2003年以来，著者研究团队对中国北方十余家电力、煤炭企业排放的高铝粉煤灰、高铝煤矸石等二次资源提取氧化铝关键技术进行了系统研究。本专著即是在上述研究的基础上，对相关的学位论文、学术论文、技术报告和发明专利等进行系统总结和整理完成的；反映了著者团队15年来秉承循环经济理念，以期在煤炭、电力、冶金、化工、建材五大行业发展超级系统产业集群，从而实现清洁生产。
本书绪论部分系统论述了中国铝资源与铝材工业可持续发展问题。上篇提铝关键技术，论述了以内蒙古、山西、陕西、宁夏等地热电厂排放的高铝粉煤灰为原料，采用酸碱联合法和碱法提取氧化铝与氢氧化铝的关键技术；同时论述了利用高铝煤矸石、霞石正长岩、高硅铝土矿等非传统铝资源提取氧化铝的相关技术。下篇相关应用技术；论述了以脱硅碱液制备无机硅化合物、针状硅灰石粉体等技术，高铝粉煤灰提取稀有元素镓关键技术，利用高铝粉煤灰、高铝煤矸石及其剩余硅钙渣合成X型分子筛及制备莫来石陶瓷、微晶玻璃、矿物聚合材料、墙体材料等技术。书中对前人的相关研究成果也作了简要介绍。
本专著内容重点反映了当前有关高铝粉煤灰资源化利用技术的研究现状和重要研究进展，对国内本领域研究和相关技术的产业化发展方向具有重要参考价值。本书适合矿产资源、化工、冶金、材料等专业领域以及煤炭、电力、建材、矿产品加工等行业的科研人员和技术人员使用，也可作为高等院校相关专业的参考书。
绪论中国铝资源与铝材工业可持续发展1
0.1中国铝土矿资源产业概况1
0.1.1铝土矿资源与储量1
0.1.2铝土矿生产与消费4
0.1.3铝土矿贸易与展望5
0.2铝土矿工业利用技术现状6
0.3非传统铝资源研究概述10
0.3.1高铝粉煤灰10
0.3.2高铝煤矸石13
0.3.3高硅铝土矿15
0.3.4霞石正长岩17
0.4提取氧化铝关键反应与过程评价19
0.4.1石灰石烧结法技术19
0.4.2碱石灰烧结法技术20
0.4.3两步碱溶法技术20
0.4.4碱溶-烧结联合法技术21
0.4.5酸浸溶出技术22
0.4.6纯碱烧结-酸浸技术22
0.5提取氧化铝新技术：预脱硅-低钙烧结法23
0.5.1基本工艺流程23
0.5.2碱法工艺综合对比评价24
0.5.3提铝技术关联产业效应27
0.6中国铝材工业可持续发展29
0.6.1中国原铝工业发展史29
0.6.2中国铝材消费与展望30
0.6.3中国铝材工业发展瓶颈32
0.6.4中国铝材工业可持续发展33
参考文献34
上篇提铝关键技术39
第1章中国高铝粉煤灰资源概述40
1.1粉煤灰概述40
1.2粉煤灰组成及物理性质41
1.2.1化学成分41
1.2.2物相组成42
1.2.3物理性质42
1.3粉煤灰的危害43
1.4粉煤灰资源化利用现状43
1.4.1生产建筑材料43
1.4.2提取空心微珠、漂珠、磁珠45
1.4.3生产多孔陶瓷滤料45
1.4.4制备莫来石陶瓷46
1.4.5制备赛隆陶瓷46
1.4.6制备微晶玻璃46
1.4.7合成分子筛47
1.4.8制取氧化铝48
第2章预脱硅-低钙烧结法提取氧化铝技术50
2.1实验原料及工艺流程50
2.1.1粉煤灰物相及化学成分50
2.1.2粉煤灰颗粒形态学52
2.1.3工艺流程54
2.2脱硅反应模拟及实验55
2.2.1实验原理55
2.2.2热力学模拟56
2.2.3实验方法57
2.2.4结果与讨论57
2.2.5脱硅反应机理63
2.2.6微量元素丰度变化64
2.3滤饼烧结及溶出铝65
2.3.1低钙烧结法原理65
2.3.2烧结反应Gibbs自由能66
2.3.3烧结实验方法68
2.3.4实验结果与讨论69
2.3.5烧结反应机理73
2.4烧结过程能耗计算74
2.4.1DSC法测定能耗基本原理75
2.4.2两种烧结反应能耗测定75
2.4.3烧结能耗热力学计算77
2.4.4DSC测定与热力学计算值对比79
2.5硅钙碱渣回收碱80
2.5.1实验原理80
2.5.2热力学模拟81
2.5.3实验过程82
2.5.4结果与讨论83
2.5.5硅钙渣产物表征86
2.6工艺过程对比及环境影响评价87
2.6.1技术可行性分析87
2.6.2工艺过程对比评价88
第3章纯碱烧结-盐酸浸出提取氧化铝技术91
3.1原料分析与工艺流程91
3.1.1原料分析91
3.1.2工艺流程93
3.2原料烧结93
3.3硅铝分离96
3.3.1pH值96
3.3.2盐酸加入量97
3.3.3酸浸温度102
3.4氯化铝溶液除杂103
3.4.1碱浸溶出105
3.4.2深度脱硅109
3.4.3除钙实验111
3.5氧化铝制备112
3.6技术可行性及环境影响评价118
3.6.1工艺流程特点118
3.6.2环境影响评价119
第4章石灰石烧结法提取氧化铝技术120
4.1工艺原理120
4.2氧化铝溶出122
4.3超细氢氧化铝制备127
4.3.1熟料自粉化与溶出氧化铝127
4.3.2表面活性剂对制备氢氧化铝的影响128
4.3.3碳化速率对制备氢氧化铝的影响128
4.3.4溶液pH值对制备氢氧化铝的影响129
4.3.5超细氢氧化铝粉体表征129
第5章碱石灰烧结法提取氧化铝技术130
5.1研究现状130
5.2工艺过程和原理131
5.2.1碱石灰烧结法基本流程131
5.2.2反应原理132
5.3结果分析与讨论135
5.3.1烧结过程135
5.3.2溶出过程137
5.3.3铝酸钠粗液脱硅138
5.3.4铝酸钠溶液碳分141
5.4工艺过程评价145
第6章纯碱烧结-碱石灰溶出提取氧化铝技术146
6.1实验原料与工艺路线146
6.1.1高铝粉煤灰原料146
6.1.2拟采取工艺路线148
6.2硅铝分离及铝酸钠溶液制备149
6.2.1原料烧结149
6.2.2硅铝分离153
6.2.3铝酸钠溶液制备159
6.3碳化分解制备超细氢氧化铝160
6.3.1实验原理160
6.3.2实验方法163
6.3.3单因素实验163
6.3.4正交实验169
6.4超细α-Al2O3粉体制备172
6.4.1实验部分172
6.4.2结果分析与讨论173
第7章两步碱溶法提取氧化铝技术176
7.1实验原料与工艺流程176
7.1.1原料分析176
7.1.2原料预处理178
7.1.3实验工艺流程178
7.2高铝粉煤灰碱溶脱硅179
7.2.1正交实验179
7.2.2单因素实验181
7.2.3脱硅前后物料的理化性质183
7.3制备铝酸钠粗液185
7.3.1碱液溶出氧化铝185
7.3.2碱溶滤液初步脱硅189
7.3.3水合铝酸钙沉淀191
7.3.4铝酸钠粗液制备193
7.4氧化铝制备195
7.4.1铝酸钠粗液深度脱硅195
7.4.2碳分法制备氢氧化铝197
7.4.3煅烧制备氧化铝200
7.5与石灰石烧结法对比201
7.5.1工艺过程对比202
7.5.2资源消耗量对比203
7.5.3“三废” 排放量对比203
7.5.4产品方案对比203
第8章预脱硅-改良碱石灰烧结法提取氧化铝技术204
8.1高铝粉煤灰原料204
8.1.1化学成分204
8.1.2物相组成204
8.1.3粒度分布204
8.2磁选除铁实验205
8.2.1磁选实验条件205
8.2.2磁选结果分析205
8.3高铝粉煤灰碱溶脱硅207
8.3.1反应原理207
8.3.2实验过程207
8.3.3结果分析208
8.4生料烧结及氧化铝溶出209
8.4.1反应原理209
8.4.2生料烧结210
8.4.3氧化铝溶出212
8.5铝酸钠粗液脱硅及制备氢氧化铝213
8.5.1一段脱硅214
8.5.2二段脱硅214
8.5.3碳化分解214
8.5.4氢氧化铝制品表征215
8.6硅钙碱渣回收碱216
8.6.1反应原理216
8.6.2实验过程217
8.6.3结果分析217
8.7硅钙渣制备轻质墙体材料218
8.7.1反应原理218
8.7.2实验过程218
8.7.3结果分析219
第9章高铝煤矸石提取氧化铝技术222
9.1煤矸石资源概述222
9.2煤矸石制备氢氧化铝研究现状224
9.3实验流程224
9.4原料预处理225
9.4.1原料分析225
9.4.2原料煅烧225
9.4.3碱液预脱硅226
9.5脱硅滤饼烧结228
9.5.1反应原理和实验过程229
9.5.2结果分析与讨论230
9.6烧结熟料溶出234
9.6.1反应原理和实验过程234
9.6.2结果分析与讨论235
9.7铝酸钠溶液分解237
9.7.1反应原理和实验过程237
9.7.2结果分析与讨论238
9.8工艺过程环境影响评价248
9.8.1烧结反应能耗248
9.8.2氢氧化铝煅烧能耗249
9.8.3资源消耗量251
9.8.4工艺能耗251
第10章高硅铝土矿提取氧化铝技术253
10.1脱硅预处理技术253
10.1.1物理选矿253
10.1.2化学选矿254
10.1.3生物选矿255
10.2基本工艺流程255
10.3高硅铝土矿物相分析256
10.3.1原矿物相分析256
10.3.2矿物嵌布特征257
10.4脱硅选矿实验258
10.4.1不同磨矿粒度的重选259
10.4.2重选中矿的浮选259
10.4.3重选尾矿的浮选260
10.4.4全流程闭路实验261
10.5铝土尾矿烧结262
10.5.1实验原料263
10.5.2实验原理264
10.5.3烧结反应热力学分析264
10.5.4实验方法266
10.5.5结果与讨论267
10.6烧结熟料溶出270
10.6.1实验原理270
10.6.2实验方法271
10.6.3结果与讨论271
10.7工艺过程环境影响评价273
第11章假榴正长岩提取氧化铝技术277
11.1原料烧结及水热浸出277
11.1.1原料物相分析277
11.1.2原料烧结实验278
11.1.3烧结产物水浸280
11.2水化铝硅酸盐溶出铝282
11.2.1基本反应原理282
11.2.2实验方法283
11.2.3结果与讨论284
11.2.4硅钙碱渣回收碱288
11.3降低铝酸钠溶液苛性比289
11.3.1高苛性比铝酸钠溶液预脱硅289
11.3.2铝的沉淀实验290
11.3.3铝酸钠粗液制备292
11.4铝酸钠粗液纯化294
11.4.1深度脱硅实验294
11.4.2除钙实验298
11.5氧化铝制备298
11.5.1铝酸钠溶液碳化分解298
11.5.2氢氧化铝煅烧304
11.6工艺过程环境影响评价307
11.6.1烧结反应能耗计算307
11.6.2资源消耗对比310
11.6.3能源消耗对比311
11.6.4三废排放量对比312
11.6.5产品方案对比313
第12章霞石正长岩提取氧化铝技术314
12.1实验原料与实验流程314
12.1.1实验原料314
12.1.2实验流程315
12.2精矿生料烧结317
12.2.1反应原理317
12.2.2实验方法317
12.2.3结果与讨论318
12.3烧结熟料溶出铝323
12.3.1反应原理323
12.3.2实验方法324
12.3.3结果与讨论324
12.4氢氧化铝制备325
12.4.1铝酸钠（钾）粗液脱硅325
12.4.2碳化分解法制备氢氧化铝329
12.5硅钙碱渣回收碱332
12.5.1反应原理333
12.5.2实验方法334
12.5.3结果与讨论334
12.6资源消耗量对比337
第13章霓辉正长岩提取氧化铝技术339
13.1原料烧结及水浸339
13.1.1原料物相分析339
13.1.2原矿生料烧结340
13.1.3烧结物料水浸341
13.2水浸滤饼碱液溶出铝343
13.2.1碱液溶出铝343
13.2.2碱浸渣回收碱345
13.3铝酸钠粗液制备347
13.3.1碱浸滤液预脱硅348
13.3.2铝酸钙沉淀354
13.3.3铝酸钙溶解357
13.4铝酸钠粗液纯化358
13.5氧化铝制备359
13.5.1碳分法制备氢氧化铝359
13.5.2氢氧化铝制品性能表征364
13.5.3氢氧化铝煅烧365
13.5.4氧化铝制品性能表征366
13.6工艺过程环境影响评价368
13.6.1技术可行性368
13.6.2环境影响评价368
上篇参考文献370
下篇相关应用技术379
第14章脱硅碱液制备针状硅灰石技术380
14.1硅灰石的性质及用途380
14.1.1理化性质380
14.1.2工业用途381
14.2高铝粉煤灰碱溶脱硅382
14.2.1反应原理与实验方法382
14.2.2实验结果分析382
14.3硅酸钠碱液制备硅灰石385
14.3.1反应原理385
14.3.2水合硅酸钙制备386
14.3.3硬硅钙石合成387
14.3.4硅灰石制备及表征389
14.4硅酸钾碱液制备硅灰石391
14.4.1实验原料与工艺流程391
14.4.2硅酸钾碱液苛化392
14.4.3针状硬硅钙石合成395
14.4.4硬硅钙石晶化反应动力学400
14.4.5硅灰石制备及表征404
第15章硅酸钠碱液制备白炭黑技术408
15.1研究现状概述408
15.2制备白炭黑实验流程409
15.3碳化法制备偏硅酸胶体410
15.3.1硅酸钠液体制备410
15.3.2实验原理及方法411
15.3.3实验结果与讨论411
15.3.4碳化反应机理416
15.3.5碳化反应动力学420
15.4偏硅酸胶体除杂422
15.4.1实验原料422
15.4.2反应机理423
15.4.3水洗除杂423
15.4.4干燥煅烧425
15.5白炭黑制品性能表征425
15.5.1化学成分及结构425
15.5.2比表面积与孔径分布426
15.5.3热学性质427
15.5.4红外光谱429
15.5.5微观形貌429
15.5.629Si核磁共振谱430
15.6偏硅酸胶体表面改性431
15.6.1改性原理431
15.6.2表面活性剂432
15.6.3改性实验432
15.6.4制品性能表征437
第16章硅酸钠碱液制备氧化硅气凝胶技术440
16.1研究现状概述440
16.2实验流程441
16.3原料中温烧结441
16.3.1原料化学成分及物相分析441
16.3.2粉煤灰原料烧结443
16.3.3烧结反应动力学447
16.4硅铝分离449
16.4.1盐酸溶浸449
16.4.2硫酸溶浸456
16.5气凝胶制备与性能457
16.5.1实验过程457
16.5.2制品性能457
16.6硅酸溶胶制备气凝胶462
16.6.1制备原理462
16.6.2实验过程与结果分析462
16.6.3制品性能表征465
第17章高铝粉煤灰泡塑吸附法提取镓技术471
17.1研究现状概述471
17.1.1镓的理化性质472
17.1.2镓的工业用途472
17.1.3镓的工业生产475
17.1.4镓提取分离技术476
17.2实验仪器与试剂478
17.2.1仪器478
17.2.2试剂478
17.3实验方法478
17.3.1聚氨酯泡塑处理478
17.3.2静态吸附镓方法479
17.3.3镓的洗脱479
17.3.4实验原理479
17.3.5实验流程479
17.3.6原料预处理479
17.3.7原料中镓含量测定480
17.4实验结果与讨论481
17.4.1镓的标准曲线481
17.4.2提取镓正交实验482
17.4.3聚氨酯泡塑吸附镓单因素实验483
17.4.4镓吸附机理485
17.4.5镓解吸实验487
17.4.6镓提取效果488
17.4.7泡塑的再生489
第18章硅钙渣制备硅灰石超细粉体技术490
18.1研究现状概述490
18.2原料预处理流程491
18.3硅钙碱渣回收碱493
18.3.1反应原理493
18.3.2实验过程495
18.3.3结果分析与讨论496
18.4硅钙渣制备硅灰石498
18.4.1原料物相分析498
18.4.2制备工艺过程498
18.4.3碱回收条件对硅灰石形貌的影响503
18.5制备硅灰石反应动力学506
18.5.1理论基础507
18.5.2反应动力学509
18.6硅灰石制品表征513
18.6.1化学成分及物相513
18.6.2粒度分布514
18.6.3微观形貌514
18.7纤维状硅灰石合成515
18.7.1合成工艺516
18.7.2结果分析与讨论516
第19章硅钙渣制备硅灰石微晶玻璃技术518
19.1研究现状概述518
19.1.1研究背景518
19.1.2研究现状518
19.1.3微晶玻璃制备方法520
19.1.4微晶玻璃的用途521
19.2制备工艺523
19.2.1实验原料523
19.2.2实验原理和工艺过程523
19.2.3实验配方设计524
19.3制品物相和性能表征526
19.3.1物相分析526
19.3.2显微形貌527
19.3.3抗折强度527
19.4制备工艺优化528
19.4.1基础玻璃配方优化528
19.4.2热处理条件优化528
19.4.3微晶玻璃制品表征529
19.4.4工艺条件对制品性能的影响531
第20章高铝粉煤灰制备莫来石微晶玻璃技术535
20.1研究现状概述535
20.1.1粉煤灰制备微晶玻璃535
20.1.2粉煤灰制备莫来石微晶玻璃536
20.2制备工艺和原理538
20.2.1实验原料538
20.2.2制备工艺539
20.3制品性能表征539
20.3.1宏观性能539
20.3.2微观性能540
20.4结果分析与讨论540
20.4.1显微结构540
20.4.2主要理化性能541
20.4.3莫来石晶化反应542
20.4.4与同类研究对比542
第21章高铝粉煤灰制备堇青石微晶玻璃技术543
21.1研究现状概述543
21.1.1制备方法544
21.1.2主要性能与用途546
21.1.3研究现状548
21.2微晶玻璃技术发展549
21.3基础玻璃熔制550
21.3.1实验方法550
21.3.2结果分析551
21.4玻璃晶化处理551
21.4.1差热分析551
21.4.2烧结法工艺551
21.5制品性能表征552
第22章高铝粉煤灰制备莫来石陶瓷技术554
22.1研究现状概述554
22.2制备工艺与制品性能555
22.2.1实验原料与制备工艺555
22.2.2工艺条件对制品性能的影响556
22.2.3制品性能指标561
22.3相组成、结构及莫来石含量对力学性能的影响563
22.3.1显微结构及物相组成563
22.3.2莫来石含量及影响因素568
22.3.3力学性能的影响因素570
22.4莫来石晶体化学572
22.4.1晶体化学与晶体结构572
22.4.2Ti4+固溶与晶体结构573
22.4.3Fe3+固溶与晶体结构573
22.5烧结反应机理574
22.5.1烧结类型574
22.5.2烧结过程575
22.5.3晶粒长大576
22.6晶化反应热力学580
22.6.1莫来石晶化反应580
22.6.2晶化反应热力学分析581
22.7晶化反应动力学582
22.7.1烧结过程的物相转变582
22.7.2晶化反应动力学584
第23章高铝粉煤灰合成13X型分子筛技术587
23.1实验原料分析587
23.2前驱物制备588
23.2.1实验流程588
23.2.2烧结条件588
23.2.3物相组成589
23.3水热晶化反应589
23.3.1体系组成589
23.3.2实验方法590
23.3.3合成条件590
23.4合成产物性能表征592
23.4.1晶体结构593
23.4.2晶体化学596
23.4.3显微形貌596
23.4.4物理性能597
23.4.5体系组成对产物的影响599
第24章粉煤灰制备矿物聚合材料技术600
24.1矿物聚合材料概述600
24.1.1性能和用途600
24.1.2研究进展601
24.2实验原料603
24.2.1粉煤灰原料及预处理603
24.2.2偏高岭石605
24.2.3水玻璃608
24.2.4氢氧化钠608
24.2.5标准砂608
24.3矿物聚合材料制备609
24.3.1实验流程609
24.3.2正交实验609
24.3.3单因素实验611
24.4材料制品性能表征613
24.4.1微观结构613
24.4.2基体相化学成分616
24.4.3理化性能617
24.5铝硅酸盐聚合反应机理619
24.5.1偏高岭石结构变化619
24.5.2粉煤灰相结构变化628
24.5.3聚合反应机理633
24.5.4与硅酸盐水泥对比634
24.6技术可行性与环境影响评价635
24.6.1技术可行性分析635
24.6.2环境影响分析635
第25章粉煤灰制备轻质墙体材料技术638
25.1研究现状概述638
25.2轻质墙材制备过程640
25.2.1实验原料640
25.2.2制备过程643
25.3制品结构与性能647
25.3.1物相组成647
25.3.2显微结构647
25.3.3物理性能650
25.4材料固化反应机理652
25.4.1矿聚材料形成过程652
25.4.2X射线物相分析654
25.4.3扫描电镜分析655
25.4.4红外光谱分析656
25.5技术可行性分析657
25.5.1工艺流程评价657
25.5.2制品性能评价658
第26章煤炭固体废物资源化利用技术659
26.1研究现状概述659
26.1.1煤炭固废排放量659
26.1.2煤炭固废污染660
26.1.3煤炭固废资源化利用660
26.2高岭石相变及硅铝活性661
26.2.1研究背景661
26.2.2样品制备与测定条件662
26.2.3高岭石相变特征662
26.2.4煅烧高岭石的活性669
26.3矿聚材料制备及性能表征671
26.3.1研究现状概述671
26.3.2制备工艺及实验结果671
26.3.3制品性能及影响因素675
26.4材料固化过程及反应机理678
26.4.1材料固化过程678
26.4.2聚合反应机理680
下篇参考文献690
附录著者团队有关学位论文、发明专利和研究论文目录700
后记705
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