油页岩灰渣酸法提取铝酸溶温度对铝浸出率的影响.docx

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油页岩灰渣酸法提取铝酸溶温度对铝浸出率的影响

油页岩灰渣浸取铝液试验研究

（酸溶温度对铝浸出率的影响）

******班

作者：

***

摘要：

以油页岩废渣为原料，通过酸浸法浸取油页岩灰渣中的铝酸钠溶液。

采用焙烧活化方法将废渣中含铝的低活性晶体物质活化为高活性半晶体或非晶体物质，利用酸浸法浸取焙烧后的高活性含铝废渣，得到铝液;依据试验分析了影响酸浸法浸取铝酸钠溶液的主要影响因素为焙烧温度、焙烧时间、浸取酸浓度和浸取温度；得出酸浸法的最佳工艺参数：

活化温度850℃，活化时间3h，选用酸浓度40%，浸取温度60℃，此时油页岩废渣铝浸取率为75%。

其中我们这次研究的是酸溶温度对铝浸出率的影响

关键词：

油页岩灰渣；酸浸法；铝酸钠溶液；

前言：

近年来，以煤矸石、高岭土、明矾石、粉煤灰等非铝土矿物材料为原料制取氧化铝等铝盐工艺的研究较活跃。

其技术方法是将高岭石高温煅烧为偏高岭石，再通过活化（煅烧）、浸取、除杂提纯等工艺后可获取氧化铝[1]。

浸取法一般分为酸法和碱法两大类。

传统生产氧化铝使用的拜耳法属于碱法，由于强碱液与二氧化硅反应，既耗费碱液，又会将含硅杂质带入浸取液，所以铝硅比较高的铝土矿（氧化铝含量在40%～60%）适合用碱法。

对于氧化铝含量相对较低的煤矸石、高岭土等非铝土矿物，采用酸浸法浸提效果更理想。

油页岩灰渣属煤系高岭土系列，因此，可以利用相似的方法，以油页岩废渣为原料生产铝盐产品。

实验目的：

1、油页岩脱油残渣系油页岩在工业制油过程中所产生的一种附属废料，其主要矿物成分为片状高岭石，其次为碳等有机质，属煤系高岭岩系列。

油页岩脱油残渣的堆放，在占地的同时又污染环境，充分合理地利用油页岩脱油残渣将不仅具有经济效益，更重要的是其环保和社会效益巨大。

油页岩中高岭石和蒙脱石等粘土矿物含量较高，这些都是富铝矿物，利用新近研究的湿法冶金技术，就可有效地从油页岩灰渣中提取其中的氧化铝。

氧化铝是一种多孔性物质，每克的比表面积高达数百平方米，活性高吸附能力强。

工业品常为无色的圆柱型颗粒，耐压性好。

在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体；在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂，还用于色层分析和中性强干燥剂[8]。

通过对广东省茂名等地油页岩灰渣的分析和试验研究，拟定出实验室酸式浸取油页岩灰渣中铝液的条件为进一步制备纳米级Al2O3提供原料。

2、学习和了解等离子光谱仪

3、培养了我们团队合精神

仪器：

电子PH计，晶体管式自动恒温控制台，温控加热/磁力搅拌器，电子天平，马弗炉，电动搅拌器,三口烧瓶,温度计，烧杯，碱式滴定剂，玻璃棒，坩埚，酸式滴定计，铁架台，漏斗

试剂：

（1）硝酸溶液：

V（HNO3）:

V（H2O）=1:

12

（2）氨水溶液：

V（NH3·H2O）：

V（H2O）=1:

1

（3）乙二胺四乙酸二钠（EDTA）溶液：

c（EDTA）约为0.05mol/L。

（4）（4）乙酸-乙酸钠缓冲溶液（PH=5.5）：

称取乙酸钠（三水）272g溶于水中，加冰乙酸19ml，稀释至1000ml。

（5）氧化铝标准溶液：

1ml含0.001gAl2O3。

称取0.5293g高纯铝（>=99.99%），精确至0.2mg置于200ml聚乙烯杯中，加水20ml，加氢氧化钠约3g，使其全部溶液透明（必要时在水浴上加热），用盐酸溶液（V（浓盐酸）：

V（H2O）=1:

1）调节至酸性后再加10ml，使其透明，冷却，移入1000ml容量瓶，稀至刻度，摇匀。

（6）百里酚蓝溶液：

1g/L乙醇溶液。

（7）二甲酚橙指示剂：

5g/L。

（8）氯化锌标准定溶液：

c（ZnCl2）约0.025mol/L。

配置：

称取3.5g氯化锌（ZnCl2），溶于盐酸溶液【0.05%（体积分数）】中，稀释至1L，摇匀。

标定：

移取20.00mlEDTA溶液，置于250ml锥形瓶中，以下按（3.分下步骤）步骤进行操作，读出氯化锌标准滴定溶液的消耗量V,ml。

（9）结果计算氯化锌标准滴定溶液浓度c（ZnCl2），数值以摩尔每升（mol/L）表示，按（I）计算：

（I）式中：

V1------氯化铝标准溶液的体积的数值，单位为毫升（ml）；

c1------氯化铝标准溶液的浓度的数值，单位为克每毫升（g/ml）

M-------氧化铝的摩尔质量的数值，单位为克每摩尔（g/mol）（M=101.96）

V0------空白消耗氯化锌标准滴定溶液的体积的数值，单位为毫升（ml）

V-------反滴定时消耗氯化锌标准滴定溶液的体积的数值，单位为毫升（ml）

标定步骤：

取40mlAl2O3标准溶液于250ml锥形瓶中，加入10mlHNO3溶液，煮沸一分钟，冷却到室温后加20mlEDTA溶液，加百里酚蓝溶液3到4滴，用氨水溶液中和到试剂从红色变成黄色，煮沸2分钟。

冷却到室温后加入10ml乙酸—乙酸钠缓冲溶液和2滴二甲酚橙指示剂，加50ml水，用氯化锌标准溶液滴定至溶液由淡黄色变成微红色即为终点。

同时做空白实验，空白实验唯一不同的就是把40ml的氧化铝溶液换成40ml的蒸馏水。

实验原理：

油页岩的利用方式主要有干馏、直接燃烧等[5]。

随着人们对油页岩勘探开发技术的深入研究和能源应用多元化的发展，一个巨大的难题出现———如何处理油页岩干馏后的灰渣。

油页岩脱油残渣系油页岩在工业制油过程中所产生的一种附属废料，其主要矿物成分为片状高岭石，其次为碳等有机质，属煤系高岭岩系列。

油页岩脱油残渣的堆放在占地的同时又污染环境，充分合理地利用油页岩脱油残渣将不仅具有经济效益，更重要的是其环保和社会效益巨大。

目前，油页岩灰渣主要用来制作水泥和建筑材料，有的学者利用脱油残渣进行制取白炭黑的试验研究，并为工业化生产提供了工艺参考。

剩下的绝大部分灰渣直接填埋。

堆积的油页岩灰渣一方面造成了严重的环境污染，另一方面也造成了其中可利用资源的严重浪费。

我的油页岩造岩矿物主要为粘土硅铝酸盐，其中SiO2占50%~70%，Al2O3占10%~25%。

油页岩中高岭石和蒙脱石等粘土矿物含量较高，这些都是富铝矿物，利用新近研究的湿法冶金技术，就可有效地从油页岩灰渣中提取其中的氧化铝。

氧化铝是一种多孔性物质，每克的比表面积高达数百平方米，活性高吸附能力强。

工业品常为无色的圆柱型颗粒，耐压性好。

在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体；在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂，还用于色层分析和中性强干燥剂。

（一）活化

要有效利用油页岩中的有用成分，首先要对研磨过筛样品油页岩灰渣进行高温活化，使其有序地从活性低的晶体结构转变为活性较高的半晶质及非晶质，从而提高其反应活性。

油页岩灰渣的活化即为脱去岭石中铝氧八面体中的羟基，使高岭石中的Al的配位数从6变为4或者5，同时，原来有序结构的高岭石变成原子排列不规则，呈现热力学不稳定状态，形成无序结构的、结晶度很差的偏高（Al2O3·2SiO2）。

此外，由于Fe3+，Ti4+的氯化物沸点较低，在焙烧过程中加入固态氯化剂（NaCl），使矿物中的大部分铁、钛成分转化为气相的氯化物除去[10]。

焙烧活化高岭石至450～750℃时，发生如下化学反应式：

Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3·2SiO2+2H2O↑

（高岭石）（偏高岭石）。

本实验将用750℃的高温来焙烧。

（二）浸取铝液

近年来，以煤矸石、高岭土、明矾石、粉煤灰等非铝土矿物材料为原料制取氧化铝等铝盐工艺的研究较活跃。

其技术方法是将高岭石高煅烧为偏高岭石，再通过活化（煅烧）、浸取、除杂提纯等工艺后可取氧化铝。

浸取法一般分为酸法和碱法两大类。

传统生产氧化铝使用的拜耳法属于碱法，由于强碱液与二氧化硅反应，既耗费碱液，又会将含硅杂质带入浸取液，所以铝硅比较高的铝土矿（氧化铝含量在40%～60%）适合用碱法。

对于氧化铝含量相对较低的煤矸石、高土等非铝土矿物，采用酸浸法浸提效果更理想。

油页岩灰渣属煤系高岭土系列，因此，可以利用相似的方法，以油页岩废渣为原料生产铝盐产品。

酸浸法提取氧化铝，目前常用的是盐酸和硫酸，本实验所采用的是盐酸。

试验用油页岩灰渣取自茂名，油页岩矿物成分已证明：

茂名油页岩以水云母为主，高岭石含量高达35%，是提取氧化铝的良好原料。

本实验将使用酸浸法浸取。

实验装置图：

实验步骤：

、试样获取：

实验所需的试样油页岩灰渣可取自茂名。

、油页岩灰渣样品焙烧活化：

称取100g油页岩灰渣样品和40gNaCl，

利用SD-8型搅拌球磨机研细混匀，尽量薄地摊平在5个方瓷舟上，置于750度高温炉中焙烧2.5h。

烧结过程中产生大量烟气，最后获取黄色粉末。

③、用37%的浓HCl配制20%的HCl溶液,并称取约15g的焙烧后的油页岩灰渣样品于三口烧瓶中

④、用1:

12的HCl酸浸提取铝液，根据公式

算出每次平衡实验所需的20%HCl的体积V

⑤、酸浸提取铝液：

量取VmL（由第四步算出）1:

12的HCl溶液加入到三口烧瓶中，共5组，各设置回流温度为90℃、100℃、110℃、120℃、130℃，在油浴中加热回流2.5小时，减压过滤。

得到滤出液

⑥、每组称取约8g液体试样，精确至0.2mg。

用不含CO2的水稀释，移入250ml容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。

若稀释液浑浊，用中速纸干过滤,此为试剂A。

取10mlA溶液于250ml锥形瓶中，加入10mlHNO3溶液，煮沸一分钟，冷却到室温后加20mlEDTA溶液，加百里酚蓝溶液3到4滴，用氨水溶液中和到试剂从红色变成黄色，煮沸2分钟。

冷却到室温后加入10ml乙酸—乙酸钠缓冲溶液和2滴二甲酚橙指示剂，加50ml水，用氯化锌标准溶液滴定至溶液由淡黄色变成微红色即为终点。

记录各组消耗的氯化锌标准溶液的体积V。

空白的为V0.同时做空白实验。

数据处理：

求氯化锌标准溶液浓度（ZnCl2）：

经标定得：

实验组消耗氯化锌溶液体积V=10.00ml

空白组消耗氯化锌溶液体积V0=40.28ml

已知消耗氧化铝标准溶液体积V1=40ml，

氧化铝标准溶液浓度c1=0.01mol/L，

氧化铝摩尔质量M=101.96g/mol

带入式（I）：

求氧化铝质量分数w：

称取液体试样的质量：

m1=8.0056g

m2=8.00742g

m3=8.0172g

m4=8.1485g

m5=8.2958g

经标定得：

酸溶温度为90℃消耗氯化锌标准溶液的体积V1=35.15ml

酸溶温度为100℃消耗氯化锌标准溶液的体积V2=32.05ml

酸溶温度为110℃消耗氯化锌标准溶液的体积V3=31.05ml

酸溶温度为120℃消耗氯化锌标准溶液的体积V4=31.00ml

酸溶温度为130℃消耗氯化锌标准溶液的体积V5=28.28ml

分别代入公式：

得

结果与讨论：

从图像可以看出，温度在130度的时候w最大，也就是氧化铝的浸出率最高，但并不比90到100度之间高很多，所以在实际生产中，为了节约成本，使收益达到最大，酸溶温度应该控制在90到100度之间最好。

本次实验可以说是全程是我们同学自己动手，从各种试剂的配制到氧化铝的标定，提高了我们的动手能力，遇到问题需自己想办法解决，更体现了一个团队合作能力的大小、真的学会了很多东西。

做这个实验可以说是一路坎坷，，首先是标定氯化锌标准溶液的时候做了好几次都没有任何现象，都以失败告终了，然后就逐个试剂检查看哪种出了问题，经过了两个多小时的排查，才发现原来百里酚蓝溶液和二甲酚橙指示液出了问题。

在回流加热的过程中，有一次忘记了看温度计的变化，结果温度升到了150多，害得又得重做一次。

做实验中的细心和严谨不可忽略。

误差分析：

1、油页岩没有煅烧彻底

2、酸溶温度波动较大

3、滴定时操作不当

参考文献:

魏明安.油页岩综合利用途径探讨[J].矿冶，2002，11

（2）:

32-34.

陈洁渝，严春杰，李子冲，等.油页岩渣的综合利用[J].矿产保护与利用，2006（6）:

41-45.

刘招君，董清水，叶松青，等.中国油页岩资源现状[J].吉林大学学报（地球科学版），2006，36（6）：

869-876.

④谭欣，王福良，王荣生，等.油页岩脱油残渣制备白炭黑的试验研究[J].矿冶，2004，13

（1）:

59-63

⑤刘招君，柳蓉.中国油页岩特征及开发利用前景分析[J].地学前缘，2005，12（3）:

315-323.