粉煤灰中鎵和氧化鋁綜合回收工藝研究.pdf

1、粉煤灰是燃煤電廠排放的工業(yè)廢渣，我國(guó)電力工業(yè)的高速發(fā)展直接導(dǎo)致粉煤灰的排放量日益增長(zhǎng)。這些固體廢棄物不僅數(shù)量巨大，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重危害。粉煤灰的綜合利用，已越來越受到世界各國(guó)的重視。目前，粉煤灰已廣泛應(yīng)用在建材、建工、筑路、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，但在有用元素回收方面，仍處于研究階段。鎵(Ga)作為當(dāng)今高新技術(shù)的支撐材料，需求量不斷增長(zhǎng)，而粉煤灰中的含鎵量為12～230μg·g－1，極具有回收價(jià)值，但尚未有適當(dāng)?shù)幕厥辗椒?。傳統(tǒng)的溶劑萃取分離

2、回收方法存在鎵回收率低、萃取劑耗量大、工藝復(fù)雜等不足，難以用于粉煤灰的鎵回收。因此尋求高效、低能耗、低成本的環(huán)境友好的鎵分離方法具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。此外，粉煤灰中氧化鋁含量普遍大于30％，若以粉煤灰作為生產(chǎn)氧化鋁的原料，不僅能夠高效利用廢棄物資源，減少對(duì)鋁土礦資源的消耗，而且能緩解我國(guó)對(duì)氧化鋁產(chǎn)品的需求。本文主要對(duì)粉煤灰中鎵和氧化鋁的分析及分離提取方法進(jìn)行了研究。
　　 本研究基于鹽酸溶液中鎵可以穩(wěn)定配陰離子CaCl4－存在

3、，同條件下聚氨酯泡沫塑料含-NH-基團(tuán)可加質(zhì)子形成-NH2+-，兩者可發(fā)生離子交換締合作用。故以聚氨酯泡沫塑料為吸附劑，對(duì)粉煤灰中鎵的吸附分離方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)首先確定了羅丹明B萃取光度法對(duì)鎵含量進(jìn)行定量測(cè)定，通過對(duì)粉煤灰預(yù)處理過程，聚氨酯泡塑的吸附和解析過程的各種影響因素的單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，最終得到了粉煤灰中鎵提取工藝的最優(yōu)工藝參數(shù)，即：在粉煤灰與無水Na2CO3和Na2O2的質(zhì)量比為5：5：2、溫度為700℃、時(shí)間為10min

4、條件下對(duì)灰樣進(jìn)行堿熔；經(jīng)濃度為6molL-1鹽酸酸浸出；在濃度為6mol·L－1的鹽酸介質(zhì)中，使用定量泡塑于室溫下振蕩2h進(jìn)行吸附，吸附率可達(dá)98％以上；最后在NH4Cl溶液的濃度為0.5mol·L-1、恒溫振蕩45min后，可基本洗脫完全。并且在此工藝過程中干擾離子的影響較小，經(jīng)兩次泡塑吸附過程后，粉煤灰中鎵能完全被吸附，而每次吸附后的泡塑須至少經(jīng)三次洗脫能將鎵定量洗脫完全；泡塑經(jīng)清洗后可多次使用。通過實(shí)驗(yàn)最終獲得了一種新的具有顯著效

5、果的粉煤灰中回收鎵的工藝方法。
　　 本文在對(duì)已有粉煤灰中氧化鋁提取方法的分析探討的基礎(chǔ)上，提出酸浸法提取粉煤灰中氧化鋁的工藝。實(shí)驗(yàn)首先確立氟鹽取代—EDTA容量法對(duì)氧化鋁進(jìn)行定量分析測(cè)定。通過對(duì)添加NaF的粉煤灰預(yù)處理過程及酸浸出過程的單因素和正交實(shí)驗(yàn)，最終得到了粉煤灰中氧化鋁的提取工藝的最優(yōu)工藝參數(shù)，即：在焙燒溫度為800℃，焙燒時(shí)間為1h，灰樣和NaF的質(zhì)量比為10:2條件下對(duì)灰樣進(jìn)行焙燒預(yù)處理；然后，在溫度為100℃，鹽

6、酸濃度為6mol·L-1，液固比為4：1條件下攪拌1h進(jìn)行鋁的酸浸出。在此條件下，氧化鋁的浸出率可達(dá)65％以上。實(shí)驗(yàn)獲得了顯著可行的酸浸法提取粉煤灰中氧化鋁的工藝。
　　 本文對(duì)聚氨酯泡沫塑料在酸性條件下的對(duì)鎵的吸附反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了初步探討，結(jié)果表明該反應(yīng)符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，可通過Langmuir-Hinshelwood模型來描述，吸附反應(yīng)的平均活化能為54.78kJ·mol-1。
　　 最后在綜合分析實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，