元素分离与利用技术助力铝灰变废成宝

<正>铝灰,通常是按照形态进行分类,如被称为铝渣或铝灰,尤其是二次铝灰,指从铝渣中提取完金属铝后,经过球磨机磨粉并经过筛分后将其中的金属铝筛分出来,实现金属铝提取,剩余铝灰残留少量金属铝。按照提炼方法不同,可产生两种类型的铝灰:一是电解铝液的铝灰。电解铝液铝灰来自于纯铝液,其成分大多数     

电解钛氢化脱氢制备超细高纯钛粉工艺

以电解钛为原料,采用氢化、球磨破碎和脱氢的工艺,制备超细高纯钛粉。采用激光衍射粒度分析、SEM及氢和氧元素分析等手段,研究各工艺过程所得的TiH2粉和Ti粉的粒度及其分布、粉末形貌和氧含量的变化趋势。结果表明:电解钛经420℃氢化后,初次球磨得到中位径(D50)为9.81μm的超细TiH2粉,再经600℃保温脱氢,最后经球磨分散得到D50为11.04μm,氧含量为0.48%(质量分数)的不规则形状超细高纯钛粉。在各个工艺过程中,氧含量(质量分数)增加量由低到高依次是TiH2粉脱氢、TiH2球磨制粉、脱氢钛粉球磨和电解钛氢化。     

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铝生产过程固体废弃物铝灰中金属铝和氧化铝

为了更好地进行铝灰的回收再利用,获得准确的铝灰化学成分分析数据,提出了一种使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定铝灰中金属铝和氧化铝含量的分析方法。利用氧化铝较为稳定的化学性质,使用氯化铁与金属铝发生置换反应,先将金属铝溶解,使氧化铝等留在不溶残渣中,过滤、灰化后再熔融浸取氧化铝,从而达到分离金属铝和氧化铝的目的,选择Al 394.401nm为分析谱线,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定铝灰中金属铝和氧化铝。通过正交试验确定了金属铝和氧化铝的最佳溶样条件。铝的质量浓度为5.0~60μg/mL时校准曲线呈线性,相关系数为0.999。按照实验方法测定3个铝灰实际样品中金属铝和氧化铝,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=9)小于2%;加标回收率为97%~106%;与XRD方法进行比较,差值在-0.03%~0.02%之间。     

EDTA滴定法测定铝灰中金属铝

铝灰是炼钢重要辅助材料之一,不仅能吸附钢水夹杂物而提高钢水质量,而且其中的金属铝能起到脱氧作用,从而降低钢中气体含量、减少钢中夹杂、提高钢的洁净度及机械性能。因此,将铝灰中金属铝与三氧化二铝物相分离,准确测定金属铝含量具有重要意义。采用三氯化铁溶液在电磁搅拌下溶解试样,将金属铝和三氧化二铝分离,金属铝以离子形式转入溶液中,强碱分离溶液中铁、锰等干扰元素,用过量的EDTA络合Al³⁺,在pH 4.5~5.5以二甲酚橙为指示剂,用锌标准溶液滴定过量的EDTA后,用F^-置换出与Al³⁺络合的EDTA,再用锌标淮溶液滴定释放出的EDTA,从而计算出金属铝含量。实验表明,通过正交试验,确定了三氯化铁溶液的质量浓度(100g/L)、用量(100mL)、样品质量(0.5000g)、搅拌时间(60min)等溶样条件。结果表明,测得结果的相对标准偏差(RSD,n=8)为0.45%~0.78%;回收率为96%~101%。方法满足金属铝质量分数范围在10%~30%之间的铝灰检测要求。     

包钢高炉除尘灰中有害元素分析研究

利用LS230激光粒度分析仪,检测了各级高炉煤气除尘灰及出铁场环境灰的粒度并获得了灰尘粒度分布;利用化学分析法对重力灰、旋风灰、布袋灰和环境灰中碱金属氧化物K₂O、Na₂O及其他有色金属元素Pb、Zn、As、Sn质量分数进行了分析测定,研究了有害元素在各级除尘灰及环境灰中的分布规律。研究结果表明:煤气除尘灰中重力灰粒度最大,有害元素质量分数最少,只有1.94%;布袋灰粒度最小,有害元素质量分数最高,为15.79%;环境灰粒度较各级煤气除尘灰均小,所含有害元素质量分数较少,为1.02%。说明高炉煤气除尘灰粒度越小,所含有害元素越多,布袋灰有害元素脱除是有害元素处理和回收利用的重要途径。     

铝灰资源回收专用处理设备的开发与利用

铝冶炼和铝加工企业,特别是铝合金制造企业为获得高质量、高纯度的铝锭或铝合金,在熔炼过程中,一般都会加入各种溶剂、精炼剂等,固体溶剂和精炼剂熔融之后,都会与融体中的杂质进行反应,产生一定数量的浮渣,一般俗称为铝灰。铝灰中含有大量的金属铝,对铝灰中存在的金属铝的回收利用提出相应的解决途径。     

高能球磨制备高铝锌铝合金粉末的研究

首先采用一步球磨法制备了成分为Zn-30Al-6Si-0.5Cu(质量分数/%)和Zn-30Al-3Si-3Cu(质量分数/%)的高铝锌铝合金粉末,其次采用二步球磨法制备了成分为Zn-30Al-6Si-0.5Cu(质量分数/%)的合金粉末,并利用XRD、SEM粒度分析仪对粉末的物相组成、颗粒形貌及粒度进行了表征和分析。结果表明:含硅量为6%的合金粉末的颗粒尺寸比含硅量为3%的合金粉末更为细小,尺寸分布更为集中,球磨12h之后的粉末其金相组织主要由富Al的α相、富Zn的η相以及Si相组成。经过二步球磨后的Zn-30Al-6Si-0.5Cu粉末中Al9Si相基本消失,Si相含量增加;二步球磨法制备的粉末颗粒尺寸更为细小。通过扫描电镜观察发现粉末形貌不规则,且分布不够均匀,粉末中基本未观察到类似焊片的颗粒。     

铝灰中金属铝的物相分析

研究了用CuCl-NH4Cl,FeCl3,NaOH,HCl四种浸取液分离铝灰中金属铝的条件及对后续分析的影响,最终选取了用NaOH分离铝灰中金属铝和氧化铝,结果证明此方法稳定可靠,重现性和准确性优于其它方法。     

大型铝电解槽直接生产铝硅合金的研究

采用大型预焙铝电解槽电解二氧化硅生产铝硅合金母液,探讨了各项技术参数的控制与优化,并提出了切实可行的方案,最佳工艺条件为冰晶石分子比2.45,Al2O3与SiO2的质量分数分别为2.0%~2.5%和0.1%~0.5%,电解温度960℃。为铝电解槽电解金属氧化物生产铝基合金提供参考。     

甲苯对AlCl_3-TEBAC离子液体中电沉积铝的影响

在含有甲苯添加剂的酸性三氯化铝—苄基三乙基氯化铵(AlCl_3-TEBAC)离子液体中进行铝的电沉积。考察甲苯加入量对离子液体电导率的影响,研究金属铝在离子液体中的电沉积行为,并用直流和脉冲电源进行铝电沉积。结果表明,离子液体电导率随甲苯摩尔分数x的增加而升高,但在x大于7.5%后,电导率趋于稳定;铝沉积反应为扩散控制的准可逆过程,在玻碳电极上的沉积是三维瞬时形核过程;电沉积得到的铝镀层为银灰色,而且脉冲电沉积得到的镀层要优于直流电沉积。     

二次铝灰酸浸制备聚合氯化铝的研究

二次铝灰中仍含大量铝,对其进行回收具有重要意义。文中以二次铝灰为原料,通过盐酸浸出处理后再添加铝酸钙制备聚合氯化铝（PAC）,研究了HCl浓度、浸出温度、时间、液固比,铝酸钙添加量等因素的影响。综合考虑,适合二次铝灰酸浸制备聚合氯化铝的较优条件为:水洗后的二次铝灰在HCl浓度为6 mol/L,液固比为4∶1 mL/g,温度为85 ℃条件下酸浸2 h,此时的酸浸液中加入12 g/80 mL的铝酸钙,温度为85 ℃条件下反应1.5 h。该条件下酸浸过程中铝的浸出率为48.67%,且制得的液体PAC完全符合国家标准。      

复合石墨烯的废铅膏资源化利用新工艺

采用原子经济法处理铅酸电池废铅膏以制作正极原料,正极废铅膏经洗涤干燥并粉碎成适当粒度的颗粒后,与一定氧化度的铅粉、石墨烯混合进行球磨反应,然后按照工厂现行工序,以球磨粉料作为原料,制得了铅酸电池管式正极,结果表明,为降低正极废铅膏回收利用制备正极板的成本,以正极废铅膏为原料的适宜球磨条件为：球磨时间6 h、球磨转速400 r/min、石墨烯添加质量分数为0.1%、氧化度80%的铅粉加入量为废铅膏质量的40%。相比传统铅粉原料,处理过的球磨粉料所制正极板的容量和寿命分别提升了2.9%和1.4%。     

二次铝灰中氟、氯的浸出与回收分析

为了研究二次铝灰中氟、氯等有害元素在水溶液中的浸出规律和无害化处理的方法，针对某铝厂生产过程中产生的二次铝灰中含有的氟氯化合物进行了浸出影响因素分析，考察了不同浸出时间、液固质量比、浸出液pH值、浸出温度对氟氯浸出率的影响。结果表明，最佳的工艺参数为浸出时间为8 h，液固质量比为6，浸出液pH值为4，浸出温度为60 ℃，氟、氯元素的最大浸出率分别为87.67%和99.02%。分离后滤液经蒸发回收氯盐与氟盐，冷凝液回用到浸出工序，滤渣无有害元素析出后可以作为原料生产免烧砖等建筑材料，实现了二次铝灰的无害化处理和资源化利用。     

Al-Pb粉末在机械合金化过程中的粒度及形貌演变

采用XRD，SEM，TEM和粒度分析仪对Al-15％Pb和Al-15％Pb-4％Si—1％Sn—1．5％Cu(质量分数，％)混合粉末在机械合金化过程中的粒度及形貌演变进行了研究。结果表明：混合粉末经球磨后都可以获得纳米晶，球磨对Pb的细化明显大于对Al的细化作用；在相同的球磨时间下，添加有Si，Sn，Cu混合粉末的Al，Pb晶粒更小，其获得纳米晶的时间更短。由于冷焊与断裂在MA不同阶段的主导不同，Al-15％Pb-4％Si-1％Sn—1．5％Cu粒子经历了快速长大、快速减小和慢速减小3个阶段；而Al—15％Pb粒子细化则是增大-减小的反复过程，在球磨过程中Si作为硬度高的脆性粒子难于完全实现合金化，而Sn，Cu合金化速度较快。     

球磨电瓷废料制备透水砖粉体原料

研究了球磨工艺对电瓷废料球磨效率的影响,并以电瓷废料球磨粉体为原料制备了透水砖。结果表明：电瓷废料粉体的粒度随球磨时间的延长而逐渐减小,随着球磨转速的增加呈现先减小后增大的趋势,表明球磨效率先提高后降低。由于电瓷废料硬度高,随着大球磨球比例的增加,粉体粒度减小;当中球比例降低后,球磨粉体粒度又随大球比例的增加而增大。当装料量小于35%时,电瓷废料粉体的粒度逐渐上升,球磨效率逐渐降低;当装料量大于35%后,电瓷废料粉体的粒度上升速度加快,球磨效率迅速降低。通过优化电瓷废料球磨工艺并综合考虑透水砖性能,确定球磨时间为20 h、球磨转速为140 r·min^-1、瓷球大、中、小级配比为5:3:2、装料量为35%较为合适,球磨后电瓷废料粉体的中位径为4.1μm,筛余量为15%。以电瓷废料球磨粉体为主要原料制备透水砖,获得了抗压强度6.1 MPa、透水系数0.028 cm·s^-1的透水砖。     

新型熔剂的开发及其处理渣在铝电解生产中的应用

对几种不含Ca、K元素的新型熔剂在铝合金熔炼过程中的应用效果进行了实验室试验和工业试验,并与含Ca、K元素的传统熔剂做了对比。结果表明,新型熔剂熔体表观净化效果好,渣与熔体液面分离清晰,成品试样夹渣、晶粒度及针孔与传统熔剂有同样好的效果。处理后的铝渣Ca、K含量明显降低,回收铝后的铝灰可返回电解生产应用,提高了铝的回收率,但影响原铝品位0.025%,导致电解质中氟化钙、氟化镁的富集,给生产技术条件的保持带来了挑战。     

球磨条件对机械合金化粉末粒度的影响

试验测定了机械合金化过程中能量消耗及粉末粒度、形态与工艺条件的关系。结果表明,在球磨初期,球磨转速越高,粉末粒径越大。在球磨后期,粉末粒度随输入比能量的增加而减小。     

焦硫酸钾碱熔在EDTA滴定法测定铝灰渣中铝中的应用

近年来随着铝资源的逐渐紧缺,加紧对铝灰渣中铝资源的回收利用变得日益重要,所以准确测定铝灰渣中铝含量十分重要。由于铝灰渣中铝的存在形态多样而导致样品难以熔解,而且铝灰渣中氟含量高,目前已报道的采用氢氧化钾和氢氧化钠熔解样品后使用EDTA滴定法测定铝时,结果容易偏低。将铝灰渣样品置于铂坩埚中,加入8 g焦硫酸钾试剂,于725 ℃±25 ℃的马弗炉中保温熔融20~25 min至样品熔融完全。由于焦硫酸钾高温熔融样品时冒硫酸烟,从而可以完全驱除样品中F^—。再将样品溶解后加入EDTA,用锌标准滴定溶液滴定过量的EDTA,然后用F^—置换出与铝络合的EDTA,再用锌标准滴定溶液滴定置换出的EDTA,从而得出铝含量。按照实验方法测定两个铝灰渣样品中铝,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=9)分别是0.16%和0.34%,加标回收率为98.7%~101%。实验有效解决了铝灰渣样品难以熔解和高含量氟的干扰使得EDTA滴定法测定铝含量时测定结果偏低的问题,适用于成分复杂且铝和氟含量均高的铝灰渣中铝含量测定。