·384 北京科技大学学报 第34卷 性碱式盐，从而实现其与其他元素分离2.本文 N2↑+2H20, （(2) 通过实验得到了低温碱性熔炼法回收铝灰中铝的新 Al2O,+2NaOH =2NaAlO2 +H2O, (3) 工艺，得到α一A,0,产品，并对过程的工艺条件进行 AlN+NaOH+H,0=NaAlO2+NH,↑，(4) 了研究 2Si+0,+2NaNO,+4NaOH =2Na2SiO,+ (5) 1实验 2NaN02+2H20, SiO2 +2NaNO2 Si +2NaNO3, (6) 1.1实验原料 Fe203+6NaN02=2Fe(N02)3+3Na,0, (7) 实验所用原料为某铝厂A356铝合金熔铸过程 Fe,O,+2NaOH =2NaFeO,+H2O, (8) 中产生的二次铝灰，粒度小于150um.实验所用 Fe0 +2NaOH Na,Fe02 +H2O, (9) NaOH、NaNO,和HCl等试剂均为分析纯，用水为去 MnO,+2NaOH Na,MnO;+H2O, (10) 离子水 2V20s+4NaN02=2V203+2Na,0+4N02+02↑， 对铝灰进行X荧光光谱(XRF)分析（表1），铝 (11) 灰中的主要元素为Al、K、Na、Si、Mg、Cl和F等，另 V,03+2Na0H=2NaV02+H,0. (12) 外含有少量V、Ti、Ca、Mn、Fe、Zn、S和P等元素. 1.3实验步骤与分析、测试方法 表1铝灰中主要元素的质量分数 1.3.1实验步骤 Table 1 Content of the main elements in the aluminum dross% 称取l0g铝灰与NaOH、NaNO,按一定比例混合 0 F Na Mg Al Si 均匀，在一定温度下熔炼：用去离子水在一定温度下 36.9842.9755.7211.68537.4971.2300.0190.057 的恒温水浴中浸出熔炼产物，浸出后抽滤、固液分 CI K Ca Ti V Zn Mn Fe 离。浸出液经过净化、调整苛性比、晶种分解和煅烧 10.1112.3670.3530.3070.1430.0090.2890.194 获得氧化铝.对浸出液中的铝、硅和铁等元素进行 分析，对中间产物和最终产物进行物相分析、微观形 X射线衍射分析如图1所示，图中显示铝灰中 貌观察和平均粒度测量 的主要物相为Al、-Al203(刚玉)、AlN、Si、SiO2、 1.3.2分析、测试方法 NaCl、KCl和MgAl,O,等.由于表1中其他元素组成 使用PW2424型X荧光光谱仪分析铝灰中各元 物相的丰度太低，未能检出. 素含量.使用原子吸收光谱(AAS)和真空型电感耦 100X0 合等离子体原子发射光谱分析仪(ICP-AES)分析 塔8000 浸出液中各元素含量.采用日本理学3014Z型X射 600 4000 线衍射(XRD)分析仪测定物相组成，X射线衍射分 20K0 析在Rigaku衍射仪上进行(Cu靶K。射线，A= 0.154056nm,管电压为40kV,管电流为300mA,石 墨单色器，扫描角度为10°~85°，扫描速度为4°· min').使用LS-POP型激光粒度分布仪分析产物 20 30 40 50 6070 20) 的平均粒度(Do).场发射扫描电镜分析使用Sii- 图1实验用铝灰X射线衍射谱 on200高分辨场发射扫描电子显微镜. Fig.I XRD pattern of the experimental aluminum dross 2实验结果与讨论 1.2实验原理 2.1熔炼过程实验 本研究是在400~600℃下，使铝灰中的金属 2.1.1碱灰比(mvom/m铝灰)的影响 铝、氧化铝与NaOH、NaNO3反应生成可溶于水的金 碱灰比系指NaOH与铝灰的质量比.在l0g铝 属盐，并用水将其溶出，实现铝与其他杂质分离之后 灰、5gNaN0,、熔炼温度500℃、熔炼时间60min、浸 使用晶种分解法处理含铝溶液，最终得到α一A山0，· 出温度80℃、浸出时间60min和固液比1：8的条件 低温碱性熔炼过程主要反应如下： 下，考察碱灰比对铝、硅浸出率的影响，结果如图2 4NaN03=2Na,0+2N2↑+502↑， (1) 所示。 10Al +4NaOH +6NaNO3 =10NaAlO2+ 由图2可知：铝的浸出率在碱灰比小于1.3时北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 性碱式盐，从而实现其与其他元素分离［12--13］． 本文 通过实验得到了低温碱性熔炼法回收铝灰中铝的新 工艺，得到 α--Al2O3产品，并对过程的工艺条件进行 了研究． 1 实验 1. 1 实验原料 实验所用原料为某铝厂 A356 铝合金熔铸过程 中产生的二次铝灰，粒度小于 150 μm． 实验所用 NaOH、NaNO3和 HCl 等试剂均为分析纯，用水为去 离子水． 对铝灰进行 X 荧光光谱( XRF) 分析( 表 1) ，铝 灰中的主要元素为 Al、K、Na、Si、Mg、Cl 和 F 等，另 外含有少量 V、Ti、Ca、Mn、Fe、Zn、S 和 P 等元素． 表 1 铝灰中主要元素的质量分数 Table 1 Content of the main elements in the aluminum dross % O F Na Mg Al Si P S 36. 984 2. 975 5. 721 1. 685 37. 497 1. 230 0. 019 0. 057 Cl K Ca Ti V Zn Mn Fe 10. 111 2. 367 0. 353 0. 307 0. 143 0. 009 0. 289 0. 194 X 射线衍射分析如图 1 所示，图中显示铝灰中 的主要物相为 Al、α--Al2 O3 ( 刚玉) 、AlN、Si、SiO2、 NaCl、KCl 和 MgAl2O4等． 由于表 1 中其他元素组成 物相的丰度太低，未能检出． 图 1 实验用铝灰 X 射线衍射谱 Fig． 1 XRD pattern of the experimental aluminum dross 1. 2 实验原理 本研究是在 400 ～ 600 ℃ 下，使铝灰中的金属 铝、氧化铝与 NaOH、NaNO3反应生成可溶于水的金 属盐，并用水将其溶出，实现铝与其他杂质分离之后 使用晶种分解法处理含铝溶液，最终得到 α--Al2O3 ． 低温碱性熔炼过程主要反应如下: 4NaNO3 = 2Na2O + 2N2↑ + 5O2↑， ( 1) 10Al + 4NaOH + 6NaNO3 = 10NaAlO2 + N2↑ + 2H2O， ( 2) Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O， ( 3) AlN + NaOH + H2O = NaAlO2 + NH3↑， ( 4) 2Si + O2 + 2NaNO3 + 4NaOH = 2Na2 SiO3 + 2NaNO2 + 2H2O， ( 5) SiO2 + 2NaNO2 = Si + 2NaNO3， ( 6) Fe2O3 + 6NaNO2 = 2Fe( NO2 ) 3 + 3Na2O， ( 7) Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O， ( 8) FeO + 2NaOH = Na2FeO2 + H2O， ( 9) MnO2 + 2NaOH = Na2MnO3 + H2O， ( 10) 2V2O5 + 4NaNO2 = 2V2O3 + 2Na2O + 4NO2 + O2↑， ( 11) V2O3 + 2NaOH = 2NaVO2 + H2O． ( 12) 1. 3 实验步骤与分析、测试方法 1. 3. 1 实验步骤 称取 10 g 铝灰与 NaOH、NaNO3按一定比例混合 均匀，在一定温度下熔炼; 用去离子水在一定温度下 的恒温水浴中浸出熔炼产物，浸出后抽滤、固液分 离． 浸出液经过净化、调整苛性比、晶种分解和煅烧 获得氧化铝． 对浸出液中的铝、硅和铁等元素进行 分析，对中间产物和最终产物进行物相分析、微观形 貌观察和平均粒度测量． 1. 3. 2 分析、测试方法 使用 PW2424 型 X 荧光光谱仪分析铝灰中各元 素含量． 使用原子吸收光谱( AAS) 和真空型电感耦 合等离子体原子发射光谱分析仪( ICP--AES) 分析 浸出液中各元素含量． 采用日本理学 3014Z 型 X 射 线衍射( XRD) 分析仪测定物相组成，X 射线衍射分 析在 Rigaku 衍 射 仪 上 进 行 ( Cu 靶 Kα 射 线，λ = 0. 154 056 nm，管电压为 40 kV，管电流为 300 mA，石 墨单色器，扫描角度为 10° ～ 85°，扫描速度为 4°· min － 1 ) ． 使用 LS--POP 型激光粒度分布仪分析产物 的平均粒度( D50 ) ． 场发射扫描电镜分析使用 Siri￾on200 高分辨场发射扫描电子显微镜． 2 实验结果与讨论 2. 1 熔炼过程实验 2. 1. 1 碱灰比( mNaOH /m铝灰) 的影响 碱灰比系指 NaOH 与铝灰的质量比． 在 10 g 铝 灰、5 g NaNO3、熔炼温度 500 ℃、熔炼时间 60 min、浸 出温度 80 ℃、浸出时间 60 min 和固液比1∶ 8的条件 下，考察碱灰比对铝、硅浸出率的影响，结果如图 2 所示． 由图 2 可知: 铝的浸出率在碱灰比小于 1. 3 时 ·384·