高铝煤矸石铝硅分级提取实验研究

分级研究了热活化条件下高铝煤矸石在盐酸和氢氧化钠溶液中的铝硅溶出行为。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和比表面积测定仪（BET）对煤矸石试样做了表征分析。通过正交实验分析了反应温度、反应时间、初始酸碱浓度和固液比对热活化处理后高铝煤矸石中Al2O3和酸浸渣SiO2溶出率的影响。结果表明：酸浸溶出Al2O3反应过程中,固液质量比和酸浸时间对溶出率的影响最为显著,酸浸过程的最优工艺条件：初始盐酸质量分数为20%、酸浸温度为90 ℃、酸浸时间为2.5 h、固液质量比为1∶6,在此条件下,Al2O3的浸取率达82.95%;强碱溶解酸浸渣溶出SiO2反应过程最优工艺条件：碱溶温度为95 ℃、碱溶时间为2.0 h、NaOH质量分数为20%、固液质量比为1∶10,在此条件下SiO2溶出率为69.74%,碱溶温度和碱液浓度对溶出率的影响最为显著。     

磷矿粉酸解特性探索

用w(P2O5)=40%的湿法磷酸、w(HNO3)=40%的硝酸和w(HCl)=20%的盐酸对粒度为100μm左右的某高钙镁质磷矿粉进行浸取试验,采用不同液固比或酸过量系数、酸浸时间等条件研究了磷矿粉酸解特性。得到3种酸的磷矿粉酸解率均达到90%以上,其中采用硝酸的酸解率最高。因此可针对当地的资源情况采用不同的无机酸来处理磷矿石,以获得较优的结果。     

脉石英常压浸出除铁试验研究

利用化学浸出法对脉石英矿石进行提纯试验。分别研究了HCl、H2C2O4和HF的浸出浓度、浸出时间和浸出温度等对脉石英中杂质元素Fe去除效果的影响。提纯石英化学组分利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)表征。结果表明,HCl浸出效果明显优于HNO3和H2SO4。适宜的除Fe工艺条件为:n(HCl)=3mol/L,n(H2CO4)=0.6mol/L、n(HF)=0.2mol/L,浸出温度为60℃,浸出时间为5h。验证试验可知,在设定工艺条件下,Fe去除率稳定在94%以上,脉石英精矿中Fe质量分数为4μg/g。     

锌湿法冶炼硫渣中硫磺化学富集工艺

对锌精矿富氧直浸产生的硫渣中硫磺进行化学富集. 基于硫渣物理化学性质分析,得出影响硫磺品位的主要杂质是SiO2和FeS2,并进一步提出了HF溶液脱除SiO2, Fe2(SO4)3酸性溶液分解FeS2以提高硫磺品位的技术思路,研究了相应的技术条件. SiO2脱除的较佳条件为：HF溶液浓度20%(w)、温度55℃、时间3 h、液固比4 mL/g;FeS2分解的较佳条件为：Fe3+离子浓度1.5 mol/L、H2SO4浓度1.5 mol/L、Fe2(SO4)3用量为理论量2倍、温度98℃、时间5 h. 硫渣经两步处理后,硫磺含量可从70%提高至86.2%. 该工艺具有一定的工业应用价值.     

煤矸石中和渣酸浸物的溶出

采用浸提法提取煤矸石中和渣酸浸物中的有价元素,考察了溶出温度、溶出时间和溶出液固质量比对酸浸物溶出过程的影响;以单因素实验为基础,进行正交实验,优化溶出工艺条件,用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征煤矸石中和渣酸浸物、酸化产物及滤渣的物相和微观形貌。结果表明,酸浸物溶出最优工艺条件为液固质量比3:1、溶出时间40 min、溶出温度80℃,此时有价元素氧化物的溶出率分别为TiO2 82.63%, Fe2O3 96.48%, Al2O3 98.33%, CaO 87.72%, MgO 95.31%。提取后滤渣中只有SiO2和少量TiO2及CaSO4存在,表明煤矸石中和渣酸浸物中的有价元素通过该溶出工艺可充分溶出。     

经酸浸活化的高硅粉煤灰渣湿法制水玻璃工艺研究

通过试验确定以酸浸淮南粉煤灰渣为原料生产水玻璃的最佳工艺条件。以水玻璃模数和灰渣中SiO2的溶出率为指标,NaOH溶液的质量分数、液固比、碱浸时间、碱浸温度为影响因素进行正交试验,对结果进行了极差分析和方差分析,分析结果一致。最佳方案为NaOH的质量分数为15%、液固比3:1、反应时间3 h、反应温度60℃。经验证,最优方案的水玻璃模数为3.5,SiO2溶出率为98.03%,为最佳试验结果。     

从含锌废催化剂制备纳米氧化锌的工艺研究与生产实践

研究了以含锌废催化剂为原料,经酸浸、除杂、锌粉置换、合成等工艺制得碱式碳酸锌,再经过滤、洗涤、干燥、煅烧制备纳米氧化锌。考察了酸浸工艺硫酸溶液质量分数和液固比(硫酸与含锌废催化剂的质量比)对锌浸出率的影响,以及煅烧温度对纳米氧化锌质量的影响。实验结果表明,含锌废催化剂酸浸工艺的最佳实验条件为:硫酸质量分数30%,液固比5,在此工艺条件下,锌浸出率为92%。纳米氧化锌的最佳煅烧温度为400℃,在此条件下,氧化锌质量分数大于95%,比表面积大于50 m2/g。纳米氧化锌颗粒大小均匀,平均粒径小于50 nm,应用该工艺建成了一套3000 t/a的生产装置。     

氯化钙对α-Al_2O_3微粉浆体和SiO_2微粉浆体ζ电位和黏度的影响

以α-Al2O3微粉、SiO2微粉A(w(SiO2)=95.21%,w(ZrO2)=3.31%)和SiO2微粉B(w(SiO2)=97.50%)为原料,先分别配制成w(α-Al2O3微粉)=30%、w(SiO2微粉A)=20%、W(SiO2微粉B)=20%的浆体,测定氯化钙加入量(相对于微粉的质量分数)分别为0.01%、0.02%、0.05%对各浆体ζ电位的影响;然后再分别配制成w(α-Al2O3微粉)=65%、w(SiO2微粉A)=50%、w(SiO2微粉B)=40%的浆体,测定氯化钙加入量(相对于微粉的质量分数)分别为0、0.01%、0.02%、0.05%对各浆体黏度的影响.结果表明:1)加入氯化钙溶液之后,α-Al2O3微粉浆体的ζ电位绝对值立即大幅度减小,且减小幅度随着氯化钙加入量的增加而增大;但黏度明显升高,且升高幅度随氯化钙加入量的增加而显著增大.2)加入氯化钙溶液之后,两种SiO2微粉浆体的j=电位绝对值均立即小幅(<5 mV)减小,且减小幅度随氯化钙加入量的增加变化不大;而其黏度变化均很小,并且随氯化钙加入量的增加变化不大.     

SO~(2-)_4 改性交联蒙脱土固体酸催化合成水杨酸正丁酯

制备了SO2-4改性硅锆双组分交联蒙脱土固体酸催化剂(SO2-4/SiZrM),用于水杨酸(C7H6O3)和正丁醇(C4H10O)的酯化反应,与传统酯化反应催化剂浓硫酸、磷钨酸、硫酸铁铵以及其他单组分交联剂交联的蒙脱土做酯化反应的催化剂相比,SO2-4/SiZrM有更好的催化活性。考察了带水剂的选择、酸醇量比〔n(C7H6O3)∶n(C4H10O)〕、催化剂用量〔w(SO2-4/SiZrM)〕、反应时间(t)、反应温度(θ)对催化合成水杨酸正丁酯(C11H14O3)的影响,并对合成的产物进行了折光率、红外光谱分析。酯化反应的最佳条件为:C4H10O为带水剂、n(C7H6O3)∶n(C4H10O)=1∶1 65、催化剂占酸投料质量的百分比为w(SO2-4/SiZrM)=6 5%、t=6h、θ=120～135℃,水杨酸的转化率可达88 22%,产物中w(C11H14O3)>99 9%。     

湿法提纯制备太阳能级硅过程的研究

采用盐酸和氢氟酸两步法湿法提纯制备太阳能级多晶硅,当工艺条件为w(HCl)=8%,w(HF)=6%,可使铁中杂质质量分数降到26×10-6,去除率达到99.1%;铝中杂质质量分数降低到60×10-6,去除率为82.3%。分析和讨论了酸浸过程中硅晶体的形貌和结构的变化。FESEM图像表明杂质在硅的表面呈现集中链状分布,晶粒沿着高应力和缺陷区直线式分裂;XRD数据显示,在反应过程中,杂质的析出对硅晶格结构的影响有限,晶格因温度增加、应力不平衡等因素反而呈现膨胀的趋势。研究和分析湿法冶金中硅晶体结构和形貌的变化,对于了解酸浸过程反应机理,提高湿法提纯的除杂效率,优化太阳能级硅生产工艺具有重要意义。     

常压碱溶法提取软锰矿酸浸渣中的硅

软锰矿经还原焙烧酸浸提取锰后,渣中二氧化硅质量分数超过60%,而且其他杂质较少,是较好的含硅原料。采用在常压下用氢氧化钠溶液浸出软锰矿酸浸渣中硅的工艺,通过正交实验和单因素实验,考察了反应温度、反应时间、氢氧化钠浓度和液固比等因素对硅浸出率的影响,并对浸出机理进行了探讨。结果表明：影响硅浸出率的主要因素依次为反应温度、液固比、反应时间和氢氧化钠浓度。当反应温度为120 ℃、液固比（溶液体积与软锰矿酸浸渣质量比,mL/g）为2∶1、反应时间为5.5 h、氢氧化钠浓度为20 mol/L时,硅的浸出率达到70.9%。     

油页岩渣合成β沸石分子筛的研究

对油页岩渣进行一次热活化,再进行热活化与化学活化结合的二次活化,以活化后溶出的硅酸钠为硅源合成β沸石,探讨了一次活化和二次活化的处理工艺。实验表明,一次活化中,油页岩渣中的有机物通过煅烧被氧化除去,加入c（盐酸）=4mol/L时除铁效果最佳,铁的溶出率达到80.2%;二次活化中,一次活化后的油页岩渣与固体NaOH混合煅烧后生成了溶于水的Na2SiO3,碱的加入量为油页岩渣的2倍时,Na2SiO3的回收率达到最大,为82.3%,以溶出的Na2SiO3为硅源合成β沸石,产品无杂晶,结晶度为82%,产率为69.4%。     

基于煤矸石高效制备PAFSS工艺优化及物性探究

以固体废弃物煤矸石为原料,工业硫酸对其进行有价铁铝浸出,通过对浸出有价铁铝硫酸盐进行氧化、水解、聚合后形成聚合硫酸铝铁(PAFS),浸出后的酸浸渣制备活性硅酸钠,两者进行复合共聚进而制备出新型高分子无机絮凝剂-聚硅酸硫酸铝铁(PAFSS).研究考察了在PAFSS在制备过程中共聚时间、共聚温度、VPAFS/VNa2SiO3(体积比)、以及WNa2SiO3(质量浓度)对PAFSS絮凝性能的影响,在单因素实验基础上通过正交实验优化PAFSS制备工艺条件,研究发现:PAFSS制备最佳工艺条件为共聚时间15 min、共聚温度30 ℃、VPAFS/VNa2SiO3=4:1、以及WNa2SiO3=20％,此时去浊率达到99.1％.通过红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对PAFSS的物相结构和微观形貌进行表征,物相结构分析表明PAFSS是硅、铝、铁等共聚形成的无定形多核羟基共聚物,微观形貌呈球状结构,比表面积较大.     

黄磷炉渣酸浸过程铁钙分离特性的研究

采用硝酸浸出黄磷炉渣可制取白炭黑产品,浸出过程中杂质成分氧化钙和铁的浸出分离效果明显影响产品质量。研究了浸出过程中浸出条件对铁、钙分离的影响。实验得到最佳浸出条件:反应温度为100℃、液固质量比为14∶1、硝酸质量分数为20%、反应时间为6 h、搅拌速度为350 r/min。在此最佳工艺条件下,氧化钙浸出率为99.94%,铁浸出率为92.71%,固相白炭黑中的铁含量为450 mg/kg;制得的固相白炭黑二氧化硅质量分数达99.20%,比表面积达252 cm2/g,白度为88.51%。     

自然冷却含钛高炉渣中钛的提取与分离

对自然冷却含钛高炉渣中钛的提取与分离进行了研究,提出了钛的两段富集路线,即先用盐酸浸出含钛高炉渣,初步分离钛、硅与其他可溶性杂质;所得酸浸渣再作高温热处理结晶分离硅与钛. 研究结果表明,盐酸浸出可获得含TiO2约33%, SiO2约36%的一次浸渣,TiO2主要来自钛液水解生成的偏钛酸(H2TiO3)与原渣中未反应的钙钛矿(CaTiO3). 热处理过程中偏钛酸中的TiO2被还原为Ti3O5并从熔体中结晶析出,Ti3O5含量约85%,平均粒径为20 mm. 添加少量锐钛型TiO2可使Ti3O5的晶体尺寸增大,平均粒径达36 mm,因此可以通过重选的方法分离Ti3O5相与富含硅物相. 计算出钛的理论收率约为39%.     

低液固比体系高岭土微球原位合成Y沸石

以高岭土微球为全部硅铝原料,经焙烧、碱抽提、水热处理等工艺,直接原位晶化合成了Y分子筛。扫描电镜分析表明：在高岭土微球上均匀生成了晶型完整、粒度为1 μm左右的Y分子筛。结合X射线测试方法详细研究了体系硅铝比、碱度、碱抽提时间、导向剂构成及添加时间对Y分子筛合成的影响。研究表明：该水热反应体系的最佳配比为n(SiO2)/n(Al2O3)=10.0。反应适宜的碱度条件为：n(Na2O)/n(SiO2)=0.56,n(H2O)/n(Na2O)= 35,碱度过高或过低都易有P杂晶生成。碱抽提过程对合成Y分子筛十分关键,最佳的抽提时间控制在12 h。导向剂构成为透明高清状,加入时间控制在碱抽提结束时最优,此时合成的Y分子筛品质最好。     

高稳定性碱性硫脲体系对不同类型金矿的适应性

为考察碱性硫脲体系对不同类型金矿浸出的适应性,选用理化性质不同的6种含金物料,分析了其化学组成及矿物物相,并对其浸出行为进行了研究. 结果表明,稳定剂Na2SO3和Na2SiO3大大降低了碱性硫脲的分解率,随稳定剂浓度的增大,硫脲分解率逐渐降低;而且Na2SiO3对碱性硫脲的稳定效果明显优于Na2SO3,当Na2SiO3浓度为0.3 mol/L时,硫脲的分解率由72.5%降至33.8%. 铁氰化钾为适合碱性硫脲浸金的温和氧化剂. 碱性硫脲体系中金矿物浸出前后物相基本无变化. 所选择的金矿物中均含有大量耗碱物质,使溶液的pH值由12.5很快降至中性,但稳定剂Na2SiO3能维持体系的pH值在12左右,有利于浸出过程的进行. 碱性硫脲体系中伴生金属浸出率小于0.1%,浸金具有显著的选择性. 碱性硫脲体系适合浸出经预处理的物相主要为SiO2的氧化矿,浸金率高达82.68%,为碱性硫脲成功应用于黄金工业生产提供了一定的理论依据.     

常压下高浓度NaOH浸取铝土矿预脱硅

探讨了常压下高浓度NaOH浸取铝土矿的预脱硅过程中初始NaOH浓度、反应温度、浸出时间和碱矿比等因素对氧化铝、氧化硅浸出率及剩余固相中铝硅比的影响,并得出动力学方程. 结果表明,在50% NaOH溶液、碱矿比2.5及135℃浸出时,反应时间5~20 min内,可使铝土矿铝硅比由7.6提高到12以上,从而满足拜尔法生产氧化铝对铝土矿的品位要求. 用此方法处理铝土矿预脱硅,可以免去物理选矿环节,与其他化学选矿方法相比,具有节能降耗的优点,同时提高铝土矿品位,为中低品位铝土矿的开发利用开辟了一条新途径.     

准东煤灰提取氧化铝和白炭黑技术研究

为实现准东煤灰的绿色化综合利用,笔者研究设计了从准东煤灰中制取氧化铝和白炭黑的工艺流程,确定了最佳工艺条件,并通过SPSS双变量分析比较不同影响因素对提取率影响程度。试验采用准东煤--将军庙原煤,破碎并用马弗炉模拟煤粉炉静态燃烧方式制取灰样。准东煤灰的成分分析和元素分析表明:SiO2占48.84%,Al2O3占31.26%。参照标准制备灰样,对灰样进行SEM分析,发现粘黏性严重,因此试验前先进行机械研磨。采用煤灰与硫酸铵焙烧法制备氧化铝,工艺分为焙烧过程和酸浸过程。因滤液中含有大量杂质铁、钙等元素,采用pH调节法除杂并对除杂效果进行检验,检验结果为除杂率接近100%。从提铝渣中制备白炭黑分为碱浸过程和多次碳分过程。在提铝工艺焙烧过程中,通过提铝率变化曲线及节能角度确定了各因素的最佳试验条件为:焙烧温度600℃,焙烧时间60 min,焙烧配料比1∶6;在提铝工艺酸浸过程中,得到最佳试验条件为:酸浸温度60℃、酸浸时间20 min、H2SO4浓度0.2 mol/L、酸浸液固比50。从提铝渣制备白炭黑研究中,通过SEM观察到提铝渣疏松多孔,有利于进一步的提硅试验。通过XRD对提铝渣分析,得出提铝渣中含有大量硅、钙元素;用K值法(RIR法)求得提铝渣中Si含量及经提铝后的Si损失率为7.64%。得出碱浸过程最佳试验条件为:碱浸温度60℃、碱浸时间30 min、碱浸NaOH浓度3 mol/L、碱浸液固比70,此时Si提取率为99%。采用多次碳分法进行提硅能够满足不同硅含量纯度要求,得到最佳碱浸工艺条件为碳分pH=9.5、CO2通气速率24 m L/min、碳分NaOH浓度0.2 mol/L、碳分液固比80。通过双变量相关性分析,得到各因素对提铝率、SiO2提取率及H2SiO3沉淀率影响程度大小分别为:焙烧温度>焙烧时间>焙烧配料比,酸浸时间>酸浸温度>H2SO4浓度>酸浸液固比,碱浸液固比>碱浸温度>NaOH浓度>碱浸时间,碳分pH>碳分液固比>碳分NaOH浓度>CO2通气速率。通过经济性及可行性分析,说明提出的工艺能有效实现准东煤灰的绿色化综合利用。从提铝后的滤液中重新提取(NH4)2SO4,实现生产原料的再利用;碳分过程后的Na2CO3溶液可通过加入石灰苛化的方式实现NaOH可循环利用于提取工艺生产;本工艺除生产氧化铝和白炭黑外,还能获得Na2SO4等附加产品。