高铝粉煤灰制备莫来石技术介绍 高铝粉煤灰矿相分布及元素组成

高铝粉煤灰资源介绍

高铝煤炭是我国内蒙古中部、山西北部、宁夏东部地区特殊的煤炭资源，经燃煤发电转化成高铝粉煤灰，年排放量可达3000万t以上，但综合利用率仅为20%左右，未利用的粉煤灰占用大量土地并造成了严重的环境污染和生态危害。同时因其特殊古地理位置使得煤中大量伴生勃姆石和高岭石等富铝矿物，使高铝粉煤灰中氧化铝、氧化硅含量均高达40%以上，是一种非常宝贵的二次资源。十二五期间，国家相关部委分别制定了指导性文件推进高铝粉煤灰的资源化利用。目前，高铝粉煤灰(HAFA)利用的途径主要包括建材化利用、氧化铝提取和铝硅系耐火材料(莫来石)制备等方面，而高铝粉煤灰制备莫来石耐火材料是高铝粉煤灰高值化利用的新方向。

高铝粉煤灰制备莫来石关键在于原料铝硅比的提高，目前主要是通过掺入铝源或脱硅处理实现原料铝硅比的大幅提高。一方面，通过添加工业氧化铝、高品位铝土矿等富铝矿物提高原料铝硅比已展开广泛研究， 其中Dong等采用氢氧化铝同粉煤灰配料，于1000~1500C下合成出氧化铝含量0~41.2%的系列莫来石产品。结果表明加入氢氧化铝有利于增加产品孔结构，进一步抑制其烧结收缩性; Jung等将粉煤灰经600℃预烧2h除碳，按莫来石中氧化铝和氧化硅分子配比掺入工业氧化铝，进一步配乙醇球磨24h. 最后经1400~1600℃焙烧2h得到氧化铝含量>70%的莫来石产品;孙俊民等的采用粉煤灰同工业氧化铝经不同比例配料、湿法球磨、加压成型及高温烧结后分别得到M50、M60和M70三种莫来石产品，其性能均达到国家一类标准。但上述思路铝土矿/氧化铝添加量大、杂质调控效果有限、产品性能不稳定，难以应用于实际生产过程中。另一方面，针对高铝粉煤灰富含玻璃相二氧化硅矿相特点，通过稀碱脱除非晶态二氧化硅是实现铝硅比大幅提高已成为该领域的研究热点，其中Wang等人将高铝粉煤灰在95℃稀碱体系下反应2h，可实现部分非晶态二氧化硅的高效剥离，脱硅率可达40%; Zhu等人进一步改进工艺，通过低温稀碱火化方式，将高铝粉煤灰中部分非晶态二氧化硅和氧化铝浸出，继续进行高温脱硅可实现非晶相二氧化硅的深度剥离，铝硅比可提高至2.55，同时避免该过程生成沸石。但是，上述脱硅过程仍存在杂质含高、脱硅效率低、过程复杂等问题。因此，如何实现高铝粉煤灰中非晶相二氧化硅的深度剥离，同时有效去除铁、钙等杂质将是制备高牌号莫来石的关键。

高铝粉煤灰性质

1、高铝粉煤灰矿相分布及元素组成

实验所用高铝粉煤灰为来自内蒙古某电厂，其元素组成及主要矿相结构如表1和图1所示，高铝粉煤中主要元素为铝和硅元素，此外还有少量的钙、铁、钛等元素及微量的稀散金属锂、镓等。由XRD谱图可高铝粉煤灰的主要晶体矿相为莫来石、刚玉及少量石英，非晶相主要为无定形二 氧化硅。通过粉煤灰剖面的描电镜观察发现粉煤灰中的莫来石、刚玉等矿相被非晶态二氧化硅包裹。

2、高铝粉煤灰元素赋存状态

在煤粉炉燃烧与排放过程中，由于存在高温急冷过程，高铝粉煤灰颗粒形貌呈现球形与非球形细杂弥散分布状态。可以看出，高铝粉煤灰中的铝硅元素分布区域相互重合，说明亮点处主要是铝硅酸盐。而根据其矿相分析，高铝粉煤灰中的铝硅矿相主要有莫来石相、玻璃相(主要为非晶态二氧化硅和玻璃相铝硅酸盐)、刚玉相等，因此可以推断晶相与非晶相之间相互嵌粘包裹，并且可以看出其中主要的钙、铁、钛杂质也被该复杂矿相包裹，从而导致杂质脱除较为困难。

粉煤灰行业，埃尔派产业化技术及研究方向

技术方向：

• 高效选择性破碎
• 低成本超细研磨与超细分级
• 多固废复配协同胶凝
• 功能改性
• 无机胶凝包裹
• 机械造孔-静压成型
• 压力可控发泡
• 钢渣制彩砂、真石漆、腻子粉、改性矿粉等
• 多固废协同胶凝生产高性能复合矿物外加剂
• 粉煤灰分选、研磨、改性
• 粉煤灰替代硅灰、超细石灰石粉、超细硅粉等减水剂和矿物外加剂
• 粉煤灰替代炭黑、白炭黑、碳酸钙、石英粉等无机填料
• 各种工业固废制备石塑和无机石系列产品

研究方向：

• 钢渣的梯级利用-从超细掺合料到辅助胶凝材料及其制品
• 粉煤灰的梯级利用-从掺合料到无机填料
• 煤矸石、尾矿、赤泥等的高值化利用-石塑系列及无机石等
• 高温渣显热回收及尾渣超微粉制备
• 冶金渣、尾矿、贫位矿富集与分离提取有价组分
• 各种大宗固废粉体及其制品的精细制备

本文部分内容来源于《工业固废处理与利用技术研究及应用新进展》中国建材工业出版社出版，吴小缓主编

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