粉煤灰酸法提取氧化鋁的工藝研究進展

王雷鐘

摘 要：現如今，我國社會經濟日新月異的飛速發展，對氧化鋁的需求量與日俱增，相反，燃煤電廠排放的大量固體廢棄物--粉煤灰，不但會占用大面積的土地，同時也會對生態環境形成嚴重的影響。將粉煤灰中的氧化鋁提取出來，既能夠降低其對環境的污染，同時也能夠使我國鋁土資源緊缺的問題得以良好解決。為此，文章對粉煤灰酸法提取氧化鋁工藝進行了詳細探討，旨在可以實現資源的合理化利用，降低生態環境污染。

關鍵詞：粉煤灰;酸法提取;氧化鋁;工藝研究;進展

粉煤灰是火電廠燃煤工業的副產品，是我國固體廢物污染的關鍵性來源。粉煤灰富含氧化鋁，是鋁土礦的一個潛在替代品。火電廠粉煤灰中富含大量的氧化鋁，用于氧化鋁的生產，不但可使氧化鋁資源短缺的問題得以解決，同時也能夠使電廠粉煤灰資源被充分利用，現實意義十分巨大。與此同時，采用酸法從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁，既能實現高附加值的廢物回收利用，而且也能有效防止粉煤灰堆放對環境形成的污染。

1 粉煤灰提取氧化鋁的意義

現如今，在燃煤電廠飛速發展的背景下，使得粉煤灰的排放量和堆積量日益增多，粉煤灰的排放與堆積既會占用很多土地面積，又會嚴重的污染到空氣、水以及土壤，最終會嚴重破壞生態與環境。但我國粉煤灰沒有較高的綜合利用率，我國多年來始終在研究著粉煤灰綜合利用。當前，建筑、建工等很多領域中都廣泛的應用著粉煤灰，然而從整體上看，它屬于一種技術含量低、附加值低的一種粗放式利用，然而，隨著我國鋁資源需求持續增加，使得鋁土礦消耗也日漸上漲，導致資源矛盾越發顯著。我國很多地區，如寧夏石嘴山、山西北部、內蒙古中西部，火力發電廠所產的粉煤灰中，氧化鋁約達40%-50%的含量。因此，為了適應國民經濟、社會、戰略和環境的需要，發展粉煤灰中氧化鋁的提取技術具有非凡的現實意義。

2 粉煤灰酸法提取氧化鋁工藝

2.1 鹽酸溶解+鹽析結晶除雜法

用鹽酸處理粉煤灰和提取氧化鋁的過程已經持續了幾十年。20世紀中期，美國礦務局在研究用鹽酸浸出含鋁礦物后，并用鹽析結晶將雜質去除，進而得到冶金級的氧化鋁。此工藝主要是用鹽酸將浸出的礦物同其他雜質進行固液分離，然后將鹽酸氣體注入含氯化鋁原料液的雜質中。此方法通過氯化鋁等雜質的不同溶解性，在鹽酸濃度增加的同時，將鋁同其他雜質分離開，采用兩步煅燒法對結晶氯化鋁進行制備，氯化氫氣體通過冷卻吸收，可以循環利用。伯明翰大學報道了使用HCl氣體注射法從氯化物溶液和氯化物/氟化物溶液中結晶六水氯化鋁以實現雜質去除。

2.2 細磨焙燒活化浸出法

粉煤灰是鍋爐經高溫燃燒、熔融和快速制冷后產生的廢棄物，大多數均呈現了玻璃狀態，其中的非活性體為Al2O3，所以想要使溶出率達到最高狀態，就需要將Al2O3的活性進行提升。為了解決鋁浸出率低的問題，一些學者為了提高鋁的浸出率，對粉煤灰中鋁在酸浸前的活化進行了一定的研究。

例如，李來石等提出了采用細磨和焙燒活化技術，研磨粉煤灰到相應的尺寸，從而增加粉煤灰比表面積，即增加與酸反應的接觸面積。然后將磨好的粉煤灰在一定溫度下焙燒，消除了快速冷卻過程中粉煤灰的淬火亞穩態和表面吸水現象。最終實現Al2O3活性的提升。然后在常溫下用濃硫酸浸出，可使粉煤灰中氧化鋁的浸出率超出85%。此工藝的主要優勢就是在265～290℃時濃硫酸不會分解，因此，它可以打破氧化鋁玻璃，無需添加氟化物添加劑，缺點：液體中有大比例的固體含量，硫酸循環過大，副反應多，使工藝變得更加復雜。

2.3 一步酸溶法

“一步酸溶法”是神華集團為緩解我國鋁土礦資源緊缺局面，歷時九年，自主研發的一種用鹽酸直接溶出高鋁粉煤灰等含鋁資源生產氧化鋁的工藝技術，并在世界上首次應用該工藝技術建成了4000t/a氧化鋁工業化中試裝置。生產的氧化鋁產品化學成分符合國標冶金級氧化鋁一級品標準，具備了工業化條件。

“一步酸溶法”工藝主要是將粉煤灰與鹽酸混合，通過一工序，如溶出、分離洗滌、過濾除雜、蒸發結晶、高溫煅燒等，制得冶金級一級氧化鋁，鹽酸回收后會返回到氧化鋁生產系統中。此工藝流程較短，不會太過消耗原料，有較低的氧化鋁生產成本，硅渣為產生的主要固廢，因為酸浸過程中氧化鋁的表面活化，使得活性十分良好，所以，成為了良好的白碳黑、橡、塑填料的原料，其生產中形成的廢水，因其中富含了金屬離子與酸，通過簡單處理一部分返回流程，其余部分通過對金屬離子的應用，制成了附加值高的產品，進而使氧化鋁生產成本以及環保治理費用得以有效降低，而HCL氣體為具體生產中產生的廢氣，通過酸霧吸收塔的吸收之后向氧化鋁生產系統返回，余下的尾氣通過一級堿吸收之后，符合標準向外進行排放，在這一生產過程中達到了零排放目標，有很高的經濟與環保價值。

2.4 一步酸溶法生產氧化鋁工藝流程

當前階段，內蒙古鄂爾多斯市神華準格爾礦區高鋁粉煤灰綜合利用工業示范生產線在順利的運轉，正朝著一年“消耗30萬t粉煤灰，生產12.5萬t氧化鋁”的目標發展。本項目以“一步酸溶法”核心技術為基礎，正式達產時，中國有色金屬工業協會和中國煤炭工業協會對技術創新進行這樣的認識和評價：全世界首創，上升到國際領先水平。

據相關資料統計：內蒙古準格爾煤田中，已探明煤炭儲量267億t，經過全部燃燒，會產生粉煤灰70億t，每噸粉煤灰中含有氧化鋁約0.5t、85克鎵、20克鈧、290克鋰，這部分稀有元素的價值會高出煤炭很多倍。

這已不再是簡單的煤炭開發，而是以技術創新為支撐的能源資源的綠色開發和循環利用，從而擁有了努力的方向和目標，例如粉煤灰協同提取有價值的元素，始終為世界性的一個重大難題。

相比于傳統堿法，一步酸溶法具有還原性好、工藝流程短、工藝條件寬、酸回收利用率高、鋁硅比不受限制、綜合利用率高、成本低等優點。在提取高純度氧化鋁的同時，能夠綜合高效的利用資源，可以說，切實發揮了徹底吃干榨凈粉煤灰的作用。

以該核心技術為支撐，建立了粉煤灰、鋁、鎵、鋰、鈧等產品含煤伴生資源的產業綜合利用新模式。將神華準格爾礦區高鋁粉煤灰綜合利用產業化示范生產線作為例子，實現高鋁粉煤灰有價值元素的產業化利用，從而使得鋁土礦資源短缺、對外依存度高的戰略安全問題得以成功、有效解決。

新技術不僅解決了粉塵污染問題，而且為高鋁煤、低品位鋁土礦等資源的高價值利用提供了新渠道。總之，它實現了以煤炭開采為代價換取更多地區的環境保護，為鋁土礦礦區實現綠水青山環境保護奠定了基礎。

3 結束語

總體而言，現如今，我國鋁土礦資源持續減少，因此，對非鋁土礦提取氧化鋁工藝進行發展具有重要的作用。通過“一步酸溶法”將高鋁粉煤灰中的氧化鋁進行提取，既能夠實現對廢棄物高附加值的回收和利用，并且也能夠降低因堆放粉煤灰而導致的環境污染。因此，在今后研究粉煤灰提取氧化鋁時，需要重視起對新技術的開發和利用，并將側重點放在對粉煤灰高附加值成分系統回收上，從而形成一套立體型的循環經濟產業鏈條。在對產品品質提升、降低生產成本的同時也能夠增加企業利潤，在對資源進行充分利用的基礎上，實現低污染--低排放向零污染--零排放的轉變，最終實現經濟、環境雙贏局面，為我國國家繁榮、社會穩定以及人們生活質量的提升助力。

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