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煤矸石、粉煤灰是我国产生量最大的工业固体废弃物之一,大量堆存带来了严重的环境污染。其利用方式主要以建工、建材为主,方式单一,利用水平低,提取氧化铝作为其高值化利用的重要方式之一,对提高其利用率和利用水平有重要的意义。酸溶法提取氧化铝是常用的方法,但由于煤矸石和粉煤灰化学组成稳定,未经活化很难得到高的氧化铝提取率。碳酸钠烧结活化可达到高的氧化铝提取率,而且可同步将其中的 SiO2转化为高值化硅产品,实现铝、硅的同步高值利用,但由于碳酸钠耗量大、成本高,限制了其工业化应用。 本论文重点探讨碳酸钠烧结对煤矸石、粉煤灰活化提取氧化铝的影响,借助XRD、IR等表征手段,揭示碳酸钠烧结活化机理,探索能够减少碳酸钠耗方法,在此基础上制备符合要求的氧化铝产品。主要研究内容及结果如下: (1)探讨了煤矸石、粉煤灰在碳酸钠烧结作用下的活化行为及机理。结果表明:当烧结温度在800℃~900℃,碳酸钠与煤矸石/粉煤灰质量比为0.8~1时,煤矸石/粉煤灰中氧化铝的溶出率达到90%以上。其作用机理为:碳酸钠与煤矸石、粉煤灰中的 Al2O3和 SiO2作用生成了易溶于酸的霞石,使氧化铝溶出,并将其中的SiO2转化为反应活性高的非晶态物质。 (2)由于碳酸钠烧结助剂消耗量大,本论文探讨了减少助剂添加量的几种方法。结果表明:氯化钠和硫酸钠对煤矸石、粉煤灰的活化效果较差,因而难以作为可循环型钠助剂;预脱硅方法处理粉煤灰可降低助剂碳酸钠耗量的30%左右;赤泥作为可替代型含钠废弃物显示出良好的效果,其高的Al/Si摩尔比(大于1),可用来调配煤矸石(粉煤灰)的低铝硅比,含有的大量Na2O,可用于补充原料Na2CO3的消耗,使Na2CO3的消耗量降低~80%。 (3)利用盐酸酸浸液制备的氧化铝产品夹带的二氧化硅量稍偏多,难以达到国标二级标准。需要进一步优化过程工艺。