級階  段 ,主要的處理方式有堆存、填埋和資源化利用等 , 由  于其中還存在硒 、砷 、鋇 、隔 、鉻 、鉛等有害元素 ,大量  堆存與填埋不僅浪費土地還會破壞生態環境[15] O 資源  化利用提取其中的金屬 Al 及其他化合物常用技術有  濕法和火法[16-17] O 桓書星等對二次鋁灰先鈣化煅燒后  溶出提取 Al203 進行探究 ,得出當 cac03  與鋁灰質量  比1:1、1 000 ℃下煅燒時間 90 min 時 ,  煅燒渣的主要  成分是 ca12Al14032F2,當煅燒渣在 Na0H 濃度 160 g/L、 Na2c03  濃度 66.67 g/L、85℃條件下溶出 45 min 時 ,  Al203  的浸出率達到最大值 79.22%[18] O 楊娜等探究利  用 H2S04  從 鋁 灰 中 浸 取 Al ,  得 出 結 論 :2.0 mol/L  H2S04、鋁灰粒徑 80 μm、反應物配比 n(H2S04 )/n(Al)=  1.95、100 ℃條件下浸出 120 min 時 ,鋁浸出率達到較  優的 87.5%[19] O Wang Jianhui 等研究利用加入冰晶石  后高溫焙燒的火法技術脫除二次鋁灰中的 AlN , 通過  模型計算與實驗得到較優實驗條件:  當加入 17.7%質  量分數的冰晶石 ,在 750 ℃下焙燒 194 min 時 ,二次鋁  灰的脫氮率最高 94.71% ,尾渣中含 0.55%的 AlN[20] O

聚合氯化鋁(PAc)是一種高分子絮凝劑 , 由于其 分子結構特殊 ,具有較強的吸附性 O  與傳統的絮凝劑相比較 ,具有沉淀性較好 、適用 PH 值范圍廣等優點 O PAc 產品可以作為一種凈水劑 ,  能有效去除水中的 重金屬離子 ,被廣泛應用于水處理領域[21] O 目前 ,我國 用于水處理領域的 PAc 年用量約為 5×105  t ,并且隨 著凈水要求的不斷提高 ,PAc 的年用量逐年增大[22] O

以經過炒灰后的二次鋁灰為原料 ,  通過水洗、鹽 酸浸出 、固液分離 、添加鋁酸鈣等過程得到聚合氯化 鋁溶液 ,可以用于飲用水、工業用水與污水處理領域 , 實現鋁灰中鋁的回收循環利用 ,既降低了鋁灰堆存對 環境造成的污染與危害 ,又能緩解鋁土礦資源壓力 O

全文如下：