PDF《硫酸钠在亚熔盐介质中的过饱和性》

第?24?卷第?11?期 中国有色金属学报? 2014?年?11?月? Volume?24?Number?11? The?Chinese?Journal?of?Nonferrous?Metals? November?2014? 文章编号:1004?0609(2014)11?2885?07? 硫酸钠在亚熔盐介质中的过饱和性 丁健?1,?2? ,丁爱娟?3? ,马淑花?2? ,郑诗礼?2? ,张懿?2? (1.

? 东北大学 材料与冶金学院,沈阳? 110819;

? 2.? 中国科学院 过程工程研究所,北京? 100190;

? 3.? 河北省石油化工设计院 苏州分院,苏州? 215011)? 摘要:采用激光浊度法对亚熔盐法粉煤灰提铝清洁工艺中硫酸钠在亚熔盐介质中的过饱和性进行了研究.结果 表明:对亚熔盐介质进行真空蒸发时,其中的硫酸钠达到平衡浓度时即从体系中结晶析出,表明硫酸钠在亚熔盐 介质中几乎无过饱和性.此外,杂质二氧化硅与碳酸钠对硫酸钠在铝酸钠溶液中的过饱和性具有一定影响,二氧 化硅杂质会使硫酸钠析晶点碱浓度提高到

20 g/L 左右;

碳酸钠会使硫酸钠析晶点碱浓度降低至

15 g/L 左右. 同时, 对析出晶体的物相分析表明:杂质二氧化硅的存在会使析出晶体向钠硅渣转变,而杂质碳酸钠的存在会使析出晶 体向碳钠矾复盐转变. 关键词:硫酸钠;

亚熔盐;

过饱和性;

粉煤灰 中图分类号:TF09? 文献标志码:A? Supersaturation?of?sodium?sulfate in?sub?molten?salt? DING?Jian? 1, 2? ,?DING?Ai?juan? 3? ,?MA?Shu?hua? 2? ,?ZHENG?Shi?li? 2? ,?ZHANG?Yi? 2? (1.?School?of?Materials?and?Metallurgy,?Northeastern?University,?Shenyang?110819,?China?? 2.?Institute?of?Process?Engineering,?Chinese?Academy?of?Sciences,?Beijing?100190,?China?? 3. Suzhou?Branch, Hebei?Petrochemical?Design?Institute,?Suzhou?215011,?China)? Abstract:?The?supersaturation?of?sodium?sulfate?in?sub?molten?salt?during?the?process?of?extracting?alumina?from?fly?ash? by? sub?molten? method? was? investigated? by? laser?turbidity? method.? The? results? show? that? during? the? process? of? vaporization,? when? the? concentration? of? sodium? sulfate? in? sub?molten? salt? exceeds? the? limit? of? solubility,? it? will? be? deposited?out?in?solid?form.?There?is?not?an?obvious?supersaturation?phenomenon?for?the?sodium?sulfate?in?vaporization? process.?The?impurities?of?silica?and?sodium?carbonate?have?certain?influences?on?the?supersaturation?of?sodium?sulfate?in? sub?molten?salt.?The silicon?impurity increases the?crystallization?alkali?concentration?of?sodium?sulfate?by?20?g/L.?On?the? other? hand,? the? sodium? carbonate? decreases? the? crystallization? alkali? concentration? of? sodium? sulfate? by? 15? g/L.? Meanwhile,? the? results? of? X? ray? diffraction? analyses? indicates? that? the? SiO2? changes? the? crystal? from? crystalline? precipitated?to?sodium?silicon?residue,while?the?addition?of?Na2CO3?changes?crystals?to?the?burkeite.? Key?words: sodium?sulfate??sub?molten?salt??desulfurization??fly?ash? 粉煤灰是煤炭燃烧后产生的固体废弃物之一,目 前累计堆存量已经达到

20 亿t? [1?2]? . 近年来, 我国内蒙 古西部、山西北部等地出现的特色资源高铝粉煤灰中 氧化铝含量普遍偏高,有些甚至可高达 50%,相当于 中等品位的铝土矿, 且年产量约为

6000 万t? [3?4]? , 这对 铝土矿资源极为短缺的我国来说,是一种非常宝贵的 基金项目:国家 十二五 科技支撑计划资助项目(2012BAF03B01)? 收稿日期:2014?01?20;

修订日期:2014?07?20? 通信作者:马淑花,副研究员,博士;

电话:010?82544857;

E?mail:[email protected] 中国有色金属学报? 2014年11月? 2886? 非传统含铝资源.因此,开发利用粉煤灰生产氧化铝 新工艺具有重要的意义.中科院过程工程研究所成功 研发了亚熔盐法粉煤灰提铝新技术,取得了较好的处 理效果,氧化铝提取率可达 90%以上,展示了良好的 应用前景? [5]? .亚熔盐法处理粉煤灰原理如下式所示:? 3Al2O3?2SiO2+2Ca(OH)2+8NaOH+7H2O=? 6NaAl(OH)4+2NaCaHSiO4? (1)? 这样,在经过亚熔盐法处理后,粉煤灰中的氧化 铝和二氧化硅分别进入到液相和固相,实现氧化铝的 提取和铝硅的高效分离. 在氧化铝生产过程中,硫杂质对生产过程的危害 极大.如以铝土矿为原料的氧化铝生产过程中,硫的 存在会造成在氧化铝生产过程中的多种不良危害,如 硫在生产流程中的积累造成碱耗增大,对设备腐蚀严 重,生成结疤造成设备堵塞、影响生产正常运行,降 低产品产率,影响产品品位等? [6?10]? .由于粉煤灰中尤 其是循环流化床粉煤灰中杂质硫元素含量高? [11]? ,其在 粉煤灰提取氧化铝过程中的影响不能忽略,因此,如 何脱硫也是粉煤灰提取氧化铝工艺中的重要环节.而 关于硫杂质在亚熔盐法粉煤灰提铝工艺过程中的行 为, DING 等? [12]? 对NaOH?Al(OH)3?Na2SO4?H2O 四元体 系进行了相图研究,至于硫的其他行为,尤其是硫酸 钠在该体系中的过饱和性尚未见报道.本文作者以亚 熔盐法处理山西某地循环流化床高铝粉煤灰后所得的 反应料液为研究对象,利用真空蒸发的方法借助激光 浊度仪研究硫酸钠在苛性比为? 12? 的铝酸钠体系中的 结晶过饱和性同时对氧化铝生产过程中主要杂质二氧 化硅和碳酸钠对硫酸钠过饱和性的影响规律也进行了 系统研究,考察了由杂质引起的析出晶体物相变化.? 1? 实验? 1.1? 主要原料 通过对亚熔盐法处理粉煤灰工艺物质流动规律的 研究,得知粉煤灰中的硫主要以硫酸钠的形式进入到 脱铝渣中,经洗涤后进入到脱铝渣洗液中.因此,本 研究以脱铝渣洗液为研究对象, 采用真空蒸发的方法, 借助激光浊度仪,对硫酸钠的过饱和性进行研究.所 有实验用含有硫酸钠的铝酸钠溶液均采用纯试剂配制 得到, 主要成分比例则与脱铝渣洗液的化学组成相同, 如表