油页岩脱油残渣制备聚合氯化铝铁絮凝剂的试验研究

2014年第4期中国非金属矿工业导刊总第111期质，同时也伴生一些稀有元素Ti、Zr、Ge、Ga等“。油页岩渣系油页岩在工业炼油过程中所产生的一种附属废料，其主要矿物成分为石英、高岭石，其次为碳等有机质，含有少量铁、钛等杂质，属煤系高岭岩系列。对油页岩渣进行化学分析，各组分含量(％)：SiO260．48、A12O321．25、Fe2O39．75、K2O1．38、MgO1．34、TiO21．41、Na2O0．68、CaO0．87、P2O50．26、SO30．47、MnO0．132、LOI1．968。其中SiO2的含量最高，A12O3、Fe2O3次之。油页岩渣中的SiO：主要以石英形式存在，A12O，主要存在于高岭石Al2Si2O5(OH)5中“。2．2PAFC的制备方法将油页岩渣粉碎、研磨、过150目筛，于马弗炉中850℃焙烧lh。在常压下，按一定配比将一定浓度的盐酸溶液和油页岩渣加入带有回流冷却管的反应器中，在搅拌回流下加热到一定温度，反应一定时间，冷却、抽滤，得到滤液(主要含AlH和Fe抖的溶液)，将滤液放人带有回流冷却管的反应器中，加入一定量的H2O2在80～85℃左右搅拌回流反应30rain，使Fe氧化成Fe，用一定比例Al(OH)溶胶中和pH值为3～3．5，并保温4h左右，在保温后期加入一定量的5042-离子并继续保温2h，冷却后，室温陈化24h后就得到了红棕色的聚合氯化铝铁(PAFCS)液体样品。滤渣可碱溶制备白炭黑，其工艺流程如图1所示。图1油页岩渣酸浸制备PAFCT艺路线3试验结果及讨论原料中Al：O含量高，结构不复杂，杂质少。焙烧后形成活性A1O含量越高，越有利于浸出。反应时物料的粒度愈小，反应总表面积愈大，浸出速度愈快。3．1焙烧温度的选择焙烧的作用首先是脱除油页岩渣中有机物质；其次是使造岩矿物分解，使高岭石中的硅氧四面体骨架易裂解，使Al：O转变为无定形状态，活性增大。油页岩渣是在500～520℃下干馏后的残余物，组成颗粒细小，并且具有多孔结构具有很大的活性2】。根据以上观点进行焙烧条件试验，温度为550～1000℃，时间为1h。试验结果如图2所示。焙烧温度(℃)图2焙烧温度对浸出率的影响从图2可以看出，其他条件相同，焙烧温度在800～850℃时活化效果较好。这是因为在自然界中铝有多种存在形式，其中Al：O又有-A1O，和y—A12O3两种形态。一A12O3活性很低，在750～900℃左右能转变为活性相对较强的y-A1O，但是达到850℃后，溶出率随温度的升高反而下降，这是由于高温下偏高岭石转化为极难溶于酸的硅尖晶石、莫来石等的缘故。故本试验选用焙烧温度为800℃。3．2酸浸条件对浸出率的影响由于铁的金属性比铝更强，优先转入溶液，CaO和MgO很容易和HC1反应，增加了单位成品HC1的消耗量，因此这些杂质含量要严格控制。从酸浸的主要反应看到，油页岩渣和盐酸反应属于固一液多相反应，影响浸出率和速度的因素较多。(1)盐酸浓度对溶出率的影响(见图3)。盐酸浓度(％)图3盐酸浓度对浸出率的影响从图3可以看出，盐酸的浓度越高，化学反应激烈，AI2O3、Fe2O，的浸出率也越大，浸出速度能提高一些，但盐酸浓度大，容易挥发损失较多，对操作、环境均有不利影响，同时H浓度大，提高了产品成本。盐酸浓度太低则有氧化铝浸出率低和溶液中氧化铝含量低的缺点，又因盐酸浓度在20．2％时恒沸点最王金龙等：油页岩脱油残渣制备聚合氯化铝铁絮凝剂的试验研究高为110~C，浸出效果亦较理想，所以选用20．2％浓度的盐酸作溶剂为宜。综合考虑，本试验选择浓度为20．2％盐酸作为浸出剂。(2)酸浸温度对浸出率的影响。反应温度是影响酸浸溶出速度的重要因素。提高反应温度在其他条件相同时，每增加反应温度10~C，则可提高浸出率0．2～0．5”。酸浸温度提高，使浆体的粘度下降，盐酸扩散速率增大，明显利于酸浸反应的进行(见图4)。但温度过高，酸浸体系的水分蒸发加剧，会导致浆体粘度增加而使反应过程需补加较多的水。温度(℃)图4酸浸温度对浸出率的影响从图4可以看出，温度升高有利于缩短氧化铝的溶出时间。但考虑到系统压力不宜太大，要保持良好的操作条件。因此反应温度一般控制在100～110~C之间。(3)酸浸时间对浸出率的影响。浸出时间与原料的内部结构有很大关系。一般反应时间增长，浸出率增加，但时间过长反应速度逐渐下降(见图5)。时间(min)图5酸浸时间对浸出率的影响从图5可知，反应初始阶段FeO的浸出速度较快，随着氧化铝的不断溶出，盐基度随之下降，反应1．5h后溶出率的增加幅度明显减少，而盐酸进一步和铝土矿中的其他物质反应，盐基度开始上升，到2h后，溶出率和盐基度都逐渐趋于稳定。本试验确定酸浸时间2h为宜。(4)液固比对浸出率的影响(见图6)。液固比图6液固比对浸出率