微波场中酸解煤矸石制取氧化铝的研究1.doc

微波场中煤矸石酸解制备氧化铝的研究 冯 臻 (江苏食品学院生物化工系,江苏淮安 223003) 摘要：微波法用煤矸石酸浸制取氧化铝，探索了硫酸浓度、原料粒度、酸浸时间对氧化铝浸出率的影响。结果表明，在液固比4：1条件下，硫酸浓度为4 mol/L，煤矸石的粒度为160um，浸取时间为25min，氧化铝的浸出率可达94％以上。比传统方法大大地节省时间和硫酸用量。样品进一步制成活性氧化铝，有较好的应用价值。 关键词：氧化铝；微波；煤矸石 中图分类号：TF802.32 文献标识码：A 煤矸石是储存在煤层之中或煤层顶底板的一种混合型粘土矿产，在开采煤层的同时将其开采出来，储量较为丰富，现在一些煤矿将其堆成矸石山，既占用土地又污染环境。若能充分利用起来，将是一批宝贵的财富。煤矸石主要矿物成分是高岭石、蒙脱石、埃洛石和三水铝石〔A1(OH)3〕、一水软铝石〔γ—AlO(OH)〕及一水硬铝石〔α—AlO(OH)〕［1，2］。我国大多数矿区的煤矸石具有氧化铝含量高、二氧化硅含量高、氧化铁及其它碱金属和碱土金属氧化物含量较低的特点，是提取氧化铝比较理想的原料。目前国内外生产氧化铝的方法有酸法、碱法和醇铝法。其中碱法又可分为拜耳法、烧结法和联合法［3，4］。我国氧化铝工业绝大多数采用烧结法和联合法，仅少数采用拜耳法。拜耳法生产氧化铝流程简单、能耗低，但要求铝土矿的铝硅比(Al／Si)值大于8，而煤矸石的铝硅比(Al／Si)值在5-7之间。烧结法和联合法可从中低品位的铝土矿中提取氧化铝，但其工艺流程长、生产能耗高、成本高、建设投资大，并且会产出大量的废渣不易利用。针对我国煤矸石的含铝特点，如何开发探索低能耗、低成本、低污染、铝资源利用率高的氧化铝生产新工艺，是我国煤炭工业以及氧化铝工业急需解决的技术问题。本文将探索在微波场中用无机酸处理煤矸石制备氧化铝的方法。用正交实验法研究了酸浓度、酸浸时间、煤矸石粒度对氧化铝浸出率的影响，初步确定了该法提取氧化铝的最佳工艺条件。 微波可激活溶液中的极性物质，如各种无机离子和具有永久偶极矩的有机分子等，促进化学反应快速进行［5，6，7］。当无机酸离子与反应物固体表面(如煤矸石)裸露的铝离子接触时，微波可以直接作用于这些活性点，迅速增强其活性，以利于反应物离子之间迅速发生反应，并使反应进行得很完全。 1 实验部分 1.1仪器及试剂 仪器：SYD-Ⅱ型间歇式微波炉，最大输出功率800 W；3K81C型真空干燥箱等。 试剂及原料：硫酸，氨水。均为工业级。煤矸石，取自江苏徐州庞庄矿区。其主要化学成分见表1。 表1 煤矸石主要化学成分/％ Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO MgO TiO2 Na2O K2O 63.2 24.8 3.71 2.10 1.32 3.60 0.41 0.34 作者简介：冯臻，男，1957年生，教授，从事化学、矿产化工及矿物在食品中的应用研究,e-mail:fsqxj@126.com 1．2 实验方法 1．2．1 样品制备 把煤矸石破碎至一定粒度，然后放于微波反应器中并加入一定浓度和体积的硫酸溶液，充分搅拌均匀，置入微波炉内在微波场中作用一定时间，所用功率为80%。取出自然冷却，然后真空过滤，滤饼用50 ~ 70℃左右的去离子水漂洗3 ~ 5次，溶出液即为硫酸铝溶液。将此溶液调至硫酸铝含量为6%，按计量快速加入15 ~ 20%的氨水，于室温下强烈搅拌反应50min，过滤，用去离子水洗涤，去除氢氧化铝表面吸附的杂质离子，滤饼在150℃下烘干即得氧化铝样品。 1．2．2 样品分析 用EDTA配位返滴定法测定溶液中硫酸铝的含量，以便在制备氧化铝时，调制硫酸铝浓度。并转换为煤矸石中A1203的浸出率。 由一系列初步实验可知，在微波场中用煤矸石酸解制备氧化铝的浸取率与硫酸浓度、浸取时间、浸取液固比、煤矸石粒度等因素均有不同程度的影响。但液固比对氧化铝浸取率影响不是很大，且由初步试验即可以确定为4：1。因此把浸取液固比作为固定因素，以硫酸浓度、浸取时间、煤矸石粒度作为可变因素，通过正交实验考察可变因素对煤矸石酸解制备氧化铝浸取率的影响，其水平因素见表2。 表2 正交实验水平因素表 A B C 水平 硫酸浓度/mol/L 煤矸石