高鋁粉煤灰資源介紹

高鋁煤炭是我國內(nèi)蒙古中部、山西北部、寧夏東部地區(qū)特殊的煤炭資源，經(jīng)燃煤發(fā)電轉(zhuǎn)化成高鋁粉煤灰，年排放量可達(dá)3000萬t以上，但綜合利用率僅為20%左右，未利用的粉煤灰占用大量土地并造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)危害。同時因其特殊古地理位置使得煤中大量伴生勃姆石和高嶺石等富鋁礦物，使高鋁粉煤灰中氧化鋁、氧化硅含量均高達(dá)40%以上，是一種非常寶貴的二次資源。十二五期間，國家相關(guān)部委分別制定了指導(dǎo)性文件推進(jìn)高鋁粉煤灰的資源化利用。目前，高鋁粉煤灰(HAFA)利用的途徑主要包括建材化利用、氧化鋁提取和鋁硅系耐火材料(莫來石)制備等方面，而高鋁粉煤灰制備莫來石耐火材料是高鋁粉煤灰高值化利用的新方向。

高鋁粉煤灰制備莫來石關(guān)鍵在于原料鋁硅比的提高，目前主要是通過摻入鋁源或脫硅處理實現(xiàn)原料鋁硅比的大幅提高。一方面，通過添加工業(yè)氧化鋁、高品位鋁土礦等富鋁礦物提高原料鋁硅比已展開廣泛研究， 其中Dong等采用氫氧化鋁同粉煤灰配料，于1000~1500C下合成出氧化鋁含量0~41.2%的系列莫來石產(chǎn)品。結(jié)果表明加入氫氧化鋁有利于增加產(chǎn)品孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步抑制其燒結(jié)收縮性; Jung等將粉煤灰經(jīng)600℃預(yù)燒2h除碳，按莫來石中氧化鋁和氧化硅分子配比摻入工業(yè)氧化鋁，進(jìn)一步配乙醇球磨24h. 最后經(jīng)1400~1600℃焙燒2h得到氧化鋁含量>70%的莫來石產(chǎn)品;孫俊民等的采用粉煤灰同工業(yè)氧化鋁經(jīng)不同比例配料、濕法球磨、加壓成型及高溫?zé)Y(jié)后分別得到M50、M60和M70三種莫來石產(chǎn)品，其性能均達(dá)到國家一類標(biāo)準(zhǔn)。但上述思路鋁土礦/氧化鋁添加量大、雜質(zhì)調(diào)控效果有限、產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，難以應(yīng)用于實際生產(chǎn)過程中。另一方面，針對高鋁粉煤灰富含玻璃相二氧化硅礦相特點，通過稀堿脫除非晶態(tài)二氧化硅是實現(xiàn)鋁硅比大幅提高已成為該領(lǐng)域的研究熱點，其中Wang等人將高鋁粉煤灰在95℃稀堿體系下反應(yīng)2h，可實現(xiàn)部分非晶態(tài)二氧化硅的高效剝離，脫硅率可達(dá)40%; Zhu等人進(jìn)一步改進(jìn)工藝，通過低溫稀堿火化方式，將高鋁粉煤灰中部分非晶態(tài)二氧化硅和氧化鋁浸出，繼續(xù)進(jìn)行高溫脫硅可實現(xiàn)非晶相二氧化硅的深度剝離，鋁硅比可提高至2.55，同時避免該過程生成沸石。但是，上述脫硅過程仍存在雜質(zhì)含高、脫硅效率低、過程復(fù)雜等問題。因此，如何實現(xiàn)高鋁粉煤灰中非晶相二氧化硅的深度剝離，同時有效去除鐵、鈣等雜質(zhì)將是制備高牌號莫來石的關(guān)鍵。

高鋁粉煤灰性質(zhì)

1、高鋁粉煤灰礦相分布及元素組成

實驗所用高鋁粉煤灰為來自內(nèi)蒙古某電廠，其元素組成及主要礦相結(jié)構(gòu)如表1和圖1所示，高鋁粉煤中主要元素為鋁和硅元素，此外還有少量的鈣、鐵、鈦等元素及微量的稀散金屬鋰、鎵等。由XRD譜圖可高鋁粉煤灰的主要晶體礦相為莫來石、剛玉及少量石英，非晶相主要為無定形二 氧化硅。通過粉煤灰剖面的描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)粉煤灰中的莫來石、剛玉等礦相被非晶態(tài)二氧化硅包裹。

2、高鋁粉煤灰元素賦存狀態(tài)

在煤粉爐燃燒與排放過程中，由于存在高溫急冷過程，高鋁粉煤灰顆粒形貌呈現(xiàn)球形與非球形細(xì)雜彌散分布狀態(tài)。可以看出，高鋁粉煤灰中的鋁硅元素分布區(qū)域相互重合，說明亮點處主要是鋁硅酸鹽。而根據(jù)其礦相分析，高鋁粉煤灰中的鋁硅礦相主要有莫來石相、玻璃相(主要為非晶態(tài)二氧化硅和玻璃相鋁硅酸鹽)、剛玉相等，因此可以推斷晶相與非晶相之間相互嵌粘包裹，并且可以看出其中主要的鈣、鐵、鈦雜質(zhì)也被該復(fù)雜礦相包裹，從而導(dǎo)致雜質(zhì)脫除較為困難。

粉煤灰行業(yè)，埃爾派產(chǎn)業(yè)化技術(shù)及研究方向

技術(shù)方向：

• 高效選擇性破碎
• 低成本超細(xì)研磨與超細(xì)分級
• 多固廢復(fù)配協(xié)同膠凝
• 功能改性
• 無機(jī)膠凝包裹
• 機(jī)械造孔-靜壓成型
• 壓力可控發(fā)泡
• 鋼渣制彩砂、真石漆、膩子粉、改性礦粉等
• 多固廢協(xié)同膠凝生產(chǎn)高性能復(fù)合礦物外加劑
• 粉煤灰分選、研磨、改性
• 粉煤灰替代硅灰、超細(xì)石灰石粉、超細(xì)硅粉等減水劑和礦物外加劑
• 粉煤灰替代炭黑、白炭黑、碳酸鈣、石英粉等無機(jī)填料
• 各種工業(yè)固廢制備石塑和無機(jī)石系列產(chǎn)品

研究方向：

• 鋼渣的梯級利用-從超細(xì)摻合料到輔助膠凝材料及其制品
• 粉煤灰的梯級利用-從摻合料到無機(jī)填料
• 煤矸石、尾礦、赤泥等的高值化利用-石塑系列及無機(jī)石等
• 高溫渣顯熱回收及尾渣超微粉制備
• 冶金渣、尾礦、貧位礦富集與分離提取有價組分
• 各種大宗固廢粉體及其制品的精細(xì)制備

本文部分內(nèi)容來源于《工業(yè)固廢處理與利用技術(shù)研究及應(yīng)用新進(jìn)展》中國建材工業(yè)出版社出版，吳小緩主編

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