冶金工程论文
粉煤灰中的氧化铝含量一般为17%~35%,部分地区更是超过40%,甚至达到60%,并且中国每年粉煤灰的排放量随着电力行业的发展而逐年增加[1].目前，从粉煤灰中提取氧化铝主要为酸法、碱法以及酸碱联合法，其中应用较为成功的是预脱硅-碱石灰烧结工艺，然而其较长的流程以及较高的能耗，使其在制备冶金级氧化铝方面展现不出比传统铝土矿更好的经济优势[2-7].基于此，作者所在团队利用预脱硅-碱石灰烧结工艺中较强的溶液净化优势，提出了利用其两段脱硅后液进行分解（碳化分解、晶种分解）制备拟薄水铝石的新想法，并将其嫁接在预脱硅-碱石灰烧结法的生产工艺中。拟薄水铝石广泛应用于石油化工领域[8],比表面积以及孔隙分布特性是衡量拟薄水铝石产品性能的重要指标。本文利用氮吸附法考察拟薄水铝石的比表面积以及孔隙分布特性，为高铝粉煤灰经碳分、种分法制备拟薄水铝石这一新工艺提供试验基础，以期实现高铝粉煤灰的高附加值综合利用。
1试验原料和方法
高铝粉煤灰经预脱硅-碱石灰烧结后得到熟料，成 分 为 （%）：Al2O329.66、SiO216.85、Na2O14.16、MgO 1.50、CaO 27.21、Fe2O31.00、LOI0.17.利用配制调整液（Na2Ok30g/L、Na2Oc18g/L、Al2O340g/L）在合适条件下溶出此粉煤灰熟料，经过一段、二段脱硅后，得到苛化系数αk为1.4的铝酸钠溶液（原液）。
上述原液在恒温水浴槽中经碳分（或种分）分解、冷却、过滤、洗涤、干燥后即得到拟薄水铝石产品。按照文献[9]的方法在相对压力p/p0=0.010~0.995（p、p0分别为氮低温吸附的平衡压力及饱和压力）的条件下测定不同产品的吸附、脱附等温线[10-13],分析其比表面积与孔隙分布。
2结果与讨论
2.1碳分法拟薄水铝石比表面积分析
碳分产品典型的吸附脱附等温线如图1所示。从图1可看出，当相对压力小于0.3时，曲线没有出现吸附滞后环。根据Kelvin公式，其孔半径小于1.5nm,此时Kelvin公式中所描述的毛细管凝聚现象没有发生，因此吸附脱附等温线重合，吸附滞后消失，符合Ⅳ型等温线特征，表面具有中孔和大孔。当相对压力为0.4时，吸附质发生毛细管凝聚，等温吸附线迅速上升，产生吸附滞后现象。在高压时，吸附只在远小于内表面积的外表面上发生，当相对压力接近1时，吸附发生在大孔上，因此曲线上升[14].同时，等温吸附曲线滞后环类似于H4型，是狭缝孔类型，区别于粒子堆集，是一些类似由层状结构产生的孔。
不同温度分解时碳分产品的比表面积如表1所示，随着分解温度从30℃提高至60℃，碳分产品的比表面积均增加，BET比表面积从362.68m²/g增加至393.68m²/g.
2.2碳分法拟薄水铝石空隙特性分析
不同温度分解时碳分产品的孔容积和孔径分别如表2~3所示。随着分解温度从30 ℃提高至60℃，碳分产品的孔容均有所降低，其中BJH吸附累积总孔孔容从0.364 3cm3/g降至0.219 4cm3/g.
其原因是，随着分解温度的升高，拟薄水铝石产品的结构水含量有所减少，导致孔容积减小。碳分产品孔径的变化趋势与孔容积相似，随着分解温度从30 ℃提高至60 ℃，孔径均减小，其中BJH吸附平均孔径从3.87nm降至3.02nm.
不同分解温度时碳分产品的孔径分布如图2所示，碳分法制备的拟薄水铝石产品孔径分布都比较集中，且主要集中在2~4nm,孔径分布曲线较窄，说明碳分产品的中孔数量较少。