高铝粉煤灰预脱硅同步降低碱含量_公彦兵
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１ 试验部分
１．１ 原 料 、装 置 及 仪 器 试验 原 料 为 分 析 纯 氢 氧 化 钠 和 蒸 馏 水，粉 煤 灰
取自大 唐 再 生 资 源 公 司 原 料 输 送 车 间，化 学 成 分 （％）：Ａｌ２Ｏ３ ５０．３８、ＳｉＯ２ ３８．８３、Ｆｅ２Ｏ３ １．８１、ＣａＯ ３．１２、ＴｉＯ２１．４８、ＬＯＩ ４．０８。可以看出，粉煤灰 中 氧 化 铝 含 量 高 较 高 ，但 铝 硅 比 较 低 （Ａ／Ｓ＝１．３０）。
（大唐国际高铝煤炭资源开发利用研发中心，呼和浩特 ０１００５０）
摘要：研究了高铝粉煤灰预脱硅同步降低碱含量的规律及控制机理。结果表明，在温度９０ ℃、氧 化 钠 浓 度１２０ｇ／Ｌ、反应时间２．５ｈ、液固比３∶１的最佳 条 件 下，脱 硅 灰 中 化 学 碱 氧 化 钠 含 量 为 ２．８％，铝 硅 比 由 １．３０ 提 高 到 ２．１２，氧 化 硅 溶 出 率 ３９．４％ ，氧 化 铝 溶 出 率 ０．６％ ，实 现 了 高 铝 粉 煤 灰 预 脱 硅 后 碱 含 量 最 低且预脱硅效率最大化。 关 键 词 ：高 铝 粉 煤 灰 ；预 脱 硅 ；化 学 碱 ；铝 硅 比 中 图 分 类 号 ：ＴＦ８２１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００７－７５４５（２０１４）０５－００２１－０５
Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｌｋａｌｉ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ Ｈｉｇｈ Ａｌｕｍｉｎａ Ｆｌｙ Ａｓｈ ｂｙ Ｐｒｅ－ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ
ＧＯＮＧ Ｙａｎ－ｂｉｎｇ，ＳＵＮ Ｊｕｎ－ｍｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｓｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈａｎ－ｊｕｎ， ＹＡＮＧ Ｈｕｉ－ｂｉｎ，ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｎａ
２０１４ 年 第 ５ 期 有 色 金 属 （冶 炼 部 分 ）（ｈｔｔｐ：??ｙｓｙｌ．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ）
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由表１可看出，温 度 为 影 响 脱 硅 粉 煤 灰 化 学 碱 生 成 的 最 主 要 因 素 ，其 次 为 碱 浓 度 ，液 固 比 对 其 影 响 不大。从脱硅灰含 碱 量 控 制 条 件 来 看，为 减 少 脱 硅 灰 中 化 学 碱 含 量 ，应 尽 量 降 低 碱 液 浓 度 和 反 应 温 度 、 缩短反应时间。优化条件为 Ｎａ２Ｏ 浓度１２０ｇ／Ｌ、温 度１１０ ℃、液固比３∶１、反应时间０．５ｈ。
１５０
６
１５０
７
１８０
８
１８０
９
１８０
Ｋ１
１２．１３
Ｋ２
１８．５３
Ｋ３
脱 硅
ｋ１
灰
ｋ２
含 碱
ｋ３
Ｒ
２７．３０ ４．０４ ６．１８ ９．１０ ５．０６
主次水平
优水平
Ａ１
Ｂ－温 度／℃ １１０ １３０ １５０ １１０ １３０ １５０ １１０ １３０ １５０ １２．８
形貌，粒度分 析 采 用 ＨＥＬＯＳ／ＢＲ－ＯＡＳＩＳ 全 自 动 干 湿法激光粒度仪。 １．２ 试 验 方 法
将 粉 煤 灰 、氢 氧 化 钠 、蒸 馏 水 按 计 算 配 比 加 入 高 压反应釜（高压反应）或 烧 杯 （常 压 水 浴 加 热）中，迅 速升温至指定温度，调 整 转 速 为 ３００ｒ／ｍｉｎ，反 应 完 毕后冷 却 至 常 压 后 迅 速 过 滤，分 析 滤 液 中 Ａｌ２Ｏ３、 ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ 浓度，滤饼按 液 固 比 １０∶１ 在 加 热 条 件 下浆化 洗 涤 ３ 次 （２０ ｍｉｎ／次 ）后 分 析 Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、 Ｎａ２Ｏ 含量。文中溶出 率 指 粉 煤 灰 中 某 成 分 进 入 溶 液中量占原灰的比例，铝硅比 Ａ／Ｓ 指粉煤灰或者脱 硅灰中 Ａｌ２Ｏ３ 与 ＳｉＯ２ 的质量比。
（Ｄａ Ｔａｎｇ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｈｉｇｈ Ａｌｕｍｉｎａ Ｃｏａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｈｏｈｈｏｔ ０１００５０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｒｕｌｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｋａｌｉ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｈｉｇｈ ａｌｕｍｉｎａ ｆｌｙ ａｓｈ ｂｙ ｐｒｅ－ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｓｏｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ａｌｕｍｉ－ ｎｕｍ ｆｌｙ ａｓｈ ａｆｔｅｒ ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ２．８％ ，ａｌｕｍｉｎａ－ｓｉｌｉｃａ ｒａｔｉｏ ｒｉｓｅｓ ｆｒｏｍ １．３ｔｏ ２．１２，ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｉｓ ３９．４％，ａｎｄ ａｌｕｍｉｎａ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｉｓ ０．６％ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ９０ ℃，Ｎａ２Ｏ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ １２０ｇ／Ｌ，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ２．５ｈ，ａｎｄ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ｔｏ ｓｏｌｉｄ ｏｆ ３∶１．Ａｆｔｅｒ ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ａｌｋａｌｉ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｈｉｇｈ ａｌｕｍｉｎａ ｆｌｙ ａｓｈ ａｎｄ ｍａｘｉｍｕｍ ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｉ－ ｃｉｅｎｃｙ ａｒｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ａｌｕｍｉｎａ ｆｌｙ ａｓｈ；ｐｒｅ－ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ；ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｌｋａｌｉ；ａｌｕｍｉｎａ－ｓｉｌｉｃａ ｒａｔｉｏ
１６．８５ ２８．３１ ４．２７ ５．６２ ９．４４ ５．１７
Ｂ１
Ｃ－液 固 比
Ｄ－时 间／ｈ
２
０．５
３
１．０
４
１．５
３
１．５
４
０．５
２
１．０
４
１．０
２
１．５
３
０．５
１９．８８
１５．１６
１８．５４
２１．５７
１９．５４
２１．Байду номын сангаас３
６．６３
５．０５
６．１８
２ 结果及讨论
２．１ 正 交 试 验 条 件 及 结 果 为考察高温高压条件下各因素对脱硅灰中化学
碱含量的影响重要 性，进 行 了 四 因 素 三 水 平 的 正 交 试验，重点考察了 碱 浓 度、温 度、液 固 比 和 反 应 时 间 等 因 素 ，试 验 条 件 及 结 果 如 表 １ 所 示 。
大唐国际再生资源开发有限公司成功研发了预 脱硅－碱石灰石烧结法高铝粉煤灰提取氧化铝联产 活性硅酸钙工艺，目前已建成年产 ２０ 万ｔ氧化铝的
产业化工程。工艺采用预脱硅—碱石灰石烧结法， 其中预脱硅工 段 为 高 压 碱 溶 脱 硅 工 艺 （１３０ ℃），硅 资源的提取率达到了３８％左右，但 目 前 存 在 脱 硅 灰 中 碱 含 量 高 的 问 题 （７％ ～１０％ ），有 可 能 会 导 致 系 统 碱不平衡，使整 体 工 艺 无 法 经 济 稳 定 运 行。 而 脱 硅 灰中化学碱为５％左右，为化学 反 应 过 程 生 成，无 法 通过洗涤手段降低，因 此 研 究 反 应 条 件 对 高 铝 粉 煤 灰脱硅后化学碱含量的影响具有重要意义。
由表 １ 还 可 看 出，碱 浓 度 和 反 应 时 间 是 影 响 脱 硅 粉 煤 灰 铝 硅 比 的 最 主 要 因 素 ，其 次 为 液 固 比 ，温 度 的影响最小。从脱 硅 灰 铝 硅 比 控 制 条 件 来 看，为 提 高 脱 硅 灰 中 铝 硅 比 ，应 控 制 碱 液 浓 度 尽 量 高 ，最 优 条 件为 Ｎａ２Ｏ 浓度１８０ｇ／Ｌ、温度１３０ ℃、液固比２∶１、反 应 时 间 １．０ｈ。 ２．２ 温 度 的 影 响
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有 色 金 属 （冶 炼 部 分 ）（ｈｔｔｐ：??ｙｓｙｌ．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ） ２０１４ 年 第 ５ 期
硅工艺进行了研究，都 提 及 到 碱 溶 过 程 中 化 学 碱 物 相的生成，但对化学 碱 的 生 成 条 件 及 其 调 控 并 无 系 统报道。本文通 过 化 学 分 析、ＸＲＤ、ＳＥＭ－ＥＤＳ 等 手 段对粉煤 灰 碱 溶 脱 硅 前 后 的 成 分 和 物 相 进 行 了 分 析，考察降低脱硅灰 中 化 学 碱 生 成 及 达 到 最 大 脱 硅 效率的条件和调控规律。
表 １ 脱 硅 正 交 试 验 条 件 及 结 果
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ＳｉＯ２
编号或项目
Ａ－Ｎａ２Ｏ 浓度／（ｇ·Ｌ－１）
１
１２０
２
１２０
３
１２０
４
１５０
５
不少研究人 员 都 ［３－７］ 采 用 碱 溶 方 法 对 粉 煤 灰 脱
收 稿 日 期 ：２０１３－１１－０６ 基 金 项 目 ：国 家 “十 一 五 ”科 技 支 撑 计 划 项 目 （２００９ＢＡＢ４９Ｂ００） 作者简介：公彦兵（１９８２－），男，山东人，硕士，工程师；通信作者：孙俊民（１９６６－），男，博士，教授级高工 ．
７．１９
６．５１
７．０８
０．４５
２．１４
温度＞碱浓度＞时间＞液固比
Ｃ２
Ｄ１
脱 硅 灰 含 碱／％ ０．６７ ３．７１ ７．７５ ４．３８ ４．０４ １０．１１ ７．７５ ９．１０ １０．４５
Ｋ１
Ｋ２
Ｋ３
铝
ｋ１
硅
ｋ２
比
ｋ３
Ｒ
主次水平
优水平
４．４９ ５．５２ ５．７２ １．５０ １．８４ １．９１ ０．４１
氧化铝 含 量 高 达 ４５％ ～５０％ 的 高 铝 粉 煤 灰 是 一 种 宝 贵 的 铝 硅 矿 物 资 源［１］，我 国 铝 土 矿 资 源 对 外 依存度达到６０％［２］，因此研 发 高 铝 粉 煤 灰 铝 硅 资 源 高 效 共 提 的 新 技 术 ，不 但 是 粉 煤 灰 高 值 化 利 用 、发 展 循环经济的必要举 措，更 具 有 促 进 我 国 氧 化 铝 工 业 可持续发展的重要现实意义。
图 ２ 碱 浓 度 对 脱 硅 高 铝 粉 煤 灰 氧 化 钠 含量和铝硅比的影响
Ｆｉｇ．２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｌｋａｌｉ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｎ Ｎａ２Ｏ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ Ａ／Ｓ ｏｆ ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｌｙ ａｓｈ
固定条 件：Ｎａ２Ｏ 浓 度 １３５ｇ／Ｌ、时 间 １．０ｈ、液 固比３∶１，考察温度对脱硅灰中化学 碱 含 量 和 铝 硅 比 的 影 响 ，试 验 结 果 见 图 １。
２．３ 低 温 下 碱 浓 度 的 影 响 固定条件：反应温度 ９０ ℃、反 应 时 间 １．０ｈ、液
固比 ３∶１，不 同 碱 浓 度 条 件 下，脱 硅 灰 中 化 学 碱 含 量和铝硅比如图２所示。
试验 装 置 主 要 有 高 压 反 应 釜、集 热 式 磁 力 搅 拌 水 浴 加 热 器 、真 空 抽 滤 泵 等 。
化学成分分析采用硅钼蓝比色法和络合滴定 法，ＸＲＤ 分析采用 Ｘ＇Ｐｅｒｔ ＰＲＯ ＭＰＤ 型多功能 Ｘ 射 线衍射仪，采用ＪＥＯＬ５８００ＳＶ 扫 描 电 子 显 微 镜 观 察
Ａ３
５．０７ ５．４８ ５．１９ １．６９ １．８３ １．７３ ０．１４
Ｂ２
５．６４
４．５２
４．６７
５．７１
５．５７
５．５１
１．８８
１．５１
１．５６
１．９０
１．８６
１．８４
０．３２
０．３９
碱浓度＞时间＞液固比＞温度
Ｃ１
Ｄ２
Ａ／Ｓ １．３３ １．５４ １．６２ １．６８ １．７４ ２．１１ ２．０６ ２．２０ １．４６
２０１４ 年 第 ５ 期 有 色 金 属 （冶 炼 部 分 ）（ｈｔｔｐ：??ｙｓｙｌ．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ） ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－７５４５．２０１４．０５．００６
高铝粉煤灰预脱硅同步降低碱含量
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公彦兵，孙俊民，张生，张战军，杨会宾，王勇，王娜
１．１ 原 料 、装 置 及 仪 器 试验 原 料 为 分 析 纯 氢 氧 化 钠 和 蒸 馏 水，粉 煤 灰
取自大 唐 再 生 资 源 公 司 原 料 输 送 车 间，化 学 成 分 （％）：Ａｌ２Ｏ３ ５０．３８、ＳｉＯ２ ３８．８３、Ｆｅ２Ｏ３ １．８１、ＣａＯ ３．１２、ＴｉＯ２１．４８、ＬＯＩ ４．０８。可以看出，粉煤灰 中 氧 化 铝 含 量 高 较 高 ，但 铝 硅 比 较 低 （Ａ／Ｓ＝１．３０）。
（大唐国际高铝煤炭资源开发利用研发中心，呼和浩特 ０１００５０）
摘要：研究了高铝粉煤灰预脱硅同步降低碱含量的规律及控制机理。结果表明，在温度９０ ℃、氧 化 钠 浓 度１２０ｇ／Ｌ、反应时间２．５ｈ、液固比３∶１的最佳 条 件 下，脱 硅 灰 中 化 学 碱 氧 化 钠 含 量 为 ２．８％，铝 硅 比 由 １．３０ 提 高 到 ２．１２，氧 化 硅 溶 出 率 ３９．４％ ，氧 化 铝 溶 出 率 ０．６％ ，实 现 了 高 铝 粉 煤 灰 预 脱 硅 后 碱 含 量 最 低且预脱硅效率最大化。 关 键 词 ：高 铝 粉 煤 灰 ；预 脱 硅 ；化 学 碱 ；铝 硅 比 中 图 分 类 号 ：ＴＦ８２１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００７－７５４５（２０１４）０５－００２１－０５
Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｌｋａｌｉ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ Ｈｉｇｈ Ａｌｕｍｉｎａ Ｆｌｙ Ａｓｈ ｂｙ Ｐｒｅ－ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ
ＧＯＮＧ Ｙａｎ－ｂｉｎｇ，ＳＵＮ Ｊｕｎ－ｍｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｓｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈａｎ－ｊｕｎ， ＹＡＮＧ Ｈｕｉ－ｂｉｎ，ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｎａ
２０１４ 年 第 ５ 期 有 色 金 属 （冶 炼 部 分 ）（ｈｔｔｐ：??ｙｓｙｌ．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ）
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由表１可看出，温 度 为 影 响 脱 硅 粉 煤 灰 化 学 碱 生 成 的 最 主 要 因 素 ，其 次 为 碱 浓 度 ，液 固 比 对 其 影 响 不大。从脱硅灰含 碱 量 控 制 条 件 来 看，为 减 少 脱 硅 灰 中 化 学 碱 含 量 ，应 尽 量 降 低 碱 液 浓 度 和 反 应 温 度 、 缩短反应时间。优化条件为 Ｎａ２Ｏ 浓度１２０ｇ／Ｌ、温 度１１０ ℃、液固比３∶１、反应时间０．５ｈ。
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１２．１３
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脱 硅
ｋ１
灰
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含 碱
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Ｒ
２７．３０ ４．０４ ６．１８ ９．１０ ５．０６
主次水平
优水平
Ａ１
Ｂ－温 度／℃ １１０ １３０ １５０ １１０ １３０ １５０ １１０ １３０ １５０ １２．８
形貌，粒度分 析 采 用 ＨＥＬＯＳ／ＢＲ－ＯＡＳＩＳ 全 自 动 干 湿法激光粒度仪。 １．２ 试 验 方 法
将 粉 煤 灰 、氢 氧 化 钠 、蒸 馏 水 按 计 算 配 比 加 入 高 压反应釜（高压反应）或 烧 杯 （常 压 水 浴 加 热）中，迅 速升温至指定温度，调 整 转 速 为 ３００ｒ／ｍｉｎ，反 应 完 毕后冷 却 至 常 压 后 迅 速 过 滤，分 析 滤 液 中 Ａｌ２Ｏ３、 ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ 浓度，滤饼按 液 固 比 １０∶１ 在 加 热 条 件 下浆化 洗 涤 ３ 次 （２０ ｍｉｎ／次 ）后 分 析 Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、 Ｎａ２Ｏ 含量。文中溶出 率 指 粉 煤 灰 中 某 成 分 进 入 溶 液中量占原灰的比例，铝硅比 Ａ／Ｓ 指粉煤灰或者脱 硅灰中 Ａｌ２Ｏ３ 与 ＳｉＯ２ 的质量比。
（Ｄａ Ｔａｎｇ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｈｉｇｈ Ａｌｕｍｉｎａ Ｃｏａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｈｏｈｈｏｔ ０１００５０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｒｕｌｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｋａｌｉ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｈｉｇｈ ａｌｕｍｉｎａ ｆｌｙ ａｓｈ ｂｙ ｐｒｅ－ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｓｏｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ａｌｕｍｉ－ ｎｕｍ ｆｌｙ ａｓｈ ａｆｔｅｒ ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ２．８％ ，ａｌｕｍｉｎａ－ｓｉｌｉｃａ ｒａｔｉｏ ｒｉｓｅｓ ｆｒｏｍ １．３ｔｏ ２．１２，ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｉｓ ３９．４％，ａｎｄ ａｌｕｍｉｎａ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｉｓ ０．６％ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ９０ ℃，Ｎａ２Ｏ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ １２０ｇ／Ｌ，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ２．５ｈ，ａｎｄ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ｔｏ ｓｏｌｉｄ ｏｆ ３∶１．Ａｆｔｅｒ ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ａｌｋａｌｉ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｈｉｇｈ ａｌｕｍｉｎａ ｆｌｙ ａｓｈ ａｎｄ ｍａｘｉｍｕｍ ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｉ－ ｃｉｅｎｃｙ ａｒｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ａｌｕｍｉｎａ ｆｌｙ ａｓｈ；ｐｒｅ－ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ；ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｌｋａｌｉ；ａｌｕｍｉｎａ－ｓｉｌｉｃａ ｒａｔｉｏ
１６．８５ ２８．３１ ４．２７ ５．６２ ９．４４ ５．１７
Ｂ１
Ｃ－液 固 比
Ｄ－时 间／ｈ
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１５．１６
１８．５４
２１．５７
１９．５４
２１．Байду номын сангаас３
６．６３
５．０５
６．１８
２ 结果及讨论
２．１ 正 交 试 验 条 件 及 结 果 为考察高温高压条件下各因素对脱硅灰中化学
碱含量的影响重要 性，进 行 了 四 因 素 三 水 平 的 正 交 试验，重点考察了 碱 浓 度、温 度、液 固 比 和 反 应 时 间 等 因 素 ，试 验 条 件 及 结 果 如 表 １ 所 示 。
大唐国际再生资源开发有限公司成功研发了预 脱硅－碱石灰石烧结法高铝粉煤灰提取氧化铝联产 活性硅酸钙工艺，目前已建成年产 ２０ 万ｔ氧化铝的
产业化工程。工艺采用预脱硅—碱石灰石烧结法， 其中预脱硅工 段 为 高 压 碱 溶 脱 硅 工 艺 （１３０ ℃），硅 资源的提取率达到了３８％左右，但 目 前 存 在 脱 硅 灰 中 碱 含 量 高 的 问 题 （７％ ～１０％ ），有 可 能 会 导 致 系 统 碱不平衡，使整 体 工 艺 无 法 经 济 稳 定 运 行。 而 脱 硅 灰中化学碱为５％左右，为化学 反 应 过 程 生 成，无 法 通过洗涤手段降低，因 此 研 究 反 应 条 件 对 高 铝 粉 煤 灰脱硅后化学碱含量的影响具有重要意义。
由表 １ 还 可 看 出，碱 浓 度 和 反 应 时 间 是 影 响 脱 硅 粉 煤 灰 铝 硅 比 的 最 主 要 因 素 ，其 次 为 液 固 比 ，温 度 的影响最小。从脱 硅 灰 铝 硅 比 控 制 条 件 来 看，为 提 高 脱 硅 灰 中 铝 硅 比 ，应 控 制 碱 液 浓 度 尽 量 高 ，最 优 条 件为 Ｎａ２Ｏ 浓度１８０ｇ／Ｌ、温度１３０ ℃、液固比２∶１、反 应 时 间 １．０ｈ。 ２．２ 温 度 的 影 响
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有 色 金 属 （冶 炼 部 分 ）（ｈｔｔｐ：??ｙｓｙｌ．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ） ２０１４ 年 第 ５ 期
硅工艺进行了研究，都 提 及 到 碱 溶 过 程 中 化 学 碱 物 相的生成，但对化学 碱 的 生 成 条 件 及 其 调 控 并 无 系 统报道。本文通 过 化 学 分 析、ＸＲＤ、ＳＥＭ－ＥＤＳ 等 手 段对粉煤 灰 碱 溶 脱 硅 前 后 的 成 分 和 物 相 进 行 了 分 析，考察降低脱硅灰 中 化 学 碱 生 成 及 达 到 最 大 脱 硅 效率的条件和调控规律。
表 １ 脱 硅 正 交 试 验 条 件 及 结 果
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ＳｉＯ２
编号或项目
Ａ－Ｎａ２Ｏ 浓度／（ｇ·Ｌ－１）
１
１２０
２
１２０
３
１２０
４
１５０
５
不少研究人 员 都 ［３－７］ 采 用 碱 溶 方 法 对 粉 煤 灰 脱
收 稿 日 期 ：２０１３－１１－０６ 基 金 项 目 ：国 家 “十 一 五 ”科 技 支 撑 计 划 项 目 （２００９ＢＡＢ４９Ｂ００） 作者简介：公彦兵（１９８２－），男，山东人，硕士，工程师；通信作者：孙俊民（１９６６－），男，博士，教授级高工 ．
７．１９
６．５１
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温度＞碱浓度＞时间＞液固比
Ｃ２
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脱 硅 灰 含 碱／％ ０．６７ ３．７１ ７．７５ ４．３８ ４．０４ １０．１１ ７．７５ ９．１０ １０．４５
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Ｋ２
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铝
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硅
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比
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主次水平
优水平
４．４９ ５．５２ ５．７２ １．５０ １．８４ １．９１ ０．４１
氧化铝 含 量 高 达 ４５％ ～５０％ 的 高 铝 粉 煤 灰 是 一 种 宝 贵 的 铝 硅 矿 物 资 源［１］，我 国 铝 土 矿 资 源 对 外 依存度达到６０％［２］，因此研 发 高 铝 粉 煤 灰 铝 硅 资 源 高 效 共 提 的 新 技 术 ，不 但 是 粉 煤 灰 高 值 化 利 用 、发 展 循环经济的必要举 措，更 具 有 促 进 我 国 氧 化 铝 工 业 可持续发展的重要现实意义。
图 ２ 碱 浓 度 对 脱 硅 高 铝 粉 煤 灰 氧 化 钠 含量和铝硅比的影响
Ｆｉｇ．２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｌｋａｌｉ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｎ Ｎａ２Ｏ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ Ａ／Ｓ ｏｆ ｄｅｓｉｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｌｙ ａｓｈ
固定条 件：Ｎａ２Ｏ 浓 度 １３５ｇ／Ｌ、时 间 １．０ｈ、液 固比３∶１，考察温度对脱硅灰中化学 碱 含 量 和 铝 硅 比 的 影 响 ，试 验 结 果 见 图 １。
２．３ 低 温 下 碱 浓 度 的 影 响 固定条件：反应温度 ９０ ℃、反 应 时 间 １．０ｈ、液
固比 ３∶１，不 同 碱 浓 度 条 件 下，脱 硅 灰 中 化 学 碱 含 量和铝硅比如图２所示。
试验 装 置 主 要 有 高 压 反 应 釜、集 热 式 磁 力 搅 拌 水 浴 加 热 器 、真 空 抽 滤 泵 等 。
化学成分分析采用硅钼蓝比色法和络合滴定 法，ＸＲＤ 分析采用 Ｘ＇Ｐｅｒｔ ＰＲＯ ＭＰＤ 型多功能 Ｘ 射 线衍射仪，采用ＪＥＯＬ５８００ＳＶ 扫 描 电 子 显 微 镜 观 察
Ａ３
５．０７ ５．４８ ５．１９ １．６９ １．８３ １．７３ ０．１４
Ｂ２
５．６４
４．５２
４．６７
５．７１
５．５７
５．５１
１．８８
１．５１
１．５６
１．９０
１．８６
１．８４
０．３２
０．３９
碱浓度＞时间＞液固比＞温度
Ｃ１
Ｄ２
Ａ／Ｓ １．３３ １．５４ １．６２ １．６８ １．７４ ２．１１ ２．０６ ２．２０ １．４６
２０１４ 年 第 ５ 期 有 色 金 属 （冶 炼 部 分 ）（ｈｔｔｐ：??ｙｓｙｌ．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ） ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－７５４５．２０１４．０５．００６
高铝粉煤灰预脱硅同步降低碱含量
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公彦兵，孙俊民，张生，张战军，杨会宾，王勇，王娜