摘 要

铝泥是铝型材加工过程中产生的固体废渣。其中含有多种有毒重金属，直接排放会造成环境和地下水资源的污染，占用大量的土地资源，必须进行减量化、无害化或资源化处理。

本文成功探索出了一种铝泥废渣制备介孔γ-Al₂O₃的工艺。首先在加热搅拌条件下溶出，溶出后的悬液过滤得滤液，滤液经CaCl₂沉淀除杂后，加热搅拌下调节pH值得沉淀，沉淀经过滤干燥即为前驱体，再经焙烧得产物介孔γ-Al₂O₃，该溶出工艺的溶出率达到87.91%，制备的前驱体的织构性质如下：比表面积为355.8m²/g，平均孔径为7.5nm，孔体积为0.64cm³/g。制备的介孔氧化铝的织构性质如下：比表面积为294.2m²/g，平均孔径为9.9nm，孔体积为0.96cm³/g。介孔γ-Al₂O₃的CO₂吸附量达到0.78mmol/g，具有较好的CO₂吸附性能。

关键词：铝型材厂，铝泥，碱溶，介孔氧化铝。

Abstract

Aluminum mud is the solid waste from aluminum processing plant. It contants kinds of toxic heavy metals which will pollute the environment and groundwater resources if discharge directly. Work must be done to its decrement, innoxious and resoucelization.

This paper explore a process successively to transform aluminum mud into mesoporous γ-Al₂O₃. First dissolve it with heat and stir, filtering the turbid liquid after dissolution, then purify with CaCl₂ solution, adjust pH value with heat and stir, and then precursor will get after filtration. After roast, we get product mesoporous γ-Al₂O₃. The yield of aluminum reaches 87.91%. The pore structure parameters of precursor are as follows: specific surface area is 355.8m²/g, average pore width is 7.5nm, and pore volume is 0.64cm³/g. The pore structure parameters of mesoporous alumina are as follows: specific surface area is 294.2m²/g, average pore width is 9.9nm, and pore volume is 0.96cm³/g. its adsorption performance towards CO₂ are studied, with the high adsorption capacity of 0.78mmol/g.

Key words：aluminum processing plant, aluminum mud, alkali dissolution, mesoporous γ-Al₂O_3.

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1铝泥的来源与分类 1

1.1.1 铝泥的来源 1

1.1.2 铝泥的分类 1

1.2 铝泥的应用 2

1.2.1 制备聚合氯化铝净水剂 2

1.2.2 制备堇青石材料 2

1.2.3 制备活性氧化铝 2

1.2.4制备莫来石材料 2

1.3介孔氧化铝 3

1.3.1简介 3

1.3.2合成方法 3

1.3.3应用 3

1.4研究背景 3

1.5研究目标 4

第二章 实验部分 5

2.1 仪器与试剂 5

2.2 铝泥的成分分析 5

2.2.1 XRF 5

2.2.2 XRD 6

2.3 铝泥中铝的溶出 6

2.3.1 溶出方案 6

2.3.2溶出率的测定 7

2.4前驱体的制备及表征 8

2.4.1制备方法 8

2.4.2 XRD 8

2.4.3 XRF 8

2.5 除杂及表征 8

2.5.1 除杂方法 8

2.5.2 XRD 9

2.5.3 XRF 9

2.5.4 N₂吸附-脱附 9

2.6 介孔氧化铝的制备及表征 9

2.6.1 制备方法 9

2.6.2 XRD 9

2.6.3N₂吸附-脱附 9

2.6.4 二氧化碳室温吸附性能 9

2.7 滤渣及废液的处理 10

2.7.1 滤渣的浸出 10

2.7.2 前驱体制备产生的废液 10

第三章 结果与讨论 11

3.1 铝泥的成分分析 11

3.1.1 XRF 11

3.1.2 XRD 12

3.2 铝泥溶出探讨及较优条件分析 12

3.2.1 铝泥溶出探讨 12

3.2.2 较优条件分析 13

3.3 前驱体的表征 14

3.3.1 XRD 14

3.3.2 XRF 15

3.4 除杂后前驱体的表征 15

3.4.1 XRD 15

3.4.2 XRF 16

3.4.3N₂吸附-脱附 17

3.5 介孔氧化铝的表征 18

3.5.1 XRD 18

3.5.2 N₂吸附-脱附 19

3.5.3 二氧化碳室温吸附性能 21

3.6 滤渣及废液表征 21

3.6.1 滤渣的ICP-AES 21

3.6.2 废液的ICP-AES 22

第四章 结论与展望 24

4.1 结论 24

4.2 展望 24

参考文献 25

致谢 26

第一章 绪论

1.1铝泥的来源与分类

1.1.1 铝泥的来源

铝泥是铝型材厂产生的含铝废渣。铝合金已成为位居世界第二的金属材料，但因其化学性质活泼，需对铝型材的表面进行处理，以防止其被空气等腐蚀和提高其表面光滑度等装饰性能。铝型材的表面处理过程主要包括脱脂、酸洗、碱洗、阳极氧化、封孔、着色等，在此过程中会产生大量的废液，废液中含有铬、锰、镍、铜、、锡等有毒重金属离子，因此为了避免铝泥的直接排放带来的环境污染问题，一般采用中和调节及混凝沉淀法等工艺进行处理^[1]。铝在溶液中呈现两性，在pH值小于5的条件下，其主要形态为水合铝离子，在pH值大于12的条件下，主要形态为偏铝酸根离子，在pH值为7左右铝的主要形态为氢氧化铝，因此需要调控废液的pH值，以使铝能够以沉淀的形式从废液中分离出来。首先在废液中加水稀释，加碱调节pH值至6-9，然后使铝和重金属离子等沉淀下来，在此过程中产生的氢氧化铝沉淀颗粒非常细小，需加入絮凝剂使之聚集沉淀，沉淀池中的污泥进一步脱去其中的水即为含铝废渣^[2]。

据统计，每吨铝合金产品生产过程中会生成10%的铝泥，目前对铝泥的处理办法仅限于堆放填埋，其中的有毒重金属会造成严重的环境污染，因此其处理已迫在眉睫。

1.1.2 铝泥的分类

铝型材厂在对铝型材进行表面处理时，不同工序会利用不同的处理方法，从而产生不同成分的有害物质，因此通常对不同工序产生的废水分别利用不同的方法进行处理，处理后的废渣可分为三类^[3]：(1)喷涂前处理工序中的含铬废液经沉淀处理后的含铬废渣；(2)酸蚀工艺中的含氟废液沉淀处理后的含氟废渣；(3)氧化各工序产生的废液废渣统一处理后的不含铬、氟(或极少量)的废渣。这些废渣的主要成分为薄水铝石或部分无定型体，除铬、氟外，还含有锰、镍、铜、锌、锡等有毒重金属，以及其他有机或无机杂质。这些杂质对其综合利用会产生很大的影响。

1.2 铝泥的应用

1.2.1 制备聚合氯化铝净水剂

聚合氯化铝是一种高效的无机水处理剂，广泛应用于染料、医药、造纸、橡胶、制革、石油、化工、精密铸造等工业。专利CN1051541A是最早的关于铝泥利用的报道^[4]，其探索出了一条铝泥制备聚合氯化铝的工艺，具有开创性意义，由铝泥制备聚合氯化铝的工艺流程为：铝泥酸溶(碱溶)→加热→聚合→精制→产品。此过程中基本无废液的排放。

1.2.2 制备堇青石材料

堇青石是一种含有镁、铝、硅的无机矿物，其化学式为2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂，堇青石具有膨胀系数低，热稳定性好、强度高、耐磨、耐腐蚀，无放射性污染等特性，备受研究者的青睐，广泛应用于耐火材料、陶瓷催化剂载体、泡沫陶瓷、红外辐射材料等^[5]。目前利用铝泥废渣来制备堇青石材料的报道并不多，于岩等^[6]详细探讨了制备堇青石过程中反应温度和时间对铝型材厂的铝泥合成堇青石的得率与晶相结构的影响。

1.2.3 制备活性氧化铝

铝泥中铝的物相主要为γ-AlOOH，是活性氧化铝的前驱体，通过煅烧可以直接得到活性氧化铝材料，晶型转变的温度为1000-1200℃^[6]。陈东初^[1]等人发明了一种铝型材工业废水碱渣制备活性氧化铝的工艺方法，其工艺路线简单，易于工业化生产，工艺路线为：水洗除可溶性杂质，研磨，烘干，冷却造粒，再干燥、焙烧。其制备的活性氧化铝比表面积达到250m²/g，孔容达到了0.45cm³/g。

1.2.4制备莫来石材料

莫来石具有抗热震性能好，耐火温度高、抗化学侵蚀、电绝缘性强等性质，是理想的耐火材料，广泛应用于各个领域，但天然的莫来石非常少，因此，研究利用铝泥废渣来制备莫来石具有重要的意义^{[7, 8]}。

1.3介孔氧化铝

1.3.1简介

氧化铝具有丰富的晶型，具有良好的物理化学性能，是一种重要的催化剂载体和吸附剂，被广泛应用于各工业^[9]。介孔氧化铝是一种具有丰富孔结构的材料，机械强度高，吸附性能好，热稳定性好，比表面积、孔容大，孔径可调，和有丰富的宏观形貌，是一种性能极优的负载型催化剂的载体和吸附剂，广泛应用于化工各行业，尤其是化工和石油化工工业中的加氢裂化、加氢脱硫、汽车尾气的控制^[10]。

1.3.2合成方法

介孔氧化铝的合成方法主要有：溶胶-凝胶法，溶剂热合成法，离子液法，沉淀法，硬模板法等^[11]。