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粉煤灰是煤粉燃烧过程中烟气处理所得副产品,其排放量巨大,已经成为我国最大的工业固体废弃物之一。我国大部分粉煤灰由于Al2O3含量较高,活性低,难以成功应用于建材领域而实现大幅减量化和资源化,但是较高的Al2O3含量使粉煤灰成为一种潜在的铝资源。
本研究基于课题组已经开发的低温活化粉煤灰技术,以活化粉煤灰为原料,研究了盐酸浸取温度、盐酸浸取时间、盐酸浓度和液固比对活化粉煤灰中Ca2+,Al3+,Fe3+离子浸出率的影响,确定了液固比为3,盐酸浓度为20wt.%,浸取温度98℃,酸浸时间为15min的浸取工艺,使Al3+离子最终浸出率可以达到75%;在此基础上,分析了活化粉煤灰的盐酸浸取机理,发现反应2min时活化粉煤灰样品中Ca2+和Al3+浸出主要由第一阶段反应和扩散阶段控制,随着时间继续,缩核反应加剧,内层的第一阶段反应与外层的第二阶段反应同时进行,至5min时,缩核反应基本结束,反应开始主要由第二阶段反应控制。
为了提高盐酸浸取液中HCl的利用率,本研究探索了浸取液循环利用的方法,实验结果发现浸取液中剩余盐酸的循环利用不会降低活化粉煤灰中Al3+的浸出率,浸取液中AlCl3的水解有利于粉煤灰中Al3+的浸出,AlCl3的水解主要以一级水解为主,浸取液循环5次后,AlCl3水解基本结束,粉煤灰中Al3+不再继续浸出。
在活化粉煤灰盐酸浸取和浸取液循环利用的基础上,本研究初步探索了利用浸取液制备复合絮凝剂的技术,研究发现实验室合成的复合絮凝剂中聚合形态的量随着碱基度B的增加而增加,B=2.5条件下制备的复合絮凝剂M4对浊度、COD、TOC以及UV254的去除率最佳,静置20min时各指标相应的去除率分别为97.34%、15.93%、14.12%、47.34%,效果优于工厂现用的絮凝剂86.48%、4.53%、4.24%、36.93%的去除率。