高铝粉煤灰制备的高白氢氧化铝的物性分析_郑朝振

60 50
氢氧化铝以微孔（ ＜ 2 nm ） 为主， 脱附线和吸附线存 在一定的滞后， 说明碳分氢氧化铝存在较多的介孔 （ 2 ～ 50 nm） 和一定数量的大孔（ ＞ 50 nm ） （ 图 4a ） 。 种分氢氧化铝的吸附脱附线重合度很高， 氢氧化铝 以微孔为主， 脱附线和吸附线滞后不明显， 说明种分 几乎没有大孔（ 图 4b） 。 氢氧化铝仅有少量的介孔，
Analysis of physical properties of high white aluminum hydroxide prepared by high － alumina fly ash
Zheng Chaozhen1 ， Zhang Tingan1 ， Lv Guozhi1 ， Sun Junmin2 ， Zhu Xiaofeng1 and Yang Huibin2
中国是世界最大的燃煤国， 粉煤灰中氧化铝含 量一般为 17% ～ 35% ， 部分地区粉煤灰铝含量更可 是一种重要的非传统铝资源。 随 高达 40% ～ 60% ， 着国家环保政策日益严格及高品位铝土矿资源短缺 从高铝粉煤灰中提取氧化铝的技术近年 危机加剧， ［1 ～ 3 ］ 。 目前， 来已成为关注和研究的热点 利用高铝 ［4 ］ 、 粉煤灰生产氧化铝的技术有碱法 酸法 、 氨法及 等。 现阶段唯一大规模应用于工业 — —碱石灰烧结 生产的方法是大唐国际的预脱硅— 法。这个方法流程长、 能耗高， 若使用其生产普通冶 金级氧化铝， 很难达到与传统铝土矿生产氧化铝相 深度脱硅可以很有 同的经济效益。但由于预脱硅、 ， 效地提高溶出液的净化程度 因此该过程特别适用 于生产高白、 高纯等高附加值氧化铝产品。 高白氢 氧化铝是指白度大于 95 % 的氢氧化铝， 可用作阻燃 树脂填料， 人造玛瑙和电器等， 在填料市场有 材料， 着广泛的应用。前人研究主要集中在粉煤灰提取氧 酸碱联合法
［11 ］
粒破损使 Al（ OH） 3 晶体变细， 分解产物的粒度分布 就是这些作用的综合效果， 外加搅拌增加晶体的磨 损， 削弱附聚的作用， 晶体变粗主要靠晶体的长大， 因而种分氢氧化铝的晶体结构致密 ， 晶型完善。
。晶种分解中， 同时存在晶种长大、 二次成核、
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Al （ OH ） 4］－ 离子， 态， 易于吸附［ 在晶种 （ 001 ） 表面
［9 ］ 上长出新的假六角片状结晶， 使晶体长大 。 氢氧 化 铝 的 XＲD 分 析 结 果 见 图 1 。 碳分氢氧化铝是
α － Al （ OH ） 3 ， 属单斜晶系 ， 种分氢氧化铝是 β ' － Al（ OH） 3 属三斜晶系［10］。种分氢氧化铝的峰唯一， 峰强高， 其纯度高， 结晶度好。 晶种的加入， 为过饱 和铝酸钠溶液提供大量的晶核， 缩短甚至避免诱导 期， 在过饱和度的推动下， 氢氧化铝结晶析出， 在晶 40 ～ 50 h 的长时间分解， 核表面结晶长大， 也促进 了结晶长大。碳分氢氧化铝的峰不唯一， 峰强约为 结 晶 度 低。 随 着 CO2 的 通 种分氢氧化铝的 1 /10 ， 入， 氢氧化铝颗粒互相碰撞， 同时在流体剪切力的作 用下， 细小晶体脱离母晶落入溶液中， 破坏了结晶长 大过程， 碳酸时间较种分时间短， 不利于结晶， 因此 碳分氢氧化铝的结晶度低。
MgO 1. 5
实验时， 先进行筛矿， 再以一定的液固比和温度 在恒温水浴中用调整液进行溶出， 溶出液加入一定 量的钠硅渣在高压反应釜进行一段脱硅， 一段脱硅 后精液加入一定量的 CaO 在恒温水浴中进行二段 脱硅， 二段脱硅后精液进行分解实验 （ 碳酸化分解
51204040 ） ； 教育部高校博士点专项基金资助项目（ 20120042110011 ） ． 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ U1202274 ， 作者简介： 郑朝振（ 1990 － ） ，男，福建大田人，硕士研究生，主要从事粉煤灰的高附加值利用研究。 收稿日期： 2014 － 03 － 17
2
2. 1
实验结果及分析
XＲD 分析 氢氧化 铝 晶 体 的 （ 001 ） 面 处 于 较 高 的 能 级 状
6000 Al ( OH ) 3 5000 4000 3000 2000 1000 60# 0 0 20 40 2!,° a -$%&’() 60 80 100 70# 80#
8000 Al ( OH ) 3 6000 50#
·10·
郑朝振 等： 高铝粉煤灰制备的高白氢氧化铝的物性分析
2014 年第 6 期
或晶种分解） ， 最后经洗涤、 烘干得到高白氢氧化铝 产品， 测量氢氧化铝产品的物性。 实验用到的设备有： 恒温水浴槽； WHFS － 1 型 高压反应釜； Optizen2120 型紫外分光光度计； WSB － 1 型便携式白度计； 德国 Bruker D8 全自动旋转靶 X － 射线衍射仪， Ni 滤波， 采用 Cu － Kα 射线， 管电 压 40 kV， 管电流 80 mA； 日立 SU8010 型扫描电子 显微镜， 扫描电压 20 kV， 放大倍数 1000 ～ 10000 倍； 美国 Micromeritics 公司 ASAP2020 型自动吸附仪， 以氮（ 99. 99 % ） 为吸附介质。 粉煤灰烧结熟料经溶出、 深度脱硅、 分解、 烘干 和洗涤得到氢氧化铝， 氢氧化铝主要杂质成分为： Fe2 O3 % ＜ 0. 005% ，SiO2 % ＜ 0. 01% ，Na2 O% ＜ 0. 17% 。
（ 1 ． Key Laboratory of Ecological Utilization of Multi － metal Intergrown Ores of Education， Northeastern China； University，Shenyang 110819 ， 2 ． High － alumina Fly Ash Ｒesources Development and Utilization Ｒ ＆ D Center， Datang International ， Ltd． ， Hohhot 010050 ， China） Power Generation Co．
附聚、 晶粒破损与磨蚀等复杂的物理化学变化 ， 晶体 的长大及附聚使 Al（ OH） 3 晶体变粗， 二次成核和晶
图2
氢氧化铝 SEM 分析
2014 年第 6 期 2. 3 产品比表面积及孔隙分析
轻
金
属
·11·
氢氧化铝的等温吸附脱附线如图 3 。 相对压力 越高， 吸附量越多， 表现出有孔充填。氢氧化铝的等 温吸附曲线属于 III 型， 氢氧化铝和吸附质的吸附相 互作用小于吸附质之间的相互作用 。对于碳分氢氧 p / p0 小于 0. 3 时， 化铝， 吸附和脱附线重合度较高，
DOI:10.13662/ki.qjs.2014.06.006
2014 年第 6 期
轻
金
属
·9·
·氧化铝 氟化盐·
高铝粉煤灰制备的高白氢氧化铝的物性分析
1 1 1 2 1 2 郑朝振 ，张廷安 ，吕国志 ，孙俊民 ，朱小峰 ，杨会宾
( 1． 东北大学 多金属共生矿生态化利用教育部重点实验室，辽宁 沈阳 110819 ; 2． 大唐国际发电股份有限公司 高铝煤炭资源开发利用研发中心，内蒙古 呼和浩特 010050 )
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图1
氢氧化铝 XＲD 分析
2. 2
SEM 分析
氢氧化铝的 SEM 分析如图 2 。 碳分氢氧化铝 的晶体结构疏松， 晶型结构不完善。 种分氢氧化铝 的晶体结构致密， 晶型结构相对完善。 碳酸化分解 中， 连续通入二氧化碳气体， 使溶液始终维持较大的 过饱和度， 苛性比下降到一定程度时， 溶液处于极不 稳定状态， 氢氧化铝猛烈从溶液中析出， 析出的氢氧 化铝凝聚在一起， 在这个过程中， 结晶长大发生的程 度低， 因而碳分氢氧化铝的晶体结构疏松 ， 机械强度 低
摘 要： 以高铝粉煤灰烧结熟料为原料， 经溶出、 深度脱硅 和 分 解 ( 碳酸 化 分 解 或晶 种 分 解 ) 得 到 高白氢 氧 化 铝， 利用 XＲD、 SEM 和低温氮气吸附法等手段， 对比了两种分解方法制得的高白氢 氧 化 铝的物 性。 结 果 表 明: 种 分 氢 氧 化 铝的 结晶度比碳分氢氧化铝好， 其晶体结构致密， 晶型结构完善。氢氧化铝的等温吸附曲线属于 III 型， 氢氧化铝 以 微孔为 主， 碳分氢氧化铝还存在一定数目的介孔和大孔。关联了碳分铝酸钠精液硅指数与高白氢氧化铝白度的关系， 氢氧化 铝的平均孔径和氢氧化铝吸油值的关系。 关键词： 高铝粉煤灰; 高白氢氧化铝; 物性; 碳酸化分解; 晶种分解 TF80 文献标识码： A 文章编号： 10021752 ( 2014 ) 06095 中图分类号： X75 ，
［5 ］
化铝的制备工艺和制备机理 析了高白氢氧化铝的物性。
［4 ～ 8 ］
上， 本文则主要分
பைடு நூலகம்
1
实验
实验采用内蒙古大唐国际再生资源开发有限公 司的粉煤灰烧结熟料， 其主要成分见表 1 。
表1
成分 质量分数 % Na2 O 14. 16
大唐粉煤灰烧结熟料成分
Al2 O3 29. 66 SiO2 16. 85 CaO 27. 21 Fe2 O3 1 L． O． I 0. 17
Abstract ： Using sintered high － alumina fly ash clinker as material， high white aluminum hydroxide was obtained after dissolution process， deep desilication process and decomposition process （ carbonation decomposition or seed precipitation） ． Physical properties of high white aluminum hydroxide prepared by two decomposition methods were compared by XＲD， SEM and Low － temperature nitrogen adsorption methods． Ｒesults showed that： seed precipitation aluminum hydroxide＇s crystallinity was better than carbonation aluminum hydroxide，as well as dense crystal texture and perfect crystal structure． Aluminum and there were still some mesoporous hydroxide adsorption isotherm curve belonged to type Ⅲ． Aluminum hydroxide pores most belonged to microporous， and macroporous in carbonation aluminum hydroxide． Ｒelationships between carbonation sodium aluminate solution silicon index and high white aluminum as well as the relationship between aluminum hydroxide＇s mean pore diameter and oil absorption value were correlated． hydroxide＇s whiteness， Key words： high － alumina fly ash； high white aluminum hydroxide； physical property； carbonation decomposition； seed precipitation