粉煤灰提取氧化鋁技術的新進展

王麗萍 李超（神華準能資源綜合開發有限公司研發中心，內蒙古鄂爾多斯010300）

粉煤灰提取氧化鋁技術的新進展

王麗萍 李超（神華準能資源綜合開發有限公司研發中心，內蒙古鄂爾多斯010300）

利用工業固體廢棄物粉煤灰提取氧化鋁，對于解決粉煤灰環境污染，緩解我國鋁土礦資源短缺具有重要意義。本文綜述了高鋁粉煤灰的特點、著重介紹了近幾年粉煤灰提取氧化鋁技術的最新進展，并對今后粉煤灰提取氧化鋁的研究方向進行了展望。

粉煤灰；氧化鋁；提取技術

粉煤灰是燃煤電廠排放的一種固體廢棄物。中國是世界上最大的煤炭生產國和消費國，隨著燃煤消耗量的增加，粉煤灰已經成為中國最大的工業固廢。近來，在我國的西北地區發現了一種新的名為“高鋁粉煤灰”的粉煤灰。這種粉煤灰中的氧化鋁含量可以達到40～50wt%，遠遠高于普通粉煤灰中的含量，相當于中等級品味的鋁土礦中氧化鋁的含量。目前，我國每年都要從國外大量進口鋁土礦，對外依存度常年超過50%。高鋁粉煤灰每年的排放量大約有5000萬噸，其中包含大約200～250萬噸氧化鋁，在我國鋁土礦資源貧乏、國內氧化鋁需求量不斷快速增長的今天，這種粉煤灰被認為是替代鋁土礦提取氧化鋁的潛在原材料。

1 高鋁粉煤灰的特點

根據燃煤電廠鍋爐類型和燃燒方式的不同，粉煤灰可以分為兩類：煤粉爐粉煤灰（PC）和循環流化床粉煤灰（CFB）。其化學成分主要包括：Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO等。不同地區粉煤灰的化學成分和物相組成差異較大，內蒙古準格爾地區不同類型粉煤灰的化學成分見表一。

由表一可以看出，內蒙古準格爾地區的兩種粉煤灰中Al2O3的含均超過了40%，遠遠高于我國普通粉煤灰中氧化鋁的平均含量。

表一 不同類型粉煤灰的化學成分（wt%）

2 高鋁粉煤灰中提取氧化鋁的技術研究進展

我國對粉煤灰中提取氧化鋁的研究可以追溯到20世紀50年代。1980年，安徽冶金科研所和合肥水泥研究所提出用石灰石燒結法從粉煤灰中提取氧化鋁，鈣硅渣用作水泥原料的工藝路線。隨后，又出現了堿石灰燒結法、鹽-蘇打燒結法、酸溶沉淀法、以及硫酸銨法等，直至2006年，我國的粉煤灰提取氧化鋁技術有了較大突破，內蒙古蒙西集團的“年產40萬t粉煤灰提取氧化鋁項目”通過了國家發改委批準開始建廠，總投資16.8億元。這標志著我國對粉煤灰提取氧化鋁的研究從實驗室研究階段正式邁入了工業化階段，但是沒有進入商業化。為了加快粉煤灰提鋁的商業化進程，各研究單位和相關企業一直在探索，一方面是在原有的工藝路線上不斷加以完善；另一方面是不斷探索和研究新的工藝方法。本文主要針對近年來粉煤灰提鋁研究進展作一下總結。

2.1 低鈣燒結法

2011年，中國地質大學與國電寧夏太陽能有限公司合作，研發出了預脫硅-低鈣堿石灰燒結法（簡稱低鈣燒結法）提取氧化鋁技術。其工藝過程為：將高鋁粉煤灰用NaOH堿液進行預脫硅處理，脫硅濾餅采用低鈣燒結法進行配料。燒結熟料經清水浸出，Al2O3溶出率超過90%。所得鋁酸鈉粗液經兩段脫硅、碳分、煅燒，最后得到冶金級氧化鋁產品。該技術與其他堿法工藝相比，主要不同點在于石灰石消耗量和硅鈣渣排放量大幅度減少，處理1t粉煤灰僅產生硅鈣渣0.72t。

2.2 水熱化學法

水熱化學法最早是由前蘇聯的科學家發明的，在堿性溶液中，通過生成NaCaHSiO4,實現氧化鋁和二氧化硅的分離。其工藝流程是：將粉煤灰與Ca(OH)2和NaOH按照一定的比例混合，然后在240-280℃反應。粉煤灰中的石英和莫來石會與Ca(OH)2和NaOH反應，分別生成NaCaHSiO4和NaAlO2。理論上，反應后，不含鋁的NaCaHSiO4留在了固相殘渣中，而Al2O3則全部以NaAlO2的形式留在溶液中，從而達到氧化鋁和氧化硅分離的目的。鋁酸鈉溶液經過蒸發結晶，再溶解，種分，獲得Al(OH)3,最后煅燒得到氧化鋁。董宏等采用高壓水熱活化法對預先燒制得粉煤灰進行堿溶實驗，通過優化溶出工藝條件，使得粉煤灰中氧化鋁的溶出率達到了95%以上。

2.3 石灰蒸壓-低溫煅燒法

該方法是建立在石灰燒結法基礎上所研究出來的一種新的工藝方法。其工藝流程是：將粉煤灰與石灰、水按照一定的比例混合，于蒸壓反應釜中反應，生成水合硅鋁酸鈣。然后進行高溫煅燒，生成硅酸二鈣和七鋁酸十二鈣，加入碳酸鈉溶液浸出，硅酸二鈣不溶，七鋁酸十二鈣生成偏鋁酸鈉和碳酸鈣，過濾之后，實現鋁和硅的分離。最后，將濾液中的偏鋁酸鈉經過碳分，最終得到氧化鋁。裴新意等利用石灰蒸壓-低溫煅燒法成功地從粉煤灰中提取出氧化鋁，提取率達到了80%以上。

此外，中科院過程工程研究所提出了硫酸銨+硫酸浸取法來提取高鋁粉煤灰中的氧化鋁。該法將氧化鋁先轉化成硫酸鋁銨，然后根據硫酸鋁銨溶解度隨溫度變化規律，將鋁與其他殘渣分開。楊敬杰等采用該方法，通過優化焙燒過程各工藝參數，最終氧化鋁提取率達到了84.7%。

3 結語

隨著鋁土礦儲量的不斷減少和市場對氧化鋁需求量的不斷增加，從粉煤灰中提取氧化鋁已經引起了廣泛的關注。不斷優化現有工藝技術，開發研究新的提取方法，早日實現粉煤灰提取氧化鋁的商業化，將是今后研究的重點方向之一。

[1]蒲維，梁杰，雷澤明等.粉煤灰提取氧化鋁現狀及工藝研究進展[J].無機鹽工業，2016，48（2）：9-12.

[2]楊靜，蔣周青，馬鴻文等.中國鋁資源與高鋁粉煤灰提取氧化鋁研究進展[J].地學前緣，2014,21（5）:313-324.