硅鋁型固廢物超微粉碎后的應用

　　生產高價產品

　　硅鋁型廢渣中常含有許多有用元素,若進行有效提取或加工成高附加值產品無疑會產生更好的經濟效益和環境效益。粉煤灰中含有大量的鋁、鐵、硅等有用資源,其高值化利用對環境、社會、經濟都有很重要的意義。高溫煅燒、加不同助劑的方法從粉煤灰中提取氧化鋁,找出了最佳活化劑,探討了不同的活化方法對粉煤灰活化過程的影響及機理。結果表明,粉煤灰與碳酸鈉按質量比為l∶l混合,在900 ℃煅燒活化后,粉煤灰中氧化鋁的溶出率可達到90%以上。

　　粉煤灰、煤矸石、沸騰爐渣、液態渣、煤渣和硅灰這類工業固廢物,含有較多的無定形或介穩態的SiO2和Al2O3,或含有少量的CaO,與火山灰相似。雖然自身難以產生膠凝作用,但其中活性SiO2和Al2O3可以被Ca(OH)2等堿或堿金屬鹽激發,產生一定的水硬性。火山灰是應用最早的水硬性膠凝材料。古羅馬的神廟及斗獸場所用的石料都是由這類材料粘結修筑的。中國傳統的三合土路面和屋基實質上也是石灰-火山灰類的膠凝材料。

　　1)作為生產水泥的原料。電解鋁工業固廢物鋁渣的主要化學成分與鋁礬土相似,因而可以替代緊缺的鋁礬土,以滿足白水泥熟料生產的基本要求。雖然鋁渣中的有害雜質對大窯的煅燒會產生一些不利影響,如窯內液相量提早出現、下料口堵塞、窯內結皮結圈等,可以通過適當配料以及相應技術措施后有效解決,窯中的高溫煅燒及置換反應也可消除這類固廢物的毒性。

　　利用赤泥、脫硫灰渣、城市垃圾焚燒飛灰、粉煤灰、磷石膏等含硅、鋁、硫物質的廢渣生產硫鋁酸鹽水泥,也是一種很好的思路。硫鋁酸鹽水泥熟料的礦物組成以硫鋁酸鈣(3CaO·3Al2O3·CaSO4)和硅酸二鈣(2CaO·SiO2)為主,具有凝結快、強度高、微膨脹和低收縮等特性,配制的混凝土抗滲性和抗裂性能好。其抗凍性能和抗滲透性能遠高于普通硅酸鹽水泥,是一種性能優良、附加值高的建筑材料。因此,它是飛機跑道、鐵路、港口、路橋、碼頭、水壩、油井建設和建筑地下工程及冬季施工不可或缺的功能性材料。中國不少人對硫鋁酸鹽水泥進行了研究,并且已有公司進行規模化生產。

　　2)生產地聚物與功能材料。地質聚合物(簡稱地聚物)是一種新型膠凝性材料,主要通過堿激發硅鋁質原料制得。20世紀70年代法國教授Joseph Davidovits首次用偏高嶺土和適量激發劑混合后合成。該材料為三維網絡狀無機聚合物,呈以硅酸鹽、鋁硅酸鹽為主構成的無定形玻璃相。粉煤灰、礦渣、鋼渣以及煅燒后的煤矸石等固廢的主要成分包括SiO2、Al2O3、CaO 等,因而調整配方后可滿足地聚物網絡狀結構的生成條件。其形成過程主要是,在強堿激發下原料中Si—O、Al—O鍵斷裂,已解離的玻璃體又重新形成聚合度較低的硅氧四面體和鋁氧四面體,這兩種四面體共用氧原子,縮聚成三維網絡狀無機聚合物。所添加的堿不僅有助于玻璃體溶解,堿金屬離子還參與空間骨架的構建。

　　最近,中國許多學者都對粉煤灰、煤矸石、礦渣纖維和石墨尾礦為基礎的相變材料基材作了多樣化研究。作為填充的相變儲能材料更是多樣化,如鋁粉/粉煤灰、石蠟、十八烷、月桂酸和納米銅制備十八烷-月桂酸/納米銅復合體、石蠟/鐵尾礦陶瓷復合等,具有多種相轉變溫度。此外,在用固廢制備有工業價值的白炭黑的研究方面,也取得重要進展。

　　中國目前的處理工藝主要為煅燒、浸取及分離工藝。固廢物經煅燒以后,其中的高嶺石轉變為偏高嶺石,其主要成分是無定形態的氧化鋁和氧化硅,在NaOH溶液中反應生成硅酸鈉,而Al元素的溶解率很小與硅相分離,因此得以提取白炭黑。許多學者都采用了類似的方法,主要在分離中采用了不同的方式以得到高質量的產品。

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