二次铝灰湿法除氟工艺及氟化物的转化行为研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0459

摘要/Abstract

摘要：

为了研究湿法除氟因素（液固比、时间、温度、溶液种类、溶液浓度）对二次铝灰湿法处理过程中氟化物浸出效率及底渣氟化物浸出的影响规律，分别采用单因素实验测定湿法浸出前后底渣及其浸出液氟化物含量，同时对二次铝灰原样及湿法处理后的底渣进行XRD、SEM-EDS表征。结果表明，两种浸出介质条件下，以上5种因素均对氟化物浸出效率产生影响，常温湿法浸出条件下，NaOH溶液碱浸去除氟化物效果优于去离子水。去离子水浸出氟化物的最佳工艺参数：液固比（体积质量比，mL/g，下同）为30、水解时间为4 h、水解温度为90 ℃，此时氟化物浸出率为12.98％。常温条件下NaOH溶液浸出氟化物的最佳工艺参数：液固比为10、NaOH溶液浓度为1.5 mol/L、水解时间为30 min，此时氟化物浸出率为65.85％。XRD表征结果反映出湿法处理后二次铝灰中AlN含量有不同程度的减少，SEM-EDS表征结果反映出湿法处理后底渣中氟化物含量均相应减少，上述研究结果为二次铝灰湿法处理过程中氟化物去除提供科学依据。

关键词: 二次铝灰, 湿法水解, 氟化物, 碱浸除氟

Abstract:

In order to study the influence of wet defluorination factors（liquid-solid ratio，time，temperature，solution type and solution concentration） on the fluoride leaching efficiency and the fluoride leaching of the bottom slag during the wet treatment of secondary aluminum ash，a single factor experiment was used to determine the fluoride content of the bottom slag and its leaching solution before and after wet leaching.At the same time，XRD and SEM-EDS were used to characterize the original aluminum ash and the bottom slag after wet treatment.The results showed that the above five factors affected the fluoride leaching efficiency under the two leaching media conditions.Under the condition of constant temperature and wet leaching，the fluoride removal effect of NaOH solution was better than that of deionized water.The optimal parameters of deionized water leaching fluoride were as follows：ratio of liquid to solid（mL/g）of 30，hydrolysis time of 4 h，hydrolysis temperature of 90 ℃，and leaching rate of fluoride of 12.98%.Under normal temperature conditions，the optimal parameters were as follows：ratio of liquid to solid（mL/g）of 10，concentration of NaOH solution of 1.5 mol/L，hydrolysis time of 30 min，and leaching rate of fluoride of 65.85%.XRD results showed that the content of AlN in the secondary aluminum ash was reduced to different degrees after wet treatment，and SEM-EDS results showed that the content of fluoride in the bottom slag was reduced correspondingly after wet treatment.The above research results provided a scientific basis for the removal of fluoride in the wet treatment of secondary aluminum ash.

Key words: secondary aluminum ash, wet hydrolysis, fluoride, alkali leaching defluorination

中图分类号:

TQ124.3

徐紫涧, 王钰, 刘敬勇, 朱创海, 陈智斌, 黄升政, 谢武明, 孙水裕. 二次铝灰湿法除氟工艺及氟化物的转化行为研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(6): 109-118.

XU Zijian, WANG Yu, LIU Jingyong, ZHU Chuanghai, CHEN Zhibin, HUANG Shengzheng, XIE Wuming, SUN Shuiyu. Study on defluorination process of secondary aluminum ash wet process and conversion behavior of fluoride[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(6): 109-118.

图/表 10

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参考文献 35

1	独学万，赵志强，吕国志，等.二次铝灰除氮制备聚合氯化铝的研究［J］.轻金属，2023（3）：9-14，21.
	DU Xuewan， ZHAO Zhiqiang， Guozhi LÜ，et al.Study on preparation of polyaluminum chloride by nitrogen removal from secondary aluminum ash［J］.Light Metals，2023（3）：9-14，21.
2	贺子洋，谭欣雨，张海泉，等.二次铝灰酸浸：微量加碱法制备聚合氯化铝［J］.金属矿山，2023（3）：147-151.
	HE Ziyang， TAN Xinyu， ZHANG Haiquan，et al.Preparation of polyaluminum chloride by acid leaching and micro-addition of alkali method treating secondary aluminum dross［J］.Metal Mine，2023（3）：147-151.
3	吕梓阳，刘爱民，余愿，等.物理富集—熔盐电解法从二次铝灰回收金属铝［J］.有色金属科学与工程，2022，13（6）：25-33.
	Ziyang LÜ， LIU Aimin， YU Yuan，et al.Recovery of metallic aluminum from secondary aluminum dross by physical enrichment and molten salt electrolysis［J］.Nonferrous Metals Science and Engineering，2022，13（6）：25-33.
4	吴珍，张晓玉，陈中楠，等.二次铝灰危险废物的资源化利用技术研究进展［J］.再生资源与循环经济，2022，15（12）：39-41.
	WU Zhen， ZHANG Xiaoyu， CHEN Zhongnan，et al.Advances in reutilization technologies of hazardous secondary aluminum dro-ss［J］.Recyclable Resources and Circular Economy，2022，15（12）：39-41.
5	沈汉林.二次铝灰的理化特性和全组分资源化研究及应用［D］.北京：北京科技大学，2022.
	SHEN Hanlin.Characteristics of secondary aluminum dross and research and application of its total resource utilization［D］.Beijing：University of Science and Technology Beijing，2022.
6	石志平，姜澜，杨洪亮，等.铝灰的回收处理及资源化利用研究现状［J］.无机盐工业，2020，52（9）：21-25.
	SHI Zhiping， JIANG Lan， YANG Hongliang，et al.Research status of recycling and resource utilization of aluminum dross［J］.Inorganic Chemicals Industry，2020，52（9）：21-25.
7	陈辛，曾祥会，方伟，等.二次铝灰制备高强度陶粒及其性能研究［J］.硅酸盐通报，2023，42（2）：618-625.
	CHEN Xin， ZENG Xianghui， FANG Wei，et al.Preparation and properties of high strength ceramsite from secondary aluminum ash［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2023，42（2）：618-625.
8	高宇，刘万超，庄凌云，等.二次铝灰资源综合利用制备氧化铝技术研究［J］.轻金属，2022（11）：16-20.
	GAO Yu， LIU Wanchao， ZHUANG Lingyun，et al.Study on preparation of alumina by comprehensive utilization of secondary aluminum dross resources［J］.Light Metals，2022（11）：16-20.
9	侯佳鑫，李占兵，李少鹏，等.二次铝灰酸解渣温和脱硅制备镁铝尖晶石［J］.有色金属（冶炼部分），2022（10）：58-66.
	HOU Jiaxin， LI Zhanbing， LI Shaopeng，et al.Preparation of magnesium aluminate spinel and mild desilication of acidolysis residue from secondary aluminum dross［J］.Nonferrous Metals（Extractive Metallurgy），2022（10）：58-66.
10	曹云霄，王志强，李国锋，等.工业铝灰资源化利用及管理政策研究现状与展望［J］.环境保护科学，2020，46（4）：128-136.
	CAO Yunxiao， WANG Zhiqiang， LI Guofeng，et al.Research status and prospects of industrial aluminum dross utilization and managment［J］.Environmental Protection Science，2020，46（4）：128-136.
11	雷炳宏，刘宏辉，张笛，等.二次铝灰硫酸铵焙烧提铝过程氟的迁移规律［J］.过程工程学报，2022，22（1）：108-117.
	LEI Binghong， LIU Honghui， ZHANG Di，et al.Fluoride migration in the aluminum extraction process of roasting secondary aluminum dross with ammonium sulfate［J］.The Chinese Journal of Process Engineering，2022，22（1）：108-117.
12	黄形中，武文粉，李占兵，等.二次铝灰中氟氮物相的光谱分析［J］.光谱学与光谱分析，2022，42（11）：3588-3594.
	HUANG Xingzhong， WU Wenfen， LI Zhanbing，et al.Spectral analysis of fluoride and nitride phase in secondary aluminum dross［J］.Spectroscopy and Spectral Analysis，2022，42（11）：3588-3594.
13	鲍善词，李素芹，张昌泉，等.二次铝灰中氟、氯的浸出与回收分析［J］.中国冶金，2018，28（10）：24-28.
	BAO Shanci， LI Suqin， ZHANG Changquan，et al.Leaching and recycling analysis of fluorine and chlorine in secondary aluminum dross［J］.China Metallurgy，2018，28（10）：24-28.
14	黄雪约，张毅，李晓辉，等.二次铝灰中氟离子湿法去除机制的研究［J］.云南化工，2022，49（7）：34-37.
	HUANG Xueyue， ZHANG Yi， LI Xiaohui，et al.Study on wet removal mechanism of fluoride ion from secondary aluminum ash［J］.Yunnan Chemical Technology，2022，49（7）：34-37.
15	高芹.二次铝灰湿法脱氮脱氟过程应用基础研究［D］.郑州：郑州大学，2021.
	GAO Qin.Basic research on application of wet denitrification and defluorination process for secondary aluminum dross［D］.Zhengzhou：Zhengzhou University，2021.
16	李玲玲，宋明，靳强.铝灰回收利用的研究进展［J］.无机盐工业，2018，50（8）：6-10.
	LI Lingling， SONG Ming， JIN Qiang.Research progress of recovery and utilization of aluminum dross［J］.Inorganic Chemicals Industry，2018，50（8）：6-10.
17	高华杰，徐思琪，薛雍，等.铝灰及其浸出液中氟的测定［J］.中国无机分析化学，2022，12（2）：65-71.
	GAO Huajie， XU Siqi， XUE Yong，et al.Determination of fluorine in aluminum ash and its leaching solution［J］.Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry，2022，12（2）：65-71.
18	陆胜勇，池涌，严建华，等.初始pH值、液固比对某焚烧炉灰重金属渗滤的影响［J］.环境科学学报，2003，23（1）：48-52.
	LU Shengyong， CHI Yong， YAN Jianhua，et al.Effects of initial pH value and solid/liquid ratio on heavy metals leaching of ash from an incinerator［J］.Acta Scientiae Circumstantiae，2003，23（1）：48-52.
19	吴威，姜林，陈家军，等.液固比对土壤洗涤去除多环芳烃效果的影响［J］.环境科学，2012，33（3）：965-970.
	WU Wei， JIANG Lin， CHEN Jiajun，et al.Influence of operating parameters on surfactant-enhanced washing to remedy PAHs contaminated soil［J］.Environmental Science，2012，33（3）：965- 970.
20	徐敏强，张素萍，李庭深，等.水解木质素在超临界乙醇溶液中的催化液化（Ⅱ）反应时间、液固比和反应气氛对反应的影响［J］.太阳能学报，2007，28（7）：805-809.
	XU Minqiang， ZHANG Suping， LI Tingshen，et al.Catalytic liuefaction of hydrolytic lignin in supercritical ethanol solution（Ⅱ） effect of reaction time，ratio of solvent/hl & atmosphere on reaction［J］.Acta Energiae Solaris Sinica，2007，28（7）：805-809.
21	李勇.二次铝灰的危险特征及其转化机制［D］.兰州：兰州理工大学，2021.
	LI Yong.Hazards of secondary aluminum dross and its transformation mechanism in treatment［D］.Lanzhou：Lanzhou University of Technology，2021.
22	FUKUMOTO S， HOOKABE T， TSUBAKINO H.Hydrolysis behavior of aluminum nitride in various solutions［J］.Journal of Materials Science，2000，35（11）：2743-2748.
23	姜澜，邱明放，丁友东，等.铝灰中AlN的水解行为［J］.中国有色金属学报，2012，22（12）：3555-3561.
	JIANG Lan， QIU Mingfang， DING Youdong，et al.Hydrolysis behavior of AlN in aluminum dross［J］.The Chinese Journal of Nonferrous Metals，2012，22（12）：3555-3561.
24	杨尔康.二次铝灰中氟的固化与氮的浸出性能研究［D］.西安：西安建筑科技大学，2022.
	YANG Erkang.Research the secondary aluminium dross curing of fluorine and nitrogen leaching performance［D］.Xi'an：Xi'an University of Architecture and Technology，2022.
25	晁曦，张廷安，张宇斌，等.二次铝灰酸浸制备聚合氯化铝的研究［J］.有色金属科学与工程，2021，12（5）：1-9.
	CHAO Xi， ZHANG Tingan， ZHANG Yubin，et al.Study on the preparation of polyaluminum chloride by acid leaching of secondary aluminum dross［J］.Nonferrous Metals Science and Engineering，2021，12（5）：1-9.
26	董良民.二次铝灰无害化与资源化回收利用工艺研究［D］.长沙：中南大学，2022.
	DONG Liangmin.Research on the harmless and resource recycling technology of secondary aluminum dross［D］.Changsha：Central South University，2022.
27	刘定平，陈爱桦，张向阳，等.铝灰半干法水解脱氮研究［J］.化工学报，2023，74（3）：1294-1302.
	LIU Dingping， CHEN Aihua， ZHANG Xiangyang，et al.Study on semi dry hydrolytic denitrification of aluminum ash［J］.CIESC Journal，2023，74（3）：1294-1302.
28	刘玉城，林如丹，梁勇，等.氢氧化钠分解氟化钙的热力学分析［J］.湿法冶金，2016，35（2）：97-100.
	LIU Yucheng， LIN Rudan， LIANG Yong，et al.Thermodynamic analysis for decomposition of calcium fluoride by sodium hydroxide［J］.Hydrometallurgy of China，2016，35（2）：97-100.
29	祁永蓉.铝电解废旧阴极和铝灰合成冰晶石的工艺研究［D］.兰州：兰州理工大学，2022.
	QI Yongrong.Study on the process of synthesizing cryolite from aluminum electrolysis spent pot lining and aluminum dross［D］.Lanzhou：Lanzhou University of Technology，2022.
30	袁杰，罗亮昆，林安伟.铝灰酸浸提铝过程动力学研究［J］.有色金属（冶炼部分），2022（6）：37-42.
	YUAN Jie， LUO Liangkun， LIN Anwei.Leaching kinetics of aluminum from aluminum dross with hydrochloric acid［J］.Nonferrous Metals （Extractive Metallurgy），2022（6）：37-42.
31	JAFARI N H， STARK T D， ROPER R.Classification and reactivity of secondary aluminum production waste［J］.Journal of Hazardous，Toxic，and Radioactive Waste，2014，18（4）.00223.
32	魏杰.铝灰资源化利用的基础研究［D］.昆明：昆明理工大学，2022.
	WEI Jie.Basic research on resource utilization of aluminum ash［D］.Kunming：Kunming University of Science and Technology，2022.
33	李玲玲，宋明，靳强.二次铝灰中氧化铝碱溶研究［J］.无机盐工业，2019，51（1）：53-57.
	LI Lingling， SONG Ming， JIN Qiang.Recovery of alumina from secondary aluminum dross by alkali leaching［J］.Inorganic Che-Industry micals，2019，51（1）：53-57.
34	戴翔，焦少俊，郑洋，等.利用含氟盐熔剂产生的二次铝灰的危险特性分析［J］.无机盐工业，2018，50（11）：42-44.
	DAI Xiang， JIAO Shaojun， ZHENG Yang，et al.Analysis on hazardous characteristics of quadratic aluminum dust generated by fluoride flux［J］.Inorganic Chemicals Industry，2018，50（11）：42-44.
35	张豪，邢丕峰，李萍，等.铝在氢氧化钠溶液中的腐蚀动力学行为［J］.强激光与粒子束，2013，25（7）：1701.
	ZHANG Hao， XING Pifeng， LI Ping，et al.Kinetics of corrosion action of aluminum in sodium hydroxide solution［J］.High Power Laser and Particle Beams，2013，25（7）：1701.

w（N）	w（C）	w（H）	w（S）	w（M_ad）	w（V_ad）	w（A_ad）	w（FC_ad）	w（Al）	w（K）
0.77	1.91	0.893	0.655	2.49	0.18	97.02	0.31	34.43	0.447
w（Mg）	w（Na）	w（Ca）	w（Cl）	w（TiO₂）	w（F）	w（MgO）	w（CaO）	w（SiO₂）	w（AlN）
5.83	4.73	2.65	4.63	1.13	0.62	9.67	3.7	2.71	8.57

[1]	任学昌, 冯浩. 铝灰碱法烧结熟料溶出过程及超声协同作用研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(6): 119-126.
[2]	韩峰, 洪起茂, 王疆, 张秋雨, 高夕杰, 周志强. 以3种氟化物为助浸剂的石煤酸法直接浸出提钒研究[J]. 无机盐工业, 2016, 48(8): 39-.
[3]	林如山, 何辉, 叶国安, 唐洪彬. 熔盐电解氧化铈相关物质的分解电压[J]. 无机盐工业, 2015, 47(4): 18-.
[4]	李德贵, 刘细祥, 覃铭, 刘淑辉, 周勤霞. 超声波振荡对活性氧化铝除氟性能的影响[J]. 无机盐工业, 2014, 46(7): 23-.
[5]	薛旭金. 无机氟化物的现状及发展方向[J]. 无机盐工业, 2014, 46(5): 1-.
[6]	赵启泰, 赵建轩. 电解氟化在无机氟化物制备中的应用[J]. 无机盐工业, 2013, 45(3): 1-.
[7]	吴海峰. 无机氟化工行业综述[J]. 无机盐工业, 2013, 45(11): 1-.
[8]	杨华春;皇甫根利. 中国氟化物生产现状及发展方向[J]. 无机盐工业, 2008, 0(11): 0-0.

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