粉煤灰提取Al2O3及其塑料填充导热性研究

摘要

贵州作为火力发电大省，大量粉煤灰作为一种固体废渣堆存起来对环境造成巨大影响。对粉煤灰中的有用矿物进行提取，并加以精细化利用，将对贵州粉煤灰的发展利用起到重要作用。本文对贵州某厂粉煤灰进行Al2O3提取研究。用提取的Al2O3与PP(聚丙烯)制备PP/Al2O3复合材料，考察复合材料的性能。
　　对原料分析后，进行了脱硅粉煤灰硫酸浸出探索性试验，氧化铝浸出率仅37.9％。采用CaCl2作为活化剂与脱硅灰进行混合焙烧以提高Al3+浸出率。考察CaCl2作为活化剂对脱硅粉煤灰的活化效果。TG-DSC曲线确定焙烧温度范围后，分别进行了焙烧温度、保温时间和混料比对活化效果的影响。确定的适宜焙烧条件：焙烧温度900℃，焙烧时间120 min，混料比1:1(质量比)。接下来对浸出酸的选择进行考察，通过硫酸、盐酸和硝酸的浸出对比实验，得到硫酸作为合适浸出酸的结论。然后进行浸出条件的实验，结果得到的适宜实验条件为：硫酸浓度1 mol/L，浸出温度90℃，浸出时间40min。Al2O3最高浸出率96.9%。浸出所得硫酸铝溶液用NaOH溶液调节pH值法除铁，除铁后片状硫酸铝中铁浓度0.26%。硫酸铝溶液的蒸浓温度选取116℃，所得片状硫酸铝经煅烧得Al2O3。根据热力学计算得煅烧温度800℃，实验表明150min为适宜煅烧时间。煅烧得到氧化铝纯度为81.49%。
　　用不同量的Al2O3填充改性PP，对Al2O3/PP复合材料性能分析，复合材料中的Al2O3最大填量7%。扫描电镜显示，低填量的复合材料中Al2O3分散均匀，填量至7%开始出现团聚。力学性能上看，强度和韧性均随填料的增加而增加。结晶熔融温随填料的增加度也得到提高。导热率随填料的增大而增大，填量至7%导热率与基体材料相比提高21.1%。
　　复合材料发泡后的泡孔随填料的增加逐渐减小，泡孔密度随填料增加呈先增后降的趋势，5%填量是泡孔密度最大，使用性能最好，增加填量泡孔发生坍塌，使用性能降低。
　　本文有关粉煤灰中氧化铝的提取及在聚丙烯填充改性中的应用研究，开发出一种性能更佳的复合材料。为贵州粉煤灰的高附加值利用供一条新的解决方案。