酸浸法提取煤矸石中Al2O3的研究

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硫酸浸提对煤矸石中Al2O3浸出率影响研究

煤矸石是伴随煤炭开采过程中产生的固体废弃物,每年排放量约占煤炭产量15%~20%[1],主要成分是高岭石、长石、伊利石和石英[2],其中SiO 2含量40%~60%,Al 2O 3含量为15%~50%,还含有少量Fe 2O 3和TiO 2、有机物和稀散元素等[3]。

煤矸石大量堆积不仅占用土地同时还会对周边土壤环境产生危害。

目前煤矸石主要用于制砖、生产水泥和铺路材料,其主要成分Al 2O 3、SiO 2没有得到充分利用,从煤矸石中提取Al 2O 3等关键组分,不仅可以进行煤矸石高效利用,还可以解决Al 2O 3等资源供应不足问题。

国内外从煤矸石中提取Al 2O 3的工艺中较常用的有烧结法和酸浸取法两种。

季登会等[4]通过在赤泥和煤矸石中加入Na 2CO 3、CaCO 3助剂,在1150℃~1300℃高温焙烧法活化煤矸石,使煤矸石中Al 2O 3溶出率达到78.45%。

烧结法溶出氧化铝技术成熟,但是煅烧温度通常在1100℃以上,过程能耗、碱耗量大,尾渣排放量大,工业应用价值受限。

酸浸取法是将预先高温活化后的煤矸石溶于酸中,充分反应,进行固液分离,可以实现不溶于酸类物质与溶于酸的金属离子有效分离。

杨玉萍[5]通过正交试验法,用H 2SO 4和HCl 混酸提取煤矸石中Al 2O 3,最佳条件下Al 2O 3提取率达到14.56%。

李景阳[6]等通过在盐酸浸出液中加入NaF 助溶剂,使Al 2O 3浸出率达到了35%。

崔莉等[7]在750℃高温煅烧煤矸石时加入Na 2CO 3助剂后,采用盐酸浸取方法,Al 2O 3浸出率达到了95%以上。

刘成龙[8]等采用浓硫酸直接浸提煤矸石,在酸矸质量比1:4,反应时间4h,反应温度170℃条件下Al 2O 3的浸取率达98.47%。

李浩林等[9]采用硫酸加压强化浸出法,最优条件下氧化铝浸出率达99.32%。

酸浸法提取Al 2O 3,提取过程简单方便,能耗低,可以分别进行铝、铁回收。

硫酸提取煤矸石中氧化铝的研究

硫酸提取煤矸石中氧化铝的研究绪论煤矸石是煤炭开采、洗选过程中产生的废弃物，也是现阶段我国排放量最大的工业固体废弃物之一，被视为气、液、固三害俱全的“工业废料”。

目前，我国煤矸石堆积总量已超过40亿t，形成矸石山1500多座，而且仍在逐年增长。

大量堆积的煤矸石不仅污染水质和大气，还占用了越来越多的耕地，对生态和环境构成了双重破坏。

现阶段，煤矸石主要用来制砖，生产水泥，有的直接用于填埋，占煤矸石平均质量分数25%左右的氧化铝资源却没有得到合理的利用。

因此对煤矸石有用元素的提取及综合利用，将能在资源节约，环境保护，节能减排和增收节支方面产生显著的社会，经济和环境效益。

1 煤矸石的前期研究按国家标准GB/T 1574-2007煤灰成分分析方法分析煤矸石主要组分的含量其结果如下表：煤矸石经高温煅烧后，颜色为灰白色。

以下为原料和几个煅烧温度下的衍射图图1 煤矸石的原料衍射图图2 750℃煅烧后的煤矸石的衍射图图3 850℃煅烧后的煤矸石的衍射图图4 1050℃煅烧后的煤矸石的衍射图由图1可以看出煤矸石原料中各个晶型都比较稳定，主要是高岭石和石英两种晶体，不具备反应活性，750℃煅烧后的煤矸石出现馒头峰，峰型开始变多，这说明高岭石已经分解，具有了反应活性，1050℃煅烧后从衍射图上可以看出有强度很弱的莫来石特征峰，说明此时已有少量的莫来石结晶析出。

破碎粉磨过的煤矸石通过高温煅烧会使其表面微观结构发生变化，会使结构膨胀，微孔增多，表现出良好的化学活性。

其中的32O Al 可以酸浸出来经过暑假所做的正交实验和单因素实验得到了氧化铝溶出的最优条件：实验条件在最优条件下反应32O Al 的溶出率可以达到81%，再加入第一次加入酸量的一半来与过滤后的滤饼反应，即煤矸石经过两级反应，32O Al 的溶出率可以达到91%。

这说明煤矸石中绝大多数的氧化铝是可以通过酸浸这种方法来实现溶出的。

2．考察反应中脱铁我们把酸浸分为两步，先用硫酸按上述最优条件反应，然后滤液再加煤矸石进行脱铁吸附。

酸浸法提取煤矸石中氧化铝的动力学分析

Ａｂｓｒｔｔａｃ：Ｂａｉｇｏａｎｅａｕｆｉｃａｉｉｓｅｃｎｃｔａｉｓｒｗａｅａ，ｈｔｙｆｃｎｅｋｎｔｃｒａｔｏｓｎｎｃｏｌｇａｇｕｎｄｓｌｕｒｃｄｗｔｏｍｏｅｎｒｔｏｎａａｍｔｒｌｔｅｓｕｄｏｕｓｏｔｉｅｉｅｃｉｎｈｉｈ
ｔａｉｏｒｅｏａｔｎｃｒｅｐｎｓｗｉｈｄｌｆｅｃｉｎｏｔｏｔｈｉｋｎｏｅｂｓｎｎｗｈｃｅｓｕｙｃｕｄｈｔｔｓｃｕｓｆｒｃｉｏｒｓｏｄｔｔｅｍｏｅａｔｏｎｗｉｈｕｒｎｉｇｃｒ，ａｉｇｏｉｈｔｔｄｏｌｈｅｏｈｏｒｓｈ
２１年第５００期
中国非金属矿工业导刊
总第８期５
【验研究】试
酸浸法捉取煤矸石【霸化铝的动力字分新口
周朋朋，舒新前，何药，
（中国矿业大学（北京）学与环境工程学院，北京１０８）化００３【摘要】本文以煤矸石、某浓度硫酸为原料，对硫酸浸取煤矸石中的Ａｌ反应动力学进行了研究。酸浸法提取煤矸０
ｋｉｔｏｆｗｈｃｓｄｙｍｉｏｌｗｈｉｈｗｉｌｈａｅｏｅａｔｎｄｖａｉｔｄｈｏｕｇｈｅｓｕｄｅｙｐｏｎｉｈｉｎａｃｍｄｅ，ｃｌｓｂｅｎｆｒｃｓｅｄａｌｄａｅｔｒｈｔｔｙ，ａｅｒｕｔｆｗｈｉｈｈｏｎｄｔｅｓｌｓｏｈｃｓｗ
矸石样品化学成分分析结果为（：ＳＯ３４８％）ｉ４．３，

硫酸法从煤矸石中提取Al2O3的实验研究

ＡｂｔａｔａｉｇｔｅｃａｅｅｔｆｍｎｔｉｕＭｉｅａｈａｔｒｌｏｈｘｅｍｅｔｉｇｅｆｃｏｘｅｍｅｔｓｒｃ：ＴｋｎｈｏｒｊｃｓｒＷａｇａｐｎｓｔｅｒｗｍａｅａｆｔｅｅｐｒｎ，ａｓｎｌａｔｒｅｐｒｎｌｏｉｉｉ
２１０１年第９期
煤
炭
工
程
硫酸法从煤矸石中提取Ａ２ｌｏ３的实验研究
张蕾，李瑜。
（．西安科技大学地质与环境学院，西安１７０５１０４；１０８）００３２．中国矿业大学（京）学与环境工程学院，北京北化
ｒｔｏｂｔｅｈｏｖｎｔａｈｅｓｍｐｌｑｌｙ，ｔｅｏｃｎｒｔｆｓｆｉｃａｉｎｄｔａｉｅｗｅｎｔｅｉｉｎａｉｅｗｅｎｔｅｓｌｅｎｄｔａｅｕａｉｔｈｃｎｅｔａｉｏｕｌｏｎｕｒｃｄａｈｅｒｔｏｂｔｅｈｌｑｕｄａｄ
ｓｌｏｉｔｅｉｆｅｃａｏａｈｆｃｏｏｔｅｅｔｃｉｎｒｔｆｔｅａｕｎｍｌｍｅｔｗａｂａｎｄＷｉｈｒｈｇｎｌｄ，ｈｎｌｎｅｌｗｆｅｃａｔｒｔｈｘｒｔａｅｏｈｌｍｉｕｅｅｎｓｏｔｉｅ．ｕａｏｔｔｅｏｔｏｏａｈ
ｓｌｅｔａｄｔｅｓｍｐｅｑａｉｓ０２ｏｖｎｎｈａｌｕｌｙｗａ．０，ｔｅｃｎｅｔｔｎｏｕｆｒｃｄｗｓ３ｌＬ．ｔｅｒｔｅｗｅｎｔｅｌｕｄａｄｔｈｏｃｎｒｉｆｓｌｉａｉａｍｏ／ａｏｕｃｈａｉｂｔｅｈｉｉｎｏｑ

酸浸法提取煤矸石中A12O3优化条件的研究

开展了采用更具有优势酸浸取法直接浸取煤矸石中的Ａ２，ｌ。本文拟通过实验找出浸取煤矸石中Ａ２，０ｌｏ的最优工艺条件。
２３１实验方法．．
将煤矸石破碎后细磨至２０目占９％，称取适０５量样品与一定比例的助溶剂混合，加入适量的盐酸在一定温度浸取，经过真空抽滤、稀释定容得到样品液，分析样品液中Ａ：。ｌ的含量求得浸取率。０
关键词：煤矸石；Ａ２３浸；煅烧活化；助溶剂；浸取率Ｉ；酸０中图分类号：Ｔ９６Ｄ２文献标识码：Ａ
Ｓｕｙｏｅｄｓｏｖｎａｉｆｌｍｉａｏａａｇｅｔｅｔｄｗｉｃｄｔｄｎｔｉｓｌｉｇｒｔｏｏｕｎｆｏｌｎｕａｅｔａｉｓｈａｃｇｒｈ
浸取时间和浸取温度四个影响因素进行单因素试验，得出各因素对Ａ ’３ｌ浸取率均成正比的０
影响规律，通过正交试验筛选出适宜浸取条件。同时采用沸腾回流装置对浸取条件进行优
化，最终确定最优经济浸取条件为：助溶剂僻品质量比０２盐酸浓度５ｌ、浸取时间．、２ｍｏＬ／１０ｎ、浸取温度１８Ｃ。铝的浸取率可达到７．％。２ｍｉ０￣００４
２１０１年１２月
四川有色金属
ＳｃｕａＮｏｆｒｏｓｉｈｎｎｅｒｕＭｅａｓｔＩ・３・５
文章编号：１０ — ０９（０）０ — ０５００６４７２１１４０３—５

煤矸石提铝实验讲义

煤矸石提取有价元素工艺实验——酸法从煤矸石中提取氧化铝一、实验目的 1、熟悉酸法从煤矸石中提取氧化铝的实验原理、流程和操作。

2、掌握氧化铝、氧化铁、二氧化硅的分析方法。

二、实验原理原生煤矸石本身活性较差，它的晶相和结构比较稳定。

煤矸石中含铝矿物主要是高岭石（Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O ），其中铝以Al(OOH)八面体结构存在，由于煤矸石具有较高的晶格能，不经任何处理而直接采用酸浸这种方法难以有效地破坏煤矸石的铝硅结构。

煤矸石经过煅烧后，结晶态的高岭石由于脱羟基转化为非晶态的偏高岭石（Al 2O 3·2SiO 2），偏高岭石再分解为活性的Al 2O 3和SiO 2，其中的Al 2O 3可以通过酸浸以盐的形式浸出，化学方程式如下：O H SiO O Al O H SiO O Al 223222322222+⋅−−→−⋅⋅焙烧23223222SiO O Al SiO O Al +−−→−⋅焙烧OH SO Al SO H O Al 234242323)(3+−→−+∆O H SO Fe SO H O Fe 234242323)(3+−→−+∆二氧化硅不与酸反应，留在渣中，经抽滤洗涤后用于生产白炭黑。

分析滤液中氧化铝、氧化铁的含量，计算出Al 2O 3、Fe 2O 3的浸取率。

三、试剂和仪器试剂：盐酸、硫酸、抗坏血酸、冰乙酸、EDTA 、乙酸锌、、乙酸钠、氟化钾、氨水、无水乙醇、纯铝片、二甲酚橙、钼酸铵、光谱纯二氧化硅、氢氧化钠、邻菲啰啉、硫酸铁铵仪器：马弗炉、可控温电热套、数控搅拌仪、分光光度计、医用真空泵、电子分析天平、标准检验筛、酸度计、烧杯、移液管等四、实验步骤1、煤矸石原料经过破碎，粉磨后，取适量置于马弗炉中煅烧，冷却后过120目筛；2、煤矸石和硫酸按一定的液固比加入三口烧瓶中，按一定的工艺条件进行酸浸反应；3、反应结束后进行抽滤，实现固液分离；4、记录滤液的体积，分析滤液中的氧化铝、氧化铁、二氧化硅含量，计算浸出率。

煤矸石中铝的酸浸动力学

ｔｍｅａｄｒａｔｏｅｅａｕｅａｐｅｔｙＵｎｄｒｔｅｏｔｍａｏｄｔｏ，ｉｅａｉｌｉｅｏ０ｍｅｈ，ｒａｔｎｔｉｎｅｃｉｎｔｍｐｒｔｒｐａｎｌ．ｒｅｈｐｉｌｃｎｉｉｎｓ．．ｐｒｃｅｓｚｆ６ｓｔｏｓｉｇａ
Ａｃｄｌａｈｎｉｔｃｆａｕｍｉｕｒｍｏｌｇｎｕｉｅｃｉｇｋｎｅｉｓｏｌｎｍｆｏｃａａｇｅ
ＹＩＷｅｔｏ，ＹＡＮｎ－ａＣｈｕｙｎ，ＹＵＡＮｎｇ－ｉｎ－ａＨｏｍｅ
（ｅａｔｎｆｈｍｉｒｎｈｍｃｌｎｉｅｒｇＺｏｈａｇＵｉｒｔ，ＤｐｒｔｅｓｙａｄＣｅｉａＥｇｎｅｎ，ａｚｕｎｎｖｓｙｍｅｏＣｔｉｅｉＺｏｈａｇ２７６，ｈｎｏｇＰｏｉｃ，ｈｎ）ａｚｕｎ７１０ＳａｄｎｒｖｎｅＣｉａ
第３９卷第７期
２１０１年７月
化
学
工ห้องสมุดไป่ตู้
程
Ｖ１３．ｏ．９Ｎｏ７
ＣＥＩＡＮＩＥＲＮ（ＨＩＡ）ＨＭＣＬＥＧＮＥＩＧＣＮ
Ｊ１２１ｕ．０１
煤矸石中铝的酸浸动力学
伊文涛，闰春燕，袁红梅
（枣庄学院化学化工系，山东枣庄２７６）７１０
ｒｕｅｏｏｌｇｇｅｈｙｔｍａｉｔｄｅｆａｕｎｍｘｒｃｉｎｆｏｃａａｇｅｂａｃｎｔｎａｔａｉｎａｄｏｔｆｃａａｕ，ｔｅｓｓｅｔｓｉｓｏｍｉｕｅｔｔｒｍｏｇｎｕｙｃｉａｉｃｉｔｎｎｃｕｌａｏｌｌｏｖｏｈｄｏｈｏｃａｉｅｃｉｇｗｅｅｃｎｕｔｄＴｅｆｃｏｓｉｆｅｃｎｈｅｃｉｇｒｔｆａｕｎｍｕｈａｈｙｒｃｌｒｃｄｌａｈｎｒｏｄｃｅ．ｈａｔｒｎｕｎｉｇｔｅｌａｈｎａｅｏｍｉｕｓｃｓｔｅｉｌｌｇｎｕａｔｌｉａｇｅｐｒｃｅｓｅ，ｒａｔｇｔｍｐｒｔｒｎｉ，ａｉｅｃｉｇｓｌｔｎｃｎｅｔｔｎ，ｓｉｉｇｔｎｐｅｉｚｏｓｎｅｅａｕｅａｄｔｉｍｅｃｄｌａｈｎｏｕｉｏｃｎｒｉｏａｏｔｒｉａｄｓｅｄ，ｒｎｍｅｓｌ — ｑｉａｉ，ｅｃｗｒｎｅｔａｅ．Ａｎｈｅｃｉｇｋｎｔｓｏｉｒｃｓｓｓｕｉｄｏｉｌｕｄｒｔｄｉｏｔ．ｅｅｉｖｓｇｔｄｉｄｔｅｌａｈｎｉｅｉｆｔｓｐｏｅｓｗａｔｄｅ．Ｔｅｒｓｌｈｗｃｈｈｅｕｔｓｏｓｔａｈｅｃｉｇｒｔｆａｕｎｍｎｒａｅｔｈｎｒａｅｏｏｓｉｇｔｍｐｒｔｒｈｔｔｅｌａｈｎａｅｏｌｍｉｕｉｃｅｓｓｗｉｔｅｉｃｅｓｆｒａｔｅｅａｕｅ，ａｉｏｃｎｒｔｎ，ｓｉｉｇｈｎｃｄｃｎｅｔｉａｏｔｒｎｒ

煤矸石中提取铝的优化条件探讨

煤矸石中提取铝的优化条件探讨摘要：本论文采用呼伦贝尔五九煤矿中煤矸石为材料研究了酸浸法从煤矸石中浸取氧化铝的最佳条件：矸石粒度0.15 mm，煅烧温度700℃，煅烧时间3h，硫酸质量分数15%，浸取温度100℃，浸取时间3h为最佳浸出条件。

关键词：煤矸石氧化铝酸法浸取一、引言煤矸石是煤矿生产过程中的垃圾，给生态环境带来很多负面影响，煤矸石合理开发回收利用，不仅能减轻环境负担，而且使得废品变为财富，既可以缓解我国耕地紧缺的现状，又可以使煤矸石变成可以利用的资源。

煤矸石的化学成分及含量如下表1：可见煤矸石中存在着大量的铝元素，氧化铝的含量占到25%左右，是一种可以利用的资源。

因此，本文从实验的角度出发分析了煤矸石铝产品的有效浸取条件。

二、实验部分1.实验药品及器材质量分数为98%的浓硫酸，200g/L六亚甲基四胺溶液，0.02mol/LZnSO4˙7H2O溶液，0.02mol/L乙二胺四乙酸（EDTA），醋酸-醋酸钠缓冲溶液，1：1氨水缓冲溶液，2.0g/L二甲酚橙指示剂，200g/LNH4F溶液，200g/LNaOH溶液，马弗炉，酸度计，电子天平，锤子，玻璃棒，水浴锅，酒精灯。

2.实验步骤将煤矸石碾碎后，准确称取5g相对应粒径的筛下物，在一定温度下煅烧相应的时间，分别按不同液固比加入足量不同质量分数的硫酸，玻璃棒在不同浸取温度及不同浸取时间下搅拌后，取出过滤，移取20mL的滤液调节pH3.5左右，加入过量的EDTA 煮沸，冷却，调节pH5-6，以二甲酚橙为指示剂，再加入一定量的六亚甲基四胺，用ZnSO4˙7H2O滴定颜色由黄色到紫红色为终点，再加入10mL200g/LNH4F加热至沸，再用ZnSO4˙7H2O滴定，有黄色到紫红色为终点记下体积，找出氧化铝的最佳浸取条件。

3.实验结果及讨论（1）煤矸石活化条件对氧化铝提取率的影响各活化因素与氧化铝浸出率的关系下图所示。

①煅烧时间煅烧时间对煤矸石脱碳、脱羟基等有着显著的影响，煅烧时间越长各种反应也就越充分，煤矸石的活性就越高，氧化铝的浸出率也就越高，由图可知煅烧3h和煅烧4h之间，对浸取率的影响相差不大，煅烧时间为4h氧化铝的浸取率最高，但是煅烧4h所需能耗极大，综合判断3h为合适。

煤矸石酸浸提取工艺与机理研究

煤矸石酸浸提取工艺与机理研究煤矸石是煤炭开采、洗选、加工过程中产生的一种工业固体废弃物,约占煤炭产量的15%-20%左右。

煤矸石中含有大量的硅、铝、铁、钛等矿物质,研究对这些有价物质进行提取、分离,进而加工生产高附加值的硅、铝、铁、钛系化工产品,不仅可以解决煤矸石大量占地、污染环境、易诱发地质灾害问题,而且也解决了我国资源短缺等问题。

因此,研究煤矸石资源化综合利用是建立资源节约型社会的重要途径,对我国可持续发展战略有着十分广阔的前景及深远的意义。

从上世纪50年代起,人们就已经开始关注煤矸石资源化利用研究。

目前,我国煤矸石利用的途径主要有：作为燃料使用,制作建筑材料,土地复垦,路基材料等,但是,上述利用属于粗放式的直接利用,未能使煤矸石的潜在价值充分发挥,大大降低了煤矸石的附加价值。

本研究以贵州省盘县某产煤矿区的煤矸石作为研究对象,通过机械活化使煤矸石具有一定活性,然后利用具有活性的煤矸石与不同浓度的硫酸进行中和、酸浸反应,以提取煤矸石中有价元素,进而制备化工产品。

研究表明：(1)机械活化使煤矸石的反应活性提高,为煤矸石中有价元素的提取创造了有利条件。

(2)试验所用的煤矸石原料属于典型的低热值、低铝高铁高钛型煤矸石,样品中SiO2含量占37.29%,A1203占17.35%,Fe203占18.19%,TiO2占3.95%。

样品物相成分组成主要是以高岭石、石英、碳酸盐、锐钛矿型氧化钛以及赤铁矿、菱铁矿等形式赋存。

(3)通过单一因素试验和正交试验考察了酸浓度、反应时间、反应温度和液固比等因素对煤矸石中和脱铁富钛的影响,确定了高铁高钛型煤矸石中和脱铁富钛的最佳工艺条件为：酸浓度10%、水浴温度70℃、反应时间5h、液固比7：1,铁脱除率达到89.01%,钛富集率达到42.93%。

中和脱铁反应的动力学方程为反应的表观活化能为19.58kJ/mol,煤矸石中和反应过程中,其反应动力学模型属于固膜扩散控制的收缩未反应核模型中的粒径缩小缩核模型。

以煤矸石为原料制备Al2O3-SiO2气凝胶的工艺与性能

第41卷第2期2022年2月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol.41㊀No.2February,2022以煤矸石为原料制备Al2O3-SiO2气凝胶的工艺与性能夏晨康1,李淑敏2,胡㊀博2,郝名远1,陈欢乐1,尚㊀阳2,刘维海1,张鑫源1,武泽民2,苗㊀洋1,高㊀峰1(1.太原理工大学材料科学与工程学院,太原㊀030024;2.阳煤集团纳谷(山西)气凝胶科创城管理有限责任公司研发中心,阳泉㊀045000)摘要:煤矸石作为固体废弃物虽然被用作发电燃料㊁煤矿填料与建筑材料,但其利用率仍然不高,如何提高煤矸石的高值化利用率成为了目前研究的热点㊂本文以山西煤矸石为原料,采用一步酸溶和溶胶-凝胶法,并经过常压干燥得到了Al2O3-SiO2气凝胶粉体㊂在溶剂置换与改性过程中引入超声波,研究了其对气凝胶的制备与性能的影响㊂采用BET㊁XRD㊁SEM㊁FT-IR㊁TG-DSC及接触角测试对所得Al2O3-SiO2气凝胶粉体的结构与性能进行表征㊂结果表明,超声波的引入加快了反应速率,缩短了气凝胶的制备周期,所制备的Al2O3-SiO2气凝胶是一种具有纳米三维网络结构的介孔材料,堆积密度低至0.120g/cm3,比表面积为635m2/g,高温下收缩性小于传统水玻璃制备的SiO2气凝胶,并具有较好的疏水性㊂关键词:煤矸石;活化;超声辅助;Al2O3-SiO2气凝胶;耐高温;疏水性中图分类号:TB321㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-1625(2022)02-0607-09 Preparation and Properties of Al2O3-SiO2Aerogelfrom Coal GangueXIA Chenkang1,LI Shumin2,HU Bo2,HAO Mingyuan1,CHEN Huanle1,SHANG Yang2, LIU Weihai1,ZHANG Xinyuan1,WU Zemin2,MIAO Yang1,GAO Feng1(1.School of Materials Science and Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan030024,China;2.Research and Development Center of Nagu(Shanxi)Aerogel Innovation City Management Co.Ltd.Yangmei Group,Yangquan045000,China)Abstract:Although coal gangue as solid waste is used in electricity generation,coalmine backfilling and building materials,its utilization rate is still not high.How to improve the high-value utilization of coal gangue has become a research hotspot.In this paper,Al2O3-SiO2aerogel powder was synthesized by one-step acid leaching followed by sol-gel method and ambient pressure drying from coal gangue.Ultrasonic was exerted in the process of solvent replacement and modification.The structure and performance of Al2O3-SiO2aerogel powder were characterized by means of BET,XRD, SEM,FT-IR,TG-DSC and contact angle measurement.The results show that the reaction rate is accelerated by ultrasonic and the preparation cycle is shortened.Al2O3-SiO2aerogel is a mesoporous material with three-dimensional network structure of nano.Al2O3-SiO2aerogel has a minimum bulk density of0.120g/cm3and a specific surface area of635m2/g, its shrinkage at high temperature is lower than that of SiO2aerogel prepared from sodium silicate,Al2O3-SiO2aerogel also shows high hydrophobicity.Key words:coal gangue;activation;ultrasonic assist;Al2O3-SiO2aerogel;high temperature resistance;hydrophobicity收稿日期:2021-10-08;修订日期:2021-11-05基金项目:阳煤纳谷气凝胶科创城揭榜招标项目(YK20002)作者简介:夏晨康(1997 ),男,硕士研究生㊂主要从事硅铝气凝胶制备方向的研究㊂E-mail:1327991939@通信作者:苗㊀洋,博士,副教授㊂E-mail:miaoyang198781@608㊀功能材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷0㊀引㊀言煤炭作为我国主要的能源之一,在开采与洗选过程中往往伴生出大量副产物煤矸石,煤矸石是与煤层伴生的岩石,约占原煤产量的10%~30%[1]㊂由于含碳量少,煤矸石的利用率低,一般作为废弃物被堆积在野外,不仅造成土地资源的浪费,同时对环境造成污染[2-3],合理开发利用煤矸石成为目前亟待解决的问题㊂煤矸石中含有大量的硅铝元素,其中SiO2含量可达40%~65%(质量分数),Al2O3含量可达15%~ 40%(质量分数)[4],以煤矸石为原料制备硅铝制品能够充分实现煤矸石的资源化利用,大大提高其综合利用率㊂气凝胶是一种比表面积大㊁密度低的多孔固体材料,在保温隔热㊁催化㊁光学㊁声学㊁航空航天及生物医学等多个领域发挥着非常重要的作用[5-8]㊂近年来,Al2O3-SiO2气凝胶因具备低密度㊁多孔隙和高比表面积的特点,同时具有较好的高温稳定性,成为了气凝胶领域的研究热点[9-10]㊂以煤矸石为原料制备气凝胶,不仅能够实现其高值化利用,解决堆积与环境污染的问题,同时能够降低气凝胶的生产成本,扩大气凝胶的应用范围,具有重要意义㊂目前国内对于煤矸石制备气凝胶的研究已有了初步进展,Zhu等[11]以西安煤矸石为原料,采用溶胶-凝胶法并经过常压干燥成功制得了密度为0.2559g/cm3的SiO2气凝胶,其孔隙率>90%,但作者并未对煤矸石中的铝元素加以利用㊂在SiO2气凝胶掺入铝元素制备硅铝复合气凝胶不仅可以提高煤矸石的利用率,同时铝的掺入能够抑制高温下SiO2的晶型转变,从而提高气凝胶高温性能,这具有重要意义㊂为此,研究人员对煤矸石制备硅铝复合气凝胶展开了研究,刘博等[12]以兖州煤矸石为原料,经过酸浸除杂与碱熔活化等步骤并采用真空干燥法制得了Al2O3-SiO2气凝胶,测试发现所制备的气凝胶具有较好的介孔结构,堆积密度为0.37g/cm3,比表面积为483m2/g㊂Zhu等[13]以西安煤矸石为原料,加碳酸钠高温煅烧后酸浸得到硅铝溶胶,采用溶胶-凝胶法并经过常压干燥得到Al2O3-SiO2气凝胶,过200目(75μm)筛后测得密度为0.3475g/cm3,比表面积为493.5m2/g㊂可以看出,以煤矸石为原料制备硅铝复合气凝胶是可行的,但从目前的研究来看,所制备的气凝胶密度偏高,比表面积较低,并且现行的制备工艺中往往涉及多次的溶剂置换与改性,制备周期普遍超过一周,制备过程中有机溶剂用量大㊂本文以山西煤矸石为原料,采用碳酸钠作助剂煅烧活化后一步酸浸得到硅铝溶胶,以溶胶-凝胶法获得硅铝复合湿凝胶,之后引入超声波辅助溶剂置换与改性,缩短了气凝胶制备周期,减少了有机溶液用量,最后制得了低密度㊁高比表面积的Al2O3-SiO2气凝胶粉体,并对所得Al2O3-SiO2气凝胶进行了性能测试与表征,为煤矸石制备硅铝气凝胶的工业化生产提供了借鉴㊂1㊀实㊀验1.1㊀原料与仪器煤矸石主要化学成分见表1㊂三甲基氯硅烷(TMCS)㊁甲酰胺㊁正己烷㊁环氧丙烷㊁碳酸钠购买自阿拉丁化学试剂公司,硝酸(AR)㊁无水乙醇(AR)购买自天津市凯通化学试剂有限公司㊂所用仪器设备包括: XO-1000D超声波细胞破碎仪㊁101-2B电热鼓风干燥箱㊁KSL-1700X箱式高温炉及HH-4J数显恒温磁力搅拌水浴锅㊂表1㊀煤矸石主要化学组成Table1㊀Main chemical composition of coal gangueComposition SiO2Al2O3TiO2Fe2O3P2O5CaO MgO K2O Other LOI Mass fraction/%44.45138.4000.8220.2490.1020.1070.1010.089 1.27914.4001.2㊀Al2O3-SiO2气凝胶的制备取50g煤矸石,与不同量的固体碳酸钠于研钵中研磨混合,混合完毕后置于箱式高温炉中(850ʃ15)ħ下保温2h进行活化,将活化煤矸石与质量分数17%的硝酸按质量比1ʒ7混合,常温下搅拌20min,搅拌后离心分离,将上层清液过滤,向滤液中加入一定量甲酰胺,搅拌20min,再向溶液中滴加一定量环氧丙烷,边滴加边搅拌,之后静置20min进行凝胶㊂采用无水乙醇浸泡湿凝胶24h进行溶剂置换,无水乙醇与湿凝胶第2期夏晨康等:以煤矸石为原料制备Al 2O 3-SiO 2气凝胶的工艺与性能609㊀体积比2ʒ1,置换过程中施加3kHz 的超声波㊂采用正己烷与三甲基氯硅烷的混合溶液对湿凝胶进行两次改性,首次改性过程中施加3kHz 的超声波进行辅助以加快反应速率(超声模式为:超声振动5s,暂停10s,有效时长为总时长的1/3),第二次改性时长固定为2h,为使湿凝胶中的结晶盐充分沉淀,采用滴管将结晶盐吸出,最后进行常压干燥,干燥箱中90ħ下干燥2h,140ħ下干燥3h,得到Al 2O 3-SiO 2气凝胶粉体㊂1.3㊀性能测试与表征采用TD-3500型X 射线衍射仪对样品进行物相表征,扫描速度5(ʎ)/min㊂采用Gemimi 300型扫描电子显微镜和FEI Tecnai F30型透射电子显微镜对样品微观形貌进行观察,扫描测试前对样品进行20s 喷金处理,透射测试以无水乙醇为分散介质㊂采用ALPHA Ⅱ型傅里叶变换红外光谱仪对样品化学键与官能团进行分析㊂采用JW-BK122W 型比表面及孔径吸附仪对样品比表面积及孔径分布进行测试㊂采用STA449F3型热重测试仪对样品高温性能进行测试㊂采用JC2000D1型接触角测量仪对样品疏水性能进行测试㊂利用公式(1)测试样品堆积密度㊂ρ=m V (1)式中:ρ为样品堆积密度;m 为样品质量;V 为样品体积㊂测试方法:将10mL 量筒置于电子天平上示数归零,向量筒中加入样品,振实50次后读取样品体积,再测试样品质量㊂2㊀结果与讨论2.1㊀矸碱比对煤矸石活化效率与浸出率的影响图1(a)为煤矸石原料的XRD 谱,除含有少量石英㊁方解石与勃姆石外,煤矸石中的主要矿物成分为高岭石,高岭石富含硅铝元素,在低温下化学性能稳定,需要对其进行高温活化处理,活化过程中加入碳酸钠发生如式(2)所示的化学反应,使高岭石转变生成霞石,将霞石溶解于酸中,可实现对煤矸石中硅铝元素的高效提取㊂Al 2O 3㊃2SiO 2㊃2H 2O +Na 2CO 3=2NaAlSiO 4+CO 2+2H 2O (2)图1(b)为不同碳酸钠用量下850ħ保温2h 后所得煅烧物的XRD 谱,煤矸石与碳酸钠的质量比(矸碱比)依次为1ʒ0.3㊁1ʒ0.4㊁1ʒ0.5㊁1ʒ0.6㊁1ʒ0.7,当矸碱比为1ʒ0.3时,已经有霞石相的衍射峰出现,随着碳酸钠用量增加,霞石衍射峰变得明显,当矸碱比达到1ʒ0.5时,出现新的衍射峰,这是因为碳酸钠的微过量导致体系发生如式(3)所示的化学反应,生成了碱式霞石(Na 2O)0.33NaAlSiO 4,随着碳酸钠用量的继续增加,碱式霞石的峰愈加明显,当矸碱比达到1ʒ0.7时,物相已全部转变为碱式霞石㊂图1(c)是对不同矸碱比的煅烧物酸溶后得到的硅铝溶出率,硅铝溶出率随着碳酸钠用量的增加而增大,当矸碱比达到1ʒ0.5之后,硅铝溶出率基本不再发生变化,表明此时煤矸石中的高岭石已充分发生了反应,因此本文选用矸碱比1ʒ0.5进行煤矸石的煅烧活化㊂0.33Na 2CO 3+NaAlSiO 4=(Na 2O)0.33NaAlSiO 4+0.33CO 2(3)图1㊀(a)煤矸石原料XRD 谱;(b)不同矸碱比所得煅烧物的XRD 谱;(c)不同矸碱比下硅铝溶出率Fig.1㊀(a)XRD pattern of coal gangue;(b)XRD patterns of coal gangue calcined with different ratios of coal gangue to sodium carbonate;(c)dissolution rates of Si and Al at different ratios of coal gangue to sodium carbonate610㊀功能材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷2.2㊀超声波辅助对Al 2O 3-SiO 2气凝胶物理性能的影响图2㊀不同超声辅助改性时长下Al 2O 3-SiO 2气凝胶的堆积密度Fig.2㊀Bulk density of Al 2O 3-SiO 2aerogel at different modification time under ultrasonic 为加快湿凝胶溶剂置换与改性速率,缩短气凝胶制备周期,同时获得粉体气凝胶,在溶剂置换与改性过程中施加超声波以借助其空化作用[14]对湿凝胶进行破碎并对改性速率进行提升㊂在溶剂置换阶段施加24h 的超声波,在改性阶段施加不同时长的超声波,探究超声时长对改性速率的影响㊂测得不同时长下Al 2O 3-SiO 2气凝胶的堆积密度,如图2所示㊂可以看出,Al 2O 3-SiO 2气凝胶的堆积密度随着超声改性时长的增加而降低,这表明湿凝胶的改性随着超声时间的延长而更加充分㊂当超声改性时长达到5h 时,此时的堆积密度达到较低,为0.120g /cm 3,继续延长超声时长,堆积密度的变化不大㊂结合公式(4)[15]可计算出此时的孔隙率P ,P 较高,为94.5%㊂因此,本文选用5h 为最优超声时长㊂在此超声时长下,煤矸石制备气凝胶的周期短于3d,且超声辅助下仅需1次溶剂置换与2次改性,节约了有机溶液㊂P =1-ρρs ()ˑ100%(4)式中:ρ为Al 2O 3-SiO 2气凝胶的堆积密度;ρs 为氧化硅骨架的理论密度,取2.2g /cm 3㊂对超声改性1h㊁3h 和5h 所得Al 2O 3-SiO 2气凝胶进行BET 测试,结果如图3所示㊂图3(a)为氮气吸脱附曲线,根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的分类方法,该曲线可归属于Ⅳ型曲线,吸脱附过程产生了明显的H 4型滞后环,证明所制备的Al 2O 3-SiO 2气凝胶含有较多的介孔[16]㊂超声改性3h 和5h 对应的吸脱附曲线在高压段(0.8~1.0)仍有上升,而1h 的曲线已经趋于平缓,该阶段吸附量主要与大孔有关,这表明延长超声时间,改性更加充分,有利于保留气凝胶结构中的大孔,比表面积也随之增大,当超声时长为5h 时,比表面积达到635m 2/g㊂从图3(b)的孔径分布图中可以明显地看出,孔径在2~50nm 内的介孔数量明显多于大孔,且分布范围窄而集中,这与图3(a)中的H 4型滞后环相对应,表明所制备的Al 2O 3-SiO 2气凝胶为典型的介孔材料㊂图3㊀不同超声辅助改性时长下Al 2O 3-SiO 2气凝胶(a)N 2吸脱附曲线与(b)孔径分布Fig.3㊀(a)N 2adsorption-desorption curves and (b)pore diameter distribution of Al 2O 3-SiO 2aerogel at different modification time under ultrasonic 所制备的Al 2O 3-SiO 2气凝胶与文献报道的煤矸石基硅铝气凝胶的物理性能对比如表2所示,可以看出,引入超声波有助于制备堆积密度更低㊁孔隙率和比表面积更高的气凝胶㊂第2期夏晨康等:以煤矸石为原料制备Al2O3-SiO2气凝胶的工艺与性能611㊀表2㊀硅铝复合气凝胶物理性能对比Table2㊀Comparison of physical properties of silicon aluminum composite aerogels Item Density/(g㊃cm-3)Specific surface area/(m2㊃g-1)Porosity/%Form This study0.12063594.5Powder Reference[12]0.3748383.2Bulk Reference[13]0.3475493.584.2Powder Reference[17]0.11~0.20439.78~492.5591~95Powder2.3㊀Al2O3-SiO2气凝胶物相、化学结构与组成分析对Al2O3-SiO2气凝胶进行XRD测试,结果如图4所示㊂在2θ角24ʎ附近出现一明显的馒头峰,这是典型的无定形SiO2的衍射峰,表明所制备的气凝胶为无定形气凝胶,此外,在图中未出现明显的结晶衍射峰,表明气凝胶中几乎不含结晶物质,这是因为钠㊁铁㊁钙㊁镁等杂质金属元素一部分在溶剂置换阶段溶解在水中被去除,剩余部分由于在乙醇与正己烷中的溶解度远小于水中而形成结晶盐沉淀,脱离凝胶体系㊂图5为Al2O3-SiO2气凝胶的FT-IR谱,在波数1095cm-1和467cm-1左右出现的强吸收峰对应于Si O Si键㊂分析认为由于样品中的SiO2以无定形的形式存在,且Al元素与少量杂质离子的残留使得硅氧结构产生了一定的扭曲变形,因此该处的峰具有较大的宽度㊂875cm-1和756cm-1左右的吸收峰对应于 Si C键,2925cm-1左右的吸收峰对应于 CH3键,此处的烷基基团主要在改性过程中引入,该基团既可以与Si产生键合,同时又可以与Al产生键合[18],烷基基团的引入避免了湿凝胶干燥时表面羟基间的缩合,大大降低了干燥过程中的结构坍塌㊂Al元素能够与Si和O形成Si O Al键,对应的吸收峰应出现在758cm-1处[19],但在图5中该位置并未出现相应的吸收峰,可能的原因为Al元素的含量少,吸收峰的强度较弱,被756cm-1处的 Si C键吸收峰覆盖,从Al2O3-SiO2气凝胶的EDS谱(见图6)中能够清晰地看到Al 元素的存在,但其分布轮廓不清晰,这也与含量少有关㊂为了更进一步确定Al元素含量,对制备的Al2O3-SiO2气凝胶进行X射线荧光光谱分析,结果如表3所示,表中各元素按氧化物形式计算质量分数,其中SiO2含量最高,达到了95.047%,而Al2O3的含量仅1.047%,这可能是由于溶胶凝胶化过程中,相比于Al3+来说,体系中的Si在强酸性条件下以正硅酸的形式存在,仅在少量环氧丙烷的促凝作用下即可发生凝胶化,而此时Al 仅部分发生凝胶化的过程,大量Al仍以离子的形式存在,并在后续过程中脱离体系,这表明本研究所制备的气凝胶是以SiO2为主,其中掺有少量Al2O3的硅铝复合气凝胶㊂图4㊀Al2O3-SiO2气凝胶XRD谱Fig.4㊀XRD pattern of Al2O3-SiO2aerogel图5㊀Al2O3-SiO2气凝胶FT-IR谱Fig.5㊀FT-IR spectrum of Al2O3-SiO2aerogel2.4㊀Al2O3-SiO2气凝胶微观形貌分析图7为Al2O3-SiO2气凝胶的SEM与TEM照片,从SEM照片中可以明显地看到三维网络骨架结构㊂气凝胶结构中粒径在十几到几十纳米的小颗粒相互连接组成珍珠链状结构[20],这些链状物相互交错构成了气凝胶的骨架,使得气凝胶整体结构呈多孔的网络状结构㊂从图7(c)的TEM照片能够看到气凝胶结构中无规则排布的非晶纳米颗粒㊂由于骨架之间的空隙全部由空气填充,使得本研究所得Al2O3-SiO2气凝胶粉体的孔隙率达94.5%㊂612㊀功能材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷图6㊀Al 2O 3-SiO 2气凝胶EDS 谱Fig.6㊀EDS images of Al 2O 3-SiO 2aerogel表3㊀Al 2O 3-SiO 2气凝胶化学组成Table 3㊀Chemical composition of Al 2O 3-SiO 2aerogelComposition SiO 2Al 2O 3TiO 2Fe 2O 3P 2O 5CaO NaO K 2O ClO 2Other Mass fraction /%95.047 1.0470.1200.0090.3710.134 2.0440.0030.2930.932图7㊀Al 2O 3-SiO 2气凝胶的SEM 与TEM 照片Fig.7㊀SEM and TEM images of Al 2O 3-SiO 2aerogel 2.5㊀Al 2O 3-SiO 2气凝胶高温性能分析图8(a)为Al 2O 3-SiO 2气凝胶的TG-DSC 测试结果㊂图中质量损失曲线可以分为三个阶段㊂首先在0~400ħ的范围内出现了6.36%的质量损失,该阶段产生的变化为气凝胶中残留的吸附水的蒸发及少量有机溶剂的蒸发燃烧,同时伴有气凝胶表面羟基缩合挥发水分㊂当温度升高到400~600ħ,此阶段质量损失9.43%,主要发生的过程为表面 CH 3基团的大量燃烧,对应于DSC 曲线中407ħ附近强度较高的放热峰,随着温度升高,气凝胶内部的 CH 3基团持续燃烧,质量损失也随之增加,当温度升高到572ħ时,DSC 曲线中再次出现一个较为明显的放热峰,该峰的出现与气凝胶内部SiO 2由无定形开始向结晶形态发生转变有关[17-18]㊂当温度超过600ħ后,质量减小的趋势减弱,此时气凝胶内部仅剩有少量残留物继续挥发㊂将Al 2O 3-SiO 2气凝胶在不同温度下煅烧0.5h,观察其煅烧后的体积收缩,并选取800ħ和1200ħ下煅烧后的样品进行XRD 测试,同时将本课题组制备的以水玻璃为原料的SiO 2气凝胶在相同条件下进行煅烧以进行对比,结果如图8(b)㊁(c)及图9所示㊂经过800ħ的煅烧后,尽管图8(a)出现了晶型转变的放热峰,但从XRD 谱可知在该温度晶型转变程度并不高,两组气凝胶的衍射谱与常温下对比没有明显差异,当温度增加到1200ħ后,出现了明显的α-SiO 2的衍射峰,说明此时的气凝胶已发生了较大程度的结晶化㊂对比两组气凝胶可以看到Al 2O 3-SiO 2气凝胶的衍射峰强度远低于SiO 2气凝胶,且在衍射角较大的区域SiO 2气凝胶出现了更多的α-SiO 2衍射峰,这说明Al 2O 3-SiO 2气凝胶在高温下的晶型转变弱于SiO 2气凝胶,可能的原因在于Al 2O 3-SiO 2气凝胶中少量Al 元素掺在硅氧网络结构中,与Si㊁O 元素产生键和,加强了三维网络结构的强度,提高了气凝胶在高温下的抗收缩能力,抑制了SiO 2的晶型转变㊂从图9中能够明显看出Al 2O 3-SiO 2第2期夏晨康等:以煤矸石为原料制备Al 2O 3-SiO 2气凝胶的工艺与性能613㊀气凝胶高温煅烧后的塌陷和收缩程度都低于SiO 2气凝胶,这表明所制备的Al 2O 3-SiO 2气凝胶相比SiO 2气凝胶具有更好的耐高温性能㊂图8㊀(a)Al 2O 3-SiO 2气凝胶TG-DSC 曲线;(b)㊁(c)800ħ与1200ħ煅烧后气凝胶XRD 谱Fig.8㊀(a)TG-DSC curves of Al 2O 3-SiO 2aerogel;(b),(c)XRD patterns of aerogel calcined at 800ħand 1200ħ图9㊀气凝胶不同温度下煅烧0.5h 后的照片,上方为SiO 2气凝胶,下方为Al 2O 3-SiO 2气凝胶Fig.9㊀Pictures of aerogel calcined at different temperatures for 0.5h,SiO 2aerogel above,Al 2O 3-SiO 2aerogel below 2.6㊀Al 2O 3-SiO 2气凝胶疏水性能分析图10为Al 2O 3-SiO 2气凝胶流动性与疏水性示意图㊂图10(a)为Al 2O 3-SiO 2气凝胶自然堆积下的照片,将10cm ˑ10cm ˑ0.3cm 的玻璃轻置于气凝胶上部,在压力作用下气凝胶发生流动,如图10(b)所示,显示出了较好的流动性㊂由于所制备的Al 2O 3-SiO 2气凝胶密度低,流动性好,水滴滴落在气凝胶表面后容易滚动且造成凹陷,如图10(c)所示,难以直接测试接触角,因此将Al 2O 3-SiO 2气凝胶涂敷在平板毛玻璃表面进行接触角测试,从侧面展示本文所制备Al 2O 3-SiO 2气凝胶的疏水性㊂得到的接触角照片如图10(d)所示,经测量接触角约为138ʎ,表明所制备的Al 2O 3-SiO 2气凝胶具有较好的疏水性㊂614㊀功能材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷图10㊀Al2O3-SiO2气凝胶疏水性与流动性示意图Fig.10㊀Schematic diagram of hydrophobicity and mobility of Al2O3-SiO2aerogel3㊀结㊀论(1)煤矸石碱熔活化阶段,活化产物随矸碱比的不同而改变,当矸碱比为1ʒ0.3~1ʒ0.5时,活化产物主要为霞石(NaAlSiO4),当矸碱比超过1ʒ0.5后,活化产物中出现碱式霞石((Na2O)0.33NaAlSiO4),对煤矸石的酸浸实验得出活化的最佳矸碱比为1ʒ0.5㊂(2)在湿凝胶溶剂置换与改性阶段引入3kHz的超声加快了反应速率,将煤矸石制备气凝胶的周期缩短至3d,并减少了有机溶液的用量㊂得到的Al2O3-SiO2气凝胶为介孔材料,测得比表面积为635m2/g,堆积密度为0.120g/cm3㊂(3)Al2O3-SiO2气凝胶的结晶形态为无定形态,微观上呈多孔的三维网络结构㊂对Al2O3-SiO2气凝胶进行高温煅烧,其收缩程度小于SiO2气凝胶,表现出较好的耐高温性;对涂敷Al2O3-SiO2气凝胶的玻璃板进行疏水性测试,测得接触角约为138ʎ,表现出较好的疏水性㊂参考文献[1]㊀谭红霞.探析我国煤矸石山的治理现状[J].环境与发展,2020,32(3):252-253.TAN H X.Analysis of the current situation of the treatment of coal gangue hill in China[J].Environment and Development,2020,32(3):252-253(in Chinese).[2]㊀刘㊀峰,刘㊀超.煤矸石综合利用系统的研究与应用[J].煤炭技术,2019,38(12):144-146.LIU F,LIU C.Research and application of comprehensive utilization system of coal gangue[J].Coal Technology,2019,38(12):144-146(in Chinese).[3]㊀贾㊀敏.煤矸石综合利用研究进展[J].矿产保护与利用,2019,39(4):46-52.JIA M.The Current situation research on comprehensive utilization of coal gangue[J].Conservation and Utilization of Mineral Resources,2019, 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煤矸石焙烧活化-酸浸提取氧化铝的实验研究

本研究采用焙烧-酸浸的方法提取高铁低铝煤矸石中 Al2O3,重点研究了煤矸石焙烧活化过程中焙烧温度、焙烧时间以及酸浸过程中酸浸温度和盐酸体积分数等工艺条件对 Al2O3 浸出率的影响,从而得出提取 Al2O3 的最优工艺条件。结合 XRD 和 SEM 分析了盐酸浸出煤矸石中 Al2O3 的机理,并对浸出过程动力学进行研究,考察关键控制步骤和表观活化能等动力学特征,以期为高铁低铝煤矸石的综合利用提供参考指导。
第46卷第6期 2023 年 11 月
煤炭转化
COAL CONVERSION
Vol.46 No.6 Nov.2023
郭文超,朱晓波,张治国,等.煤矸石焙烧活化-酸浸提取氧化铝的实验研究[J].煤炭转化,2023,46(6):80-89.DOI:10.19726/ki.ebcc.202306008. GUO Wenchao,ZHU Xiaobo,ZHANGZhiguo,etal.Experimentalstudyonextractionofaluminafromcoalganguebyroastingactivationacidleaching[J].CoalConversion,2023,46(6):80-89.DOI:10.19726/ki.ebcc.202306008.
第6期
郭文超等煤矸石焙烧活化-酸浸提取氧化铝的实验研究
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浸法和碱熔法。碱熔法存在高碱耗、生产工艺繁琐和产生废渣量大等缺点,而酸浸法浸取煤矸石中 Al2O3 具有效率高、操作简单等优势。李瑜等利 [9] 用硫酸作为酸浸介质浸出煤矸石中 Al2O3,在最佳条件下浸出率达 79.6%。官长平等通 [10] 过添加氟化钠助剂,在盐酸体系下浸出煤矸石中的 Al2O3,在最佳条件下浸出率达70.40%。上述研究针对低铝煤矸石采用酸浸法提取其中的氧化铝,但浸出率不理想。关于高铝质型煤矸石中提取 Al2O3 的研究报道较多,涉及的产品有氧化铝和硫酸铝。 [11-13] YANGetal[14]采用水化学法从高铝煤矸石中提取 Al2O3,在最佳条件下浸出率可达94.68%。该研究针对高铝煤矸石中氧化铝的提取 ,具有成本低、浸出率高的优点,但是对煤矸石的矿物及化学组成有严格要求。煤矸石中氧化铝质量分数一般为 30% ~ 50% ,根据煤矸石化学成分含量分类 ,高铁低铝煤矸石中氧化铝质量分数为 25% ±15%、氧化铁质量分数为12%~18%;高铁高铝煤矸石中氧化铝质量分数为45%±35%、氧化铁质量分数为 12% ~18%。我国煤矸石数量庞大且大部分是低铝煤矸石 , [15-16] 不具有普适性。因此 ,在上述学者研究的基础上 ,本研究以高铁低铝煤矸石为研究对象,提取其中 Al2O3,实现煤矸石减量化、资源化利用,为煤矸石综合利用提供参考依据。

煤矸石提取氧化铝的工艺条件优化

煤矸石提取氧化铝的工艺条件优化
林娟
【期刊名称】《山东煤炭科技》
【年(卷),期】2015(000)005
【摘要】实验以枣庄煤矿的煤矸石为原料，研究了以高温焙烧和盐酸作为酸浸介
质浸取煤矸石中的氧化铝。

主要影响因素为煅烧温度、煅烧时间、盐酸的质量分数、固液比、反应温度及酸浸时间，经过实验确定最佳工艺条件为：煅烧温度700℃、煅烧时间30min、酸量60mL、固液比1：6、酸浸时间2h，反应温度105℃，在最佳条件下氧化铝的溶出实验结果表明， al2O3溶出率为11.6%。

【总页数】4页(P211-214)
【作者】林娟
【作者单位】山东公信安全评价有限公司，山东枣庄 277100
【正文语种】中文
【中图分类】TD749+.5
【相关文献】
1.微波法提取煤矸石中氧化铝的实验研究 [J], 翟倩;刘银;冉小信;练伟
2.煤矸石和赤泥协同提取氧化铝过程矿相转变研究 [J], 郭玉梅;曹丽琼;郭彦霞;燕
可洲
3.煤矸石提取氧化铝技术的进展 [J], 王凯功;王飞
4.煤矸石煅烧活化提取氧化铝技术研究 [J], 贾敏; 杨磊
5.煤矸石提取氧化铝冷却制度的探讨 [J], 纪利春
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粉煤灰焙烧-酸浸提取氧化铝工艺

粉煤灰焙烧-酸浸提取氧化铝工艺林伟;王培根;王震;李广学;王安顺;黄珍丽;施建林;董安周;段艳文【摘要】采用酸浸法提取淮南某电厂粉煤灰中的Al2O3,通过单因素实验研究了Na2CO3混合焙烧活化工艺和H2SO4酸浸工艺中的各种因素对Al2O3浸出率的影响,确定了工艺最佳条件:焙烧灰碱比为1∶0.9,焙烧时间为2h,焙烧温度为875℃;酸浸H2SO4浓度为3mol/L,酸浸温度为90℃,酸浸时间为2h,液固比为4∶1,Al2O3浸出率可达95％.【期刊名称】《安徽化工》【年(卷),期】2016(042)002【总页数】4页(P26-29)【关键词】粉煤灰;酸浸法;最佳条件【作者】林伟;王培根;王震;李广学;王安顺;黄珍丽;施建林;董安周;段艳文【作者单位】安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南 232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南 232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南 232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南 232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南 232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南 232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南 232001;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】TQ110.7+粉煤灰是燃煤电厂最主要的固体废弃物，随着燃煤发电量的持续增长，其排放量也急剧增加，已成为当前世界上排放量最大的工业废物之一[1-2]。

大量粉煤灰堆积会带来许多社会和环境问题，如占用土地，污染空气、水源和土壤[3-5]。

目前国内粉煤灰主要用于制砖、矿井填筑及制备水泥混凝土等方面[6-11]，利用价值低，无法实现粉煤灰的高附加值利用。

粉煤灰中含有丰富的可提取物质，如Al2O3、SiO2、Fe2O3及Ga、Ge、In等稀散金属，其中Al2O3的质量分数为20％～40％，可以作为很好的Al2O3资源。

硫酸浸提对煤矸石中Al_(2)O_(3)浸出率影响研究

硫酸浸提对煤矸石中Al_(2)O_(3)浸出率影响研究
白晓艳;李静;韩旭;吕婷
【期刊名称】《赤峰学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(40)1
【摘要】以内蒙古呼伦贝尔地区大雁矿区、伊敏矿区和扎赉诺尔矿区煤矸石为原料,用Na_(2)CO_(3)助剂高温活化-硫酸浸提工艺提取煤矸石中Al_(2)O_(3),考察煤矸石活化温度,酸浸条件对煤矸石中铝浸出率的影响。

实验结果表明:扎赉诺尔矿区和伊敏矿区煤矸石浸出Al_(2)O_(3)工艺条件相同。

在煤矸石与Na_(2)CO_(3)助剂质量比1:2,650℃高温煅烧时间2h活化情况下,固液比1:5时,用30%H2SO4在80℃酸浸2.5h,两个矿区煤矸石中Al_(2)O_(3)的浸出率最高分别为36.31%和34.18%。

相比大雁矿区煤矸石活化温度需提高到750℃,在相同酸浸条件下
Al_(2)O_(3)的浸出率最高为29.39%。

【总页数】4页(P11-14)
【作者】白晓艳;李静;韩旭;吕婷
【作者单位】呼伦贝尔学院矿业与化学化工学院;内蒙古自治区高校矿产资源安全开采与综合利用工程研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】O69;X752
【相关文献】
1.不同浸出体系对CRT锥玻璃中铅元素浸提率的研究
2.含钒硅质岩焙烧-酸浸提钒工艺原矿磨矿因素对钒浸出率影响试验研究
3.几种浸出方法重金属浸出浓度与浸提率差异的研究
4.超声波辅助浸提对红茶中茶黄素和茶红素浸出率的影响
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ｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｘｉ ’ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ ’
Ｑｕａｎ。．（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｂｅｉ —
ｓｕｌｔａｃｈｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｓｅｏｐｔｉｍａｌｌｅａｃ —
ａｎＳｈａａｎｘｉ７１００５４；３．ＢｅｉｊｉｎｇＳａｎｄｅｒＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＧｒｏｕｐ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０１１０２）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏａｌｇａｎｇｕｅｉｓｔｈｅｍａｊｏｒｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｏｆｃｏａｌｍｅａｓｕｒｅｓｉｎｗｈｉｃｈａｌｕｍｉｎａｃｏｎｔｅｎｔａｃｃｏｕｎｔｅｄｆｏｒｒｏｕｇｈｌｙ
ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃａｃｉｄａｎｄｓｕｌｆｕｒｉｃａｃｉｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔＯｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ，ｓｕｃｈａｓｌｉｑｕｉｄｔＯｓｏｌｉｄｒａｔｉｏ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆａｃｉｄ，ｌｅａｃｈｉｎｇｔｉｍｅａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｓｏｌｖｅｎｔｔＯ
３．北京桑德环保集团，北京１０１１０２）
摘要煤矸石是主要的煤系固体废物，其中Ａ１ｚＯｓ质量分数约占３５左右。以某煤矿的煤矸石为原料，通过单因素实验比较
盐酸和硫酸对Ａ１２０。的浸取率，研究各因素对Ａ１ｚＯ３浸取率的影响，确定浸取煤矸石中Ａ１２Ｏａ的最佳酸浸介质为硫酸。利用正交实验确定酸浸取的最佳条件为：液固比（酸溶液体积与煤矸石样品质量比）１５ｍＬ／ｇ、硫酸摩尔浓度３ｍｏｌ／１、浸取时间１２０ｍｉｎ、助样比（助溶剂与煤矸石样品质量比）０．２０，在此条件下硫酸对煤矸石中Ａ１２０３的浸取率可达７９．６％。
关键词煤矸石
Ａｌ。０。浸取率
酸浸
ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅａｃｉｄｌｅａｃｈｉｎｇｏｆＡＩ２ＯａｆｒｏｍｃｏａｌｇａｎｇｕｅＬＩＹｕ，ＳＨＵＸｉｎｑｉａｎ，ＺＨＡＮＧＬｅｉ，ＬＵＢｉｎｇｚｅ。，ＳＵＮ
ｓａｍｐｌｅｍａｓｓ，ｏｎａｌｕｍｉｎｕｍｌｅａｃｈｉｎｇｒａｔｅ，ｔｈｅｂｅｓｔａｃｉｄｄｉｐｐｉｎｇｍｅｄｉｕｍｗａｓａｌｓｏｃｈｏｓｅｎｂａｓｅｏｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅ —
３５．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｃｏａｌｇａｎｇｕｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｆｒｏｍａｃｏａｌｍｉｎｅｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｌｅａｃｈｉｎｇａｌｕｍｉｎａｂｙ
环境污染与防治第３５卷第７期２０１３年７月
酸浸法提取煤矸石中Ａｌ２ｏ３的研究
李瑜舒新前张蕾鲁炳泽。孙权。
西安７１００５４；（１．中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京１０００８３；２．西安科技大学地质与环境学院，陕西