基於碳酸鈉熔融鋁矽酸類廢棄物的反應機制及其套用

《基於碳酸鈉熔融鋁矽酸類廢棄物的反應機制及其套用》是依託山西大學，由郭彥霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於碳酸鈉熔融鋁矽酸類廢棄物的反應機制及其套用
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭彥霞
• 依託單位：山西大學

項目摘要

粉煤灰、煤矸石是我國產生量最大的工業固體廢棄物之一，內含豐富的氧化鋁，從其中提取氧化鋁作為其高值化利用的重要途徑之一，對緩解我國鋁資源的短缺有重要意義。碳酸鈉熔融活化-酸浸工藝用於處理粉煤灰、煤矸石可實現鋁、矽的同步高值利用，顯示出良好的套用前景。然而，由於對該過程基礎理論方面的認識不足，大大限制了對工藝的最佳化和該技術的工業化套用。本項目基於粉煤灰和煤矸石均為鋁矽酸類廢棄物的特點，提出可利用碳酸鈉熔融處理其它各種鋁矽酸類廢棄物的新思路，並以莫來石、高嶺石、長石等為模型礦物代替粉煤灰、煤矸石等複雜的鋁矽酸礦物，通過探討Na2O-Al2O3-SiO2熔融體系反應機制、碳酸鈉與不同鋁矽酸類礦物的作用機制以及不同含鈉物質與鋁矽酸礦物發生熔融反應的作用機制等關鍵科學問題，揭示鋁矽酸類礦物在含鈉助劑作用下發生熔融反應的普遍規律，為鈉助劑熔融處理鋁矽酸類廢棄物技術工藝的建立與最佳化提供理論指導。

結題摘要

粉煤灰、煤矸石是我國產生量最大的工業固體廢棄物之一，內含豐富的氧化鋁，從其中提取氧化鋁作為其高值化利用的重要途徑之一，對緩解我國鋁資源的短缺有重要意義。碳酸鈉熔融活化-酸浸工藝用於處理粉煤灰、煤矸石可實現鋁、矽的同步高值利用，顯示出良好的套用前景。然而，由於對該過程基礎理論方面的認識不足，大大限制了對工藝的最佳化和該技術的工業化套用。本項目針對Na2CO3熔融-酸浸處理鋁矽酸廢棄物工藝中存在的關鍵技術和科學問題，研究了粉煤灰、煤矸石等鋁矽酸類廢棄物在Na2CO3作用下的活化行為，探討了Na2CO3對不同鋁矽酸類礦物的分解及轉化機制，研究了Na2SO4、NaCl、Na2B4O7•10H2O等不同含鈉物質與粉煤灰、煤矸石等鋁矽酸類廢棄物發生熔融反應的作用機制，探究了Na2CO3對粉煤灰、煤矸石中模型礦物莫來石、高嶺石等的反應機制等，揭示了鋁矽酸類礦物在含鈉助劑作用下發生熔融反應的普遍規律。在此基礎上，針對Na2CO3熔融活化粉煤灰、煤矸石酸浸提取氧化鋁技術中Na2CO3耗量大的問題，進行了最佳化工藝的探索，最佳化建立了粉煤灰預脫矽-Na2CO3活化酸浸以及赤泥協同活化粉煤灰、煤矸石兩條最佳化工藝，顯著降低Na2CO3消耗量，並針對這兩條最佳化工藝開展了粉煤灰預脫矽和赤泥添加條件下粉煤灰、煤矸石中礦物內在轉化機制的探討。本項目研究過程中，發表國內外研究論文5篇，獲得授權發明專利3項，參加國內國際會議多次，培養碩士研究生3名，在讀博士生2名。